第三章---太阳能电池课件

第三章第三章 太阳能电池太阳能电池 1800年发现光线照在半导体上会产生电动势。年发现光线照在半导体上会产生电动势。1950年出现太阳电池用于人造卫星。年出现太阳电池用于人造卫星。3.1 太阳电池的特点：太阳电池的特点：无公害；无公害；随天气变化；随天气变化；可设在负荷附近；可设在负荷附近；发直流电；发直流电；寿命长；寿命长；电能稀薄；电能稀薄；无废气产生；无废气产生；发电成本高。发电成本高。3.2 3.2 太阳电池的发电原理及构造太阳电池的发电原理及构造1.太阳电池的发电原理太阳电池的发电原理 P型半导体；型半导体；N型半导体型半导体 半导体中的杂质电子被激励，价电子成为自由半导体中的杂质电子被激励，价电子成为自由电子，导致电气传导度增加电子，导致电气传导度增加-光传导现象。光传导现象。半导体内部产生电场半导体内部产生电场E：分极运动分极运动-光电子在电场的作用下向右运动；光电子在电场的作用下向右运动；空穴向左运动。空穴向左运动。单晶硅太阳电池的构造单晶硅太阳电池的构造在在P型硅材料周围用扩散法形成较薄的型硅材料周围用扩散法形成较薄的N型层：型层：单晶太阳电池受光照产生载流子单晶太阳电池受光照产生载流子用能带图表示的载流子分极情况用能带图表示的载流子分极情况2.2.太阳电池的构造太阳电池的构造3.3 3.3 太阳电池的种类太阳电池的种类 硅半导体系硅半导体系 结晶系结晶系太阳电池太阳电池 化合物系化合物系 非晶质非晶质 有机半导体系有机半导体系3.3.1 单晶硅太阳电池单晶硅太阳电池 硅单晶原子排列非常规则。转换效率最高。硅单晶原子排列非常规则。转换效率最高。理论转换率为：理论转换率为：24%26%；实际为：实际为：15%18%。制造技术成熟，稳定、可靠。制造技术成熟，稳定、可靠。但制造成本高。但制造成本高。3.3.2 3.3.2 多晶硅太阳电池多晶硅太阳电池 由单晶硅颗粒聚集而成。由单晶硅颗粒聚集而成。理论转换率为：理论转换率为：20%；实际为：实际为：12%14%。但制造容易，目前已占主导地位。但制造容易，目前已占主导地位。3.3.3 3.3.3 非晶硅太阳电池非晶硅太阳电池 原子排列呈无序状态。使用材料较少（原子排列呈无序状态。使用材料较少（1微米）微米）理论转换率为：理论转换率为：18%；实际为：实际为：9%。可制成薄膜电池，可制成薄膜电池，但存在劣化特性。但存在劣化特性。3.3.4 3.3.4 化合物太阳电池化合物太阳电池 有两种以上半导体元素组成：有两种以上半导体元素组成：1.族化合物太阳电池族化合物太阳电池 GaAs太阳电池用于卫星电池，太阳电池用于卫星电池，理论转换率：理论转换率：26%28%；三结合转换率：三结合转换率：35%42%。可制成薄膜电池，耐辐射，温度特性好。可制成薄膜电池，耐辐射，温度特性好。用于聚光发电。用于聚光发电。2.族化合物太阳电池族化合物太阳电池 CdS/CdTe太阳电池太阳电池 理论转换率：理论转换率：33.62%44.44%；实际转换率：实际转换率：10%15%。可成为高转换率的薄膜太阳电池。可成为高转换率的薄膜太阳电池。3.CIS太阳电池太阳电池 CuInSe2是直接迁移半导体，光吸收系数较大。是直接迁移半导体，光吸收系数较大。小面积转换率：小面积转换率：18%；大面积转换率：大面积转换率：12%14%。但材料费用高，技术不成熟。但材料费用高，技术不成熟。3.3.5 有机太阳电池有机太阳电池 光异化光异化型型 1.色素增感太阳电池色素增感太阳电池 光酸化型光酸化型 在光化学反应下产生电流，分为在光化学反应下产生电流，分为 色素增感型色素增感型 由导电玻璃、微晶膜、无机酸或增感色素和电解质溶液组成。转换率为：由导电玻璃、微晶膜、无机酸或增感色素和电解质溶液组成。转换率为：10%。2.2.有机薄膜太阳电池有机薄膜太阳电池 由色素或高分子组成，转换率由色素或高分子组成，转换率4.5%。制造方法简单，不影响环境，已成。制造方法简单，不影响环境，已成为一大亮点。为一大亮点。3.3.6 薄膜太阳电池薄膜太阳电池 镀在玻璃衬底上进仅几微米厚的薄膜电池。镀在玻璃衬底上进仅几微米厚的薄膜电池。具有原材料用量小，衬底成本低，高效、稳定等特点。具有原材料用量小，衬底成本低，高效、稳定等特点。愈大，光吸收层厚度愈薄（非晶硅）愈大，光吸收层厚度愈薄（非晶硅）吸收系数吸收系数 愈小，光吸收层厚度愈厚（单晶硅）愈小，光吸收层厚度愈厚（单晶硅）能量与吸收系数的关系能量与吸收系数的关系3.3.7 3.3.7 透明太阳电池透明太阳电池 让可视光穿过，只吸收紫外光（可视光穿过，只吸收紫外光（8%）。）。由氧化锌（由氧化锌（N型）与铜铝氧化物（型）与铜铝氧化物（P型）组成。型）组成。3.3.8 3.3.8 混合型太阳电池（混合型太阳电池（HITHIT电池）电池）为解决温升问题，将薄膜非晶硅与单晶硅集成，在为解决温升问题，将薄膜非晶硅与单晶硅集成，在PN结中间生成一层本结中间生成一层本征层（征层（I），使电池表面特性提高。），使电池表面特性提高。转换率高达转换率高达21.3%；（提高；（提高17%）温度系数为：温度系数为：-0.33%。（。（-0.48%）特点：特点：1.结构简单、效率高；结构简单、效率高；2.温度系数小；温度系数小；3.制造温度低（制造温度低（200）一般为：）一般为：900 4.正反面结构对称，可使用薄型底板。正反面结构对称，可使用薄型底板。5.正反两面都可发电。正反两面都可发电。（HITHIT）混合型太阳电池的构造）混合型太阳电池的构造3.3.9 3.3.9 球状太阳电池的构造球状太阳电池的构造 由单晶硅材料制成，可吸收各个方向的光。由单晶硅材料制成，可吸收各个方向的光。3.3.10 3.3.10 层积型太阳电池层积型太阳电池 有两个以上的太阳电池层积而成。有两个以上的太阳电池层积而成。上层吸收短波上层吸收短波 （非晶硅）（非晶硅）下层吸收长波下层吸收长波 （多、微晶晶硅硅、化合物半导体）（多、微晶晶硅硅、化合物半导体）3.4 3.4 太阳电池的特性太阳电池的特性3.4.1 太阳电池的输入、输出特性太阳电池的输入、输出特性太阳电池电压电流特性太阳电池电压电流特性 1.开路电压开路电压VOC：电池正负极开路时的电压：电池正负极开路时的电压 一般为：一般为：0.50.7V2.短路电流短路电流ISC：电池正负极短路时的电流电池正负极短路时的电流 短路电流密度：单位：短路电流密度：单位：A/m 或或mA/cm3.曲线因子曲线因子FF：两面积之比，：两面积之比，FF=1，为理想状态。，为理想状态。一般为：一般为：0.50.8 4.太阳电池的转换效率太阳电池的转换效率 输出能量输出能量/输入能量输入能量100%=1，爲理想狀態，爲理想狀態 ；一般為；一般為 622%参见表参见表3.1.22太阳电池的转换效率太阳电池的转换效率3.4.2 3.4.2 太阳电池的分光感度特性太阳电池的分光感度特性 分光感度：光的波长与生成电能的关系。分光感度：光的波长与生成电能的关系。光源的发射频谱与太阳电池的分光感度光源的发射频谱与太阳电池的分光感度3.4.3 3.4.3 太阳电池的照度特性太阳电池的照度特性3.4.4 3.4.4 太阳电池的温度特性太阳电池的温度特性 温度升高太阳电池出力减少，需要通风散热。温度升高太阳电池出力减少，需要通风散热。3.5 3.5 太阳电池的制造方法太阳电池的制造方法3.5.1 单晶硅太阳电池的制造方法单晶硅太阳电池的制造方法单晶硅电池制造流程单晶硅电池制造流程3.5.2 3.5.2 多晶硅太阳电池的制造方法多晶硅太阳电池的制造方法3.5.3 3.5.3 非晶硅太阳电池的制造方法非晶硅太阳电池的制造方法3.5.4 3.5.4 化合物半导体化合物半导体太阳电池的制造方法太阳电池的制造方法