专题二太阳能电池机理PPT课件

能 源 光 电 子 器 件 设 计主 讲 ： 光 电 学 院 钟 建 专 题 一 、 太 阳 能 电 池 概 述 . 课 程 安 排一 、 课 堂 教 学 （ 4-6学 时 ）二 、 专 题 讨 论 （ 2-4学 时 ）四 、 总 结 报 告 （ 2-4学 时 ）三 、 器 件 制 备 （ 6-8学 时 ） . 参 考 书 目1、 太 阳 能 光 伏 系 统 概 论 ， 车 孝 轩 ， 武 汉 大 学 出 版 社 ， 2007.11；2、 太 阳 能 光 伏 发 电 系 统 的 设 计 与 施 工 ，刘 树 民 ， 宏 伟 译 ， 科 学 出 版 社 ， 2006.04；3、 太 阳 能 光 伏 电 池 及 其 应 用 ，张 红 梅 ， 崔 晓 华 译 ， 科 学 出 版 社 ， 2008.09. . 提 纲 一 、 太 阳 能 电 池 的 应 用二 、 太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理四 、 太 阳 能 电 池 的 主 要 缺 点三 、 太 阳 能 电 池 的 主 要 优 点五 、 太 阳 辐 射六 、 太 阳 能 储 存 方 式 一 、 太 阳 能 电 池 的 应 用 （ 10KW光 伏 发 电 组 ） 太 阳 能 服 饰 太 阳 能 在 沙 漠 地 区 的 运 用 二 、 太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理 是 内 光 电 效 应 。光 伏 发 电 的 本 质 是 “ 光 -电 转 换 ” 。 简 单 讲 ， 主 要 是 以 半 导 体 材 料 为 基础 ， 利 用 光 照 产 生 电 子 -空 穴 对 ， 在 PN结上 可 以 产 生 光 电 流 和 光 电 压 的 现 象 （ 光 伏效 应 ） ， 从 而 实 现 太 阳 能 光 电 转 换 的 目 的 。 二 、 太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理光 电 效 应 概 述 光 照 射 到 某 些 物 质 上 ， 引 起 物 质 的 电 性 质 发 生 变 化 ， 也 就 是 光 能 量 转 换成 电 能 。 这 类 光 致 电 变 的 现 象 统 称 为 光 电 效 应 （ Photoelectric effect） 。 光 电 效 应 分 为 ： 外 光 电 效 应 和 内 光 电 效 应 。 二 、 太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理 1. 外 光 电 效 应 在 光 的 作 用 下 ， 物 体 内 的 电 子 逸 出 物 体 表 面 向 外 发 射 的 现 象 叫 做 外 光 电 效 应 。 2.内 光 电 效 应 内 光 电 效 应 是 被 光 激 发 所 产 生 的 载流 子 （ 自 由 电 子 或 空 穴 ） 仍 在 物 质 内 部运 动 ， 使 物 质 的 电 导 率 发 生 变 化 或 产 生光 生 伏 特 的 现 象 。 二 、 太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理半 导 体 的 内 光 电 效 应 当 半 导 体 的 表 面 受 到 太 阳 光 照 射 时 ， 如 果 其 中 有 些 光 子 的 能 量 大 于 或 等 于 半导 体 的 禁 带 宽 度 ， 就 能 使 电 子 挣 脱 原 子 核 的 束 缚 ， 在 半 导 体 中 产 生 大 量 的 电 子 一空 穴 对 ， 这 种 现 象 称 为 半 导 体 内 光 电 效 应 。 二 、 太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理半 导 体 的 内 光 电 效 应 太 阳 能 电 池 就 是 依 靠 内 光 电 效 应 把 光 能 转 化 为 电 能 的 ， 因 此 实 现 内 光 电 效 应的 条 件 是 所 吸 收 的 光 子 能 量 要 大 于 半 导 体 材 料 的 禁 带 宽 度 ， 即 gh E 式 中 h光 子 能 量 ； h普 朗 克 常 数 ； 光 波 频 率 ： Eg半 导 体 材 料 的 禁 带 宽 度 。 二 、 太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理半 导 体 的 内 光 电 效 应 由 于 C=， 其 中 C为 光 速 ， 是 光 波 波 长 ， 式 可 改 写 为 ， 即 gh E 这 表 示 光 子 的 波 长 只 有 满 足 上 式 的 要 求 ，才 能 产 生 电 子 一 空 穴 对 。 通 常 将 该 波 长 称 为 截止 波 长 ， 用 g表 示 ， 波 长 大 于 g的 光 子 就 不能 产 生 载 流 子 。 ghCE 二 、 太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理 不 同 的 半 导 体 材 料 由 于 禁 带 宽 度 不 同 ， 要 求 用 来 激 发 电 子 一 空 穴 对 的 光 子 能量 也 不 一 样 。 同 一 块 半 导 体 材 料 中 ， 超 过 禁 带 宽 度 的 光 子 被 吸 收 以 后 转 化 为电 能 ， 而 能 量 小 于 禁 带 宽 度 的 光 子 被 半 导 体 吸 收 以 后 则 转 化 为 热 能 ，不 能 产 生 电 子 一 空 穴 对 ， 只 能 使 半 导 体 的 温 度 升 高 。 结 论 ： 对 于 太 阳 电 池 而 言 ， 禁 带 宽 度 有 着举 足 轻 重 的 影 响 ， 禁 带 宽 度 越 大 ， 可 供 利 用 的太 阳 能 就 越 少 ， 它 使 每 种 太 阳 电 池 对 所 吸 收 光的 波 长 都 有 一 定 的 限 制 。 三 、 太 阳 能 电 池 的 主 要 优 点 (1)太 阳 能 取 之 不 尽 ， 用 之 不 竭 ， 地 球 表 面 接 受 的 太阳 辐 射 能 ， 足 够 满 足 目 前 全 球 能 源 需 求 的 数 万 倍 。 只 要 在 全 球 4%的 沙 漠 上 安 装 太 阳 能 光 伏 系 统 ，所 发 电 力 就 可 以 满 足 全 球 的 需 要 。 太 阳 能 电 池 安 全可 靠 。 (2)太 阳 能 随 处 可 得 ， 可 就 近 供 电 ， 不 必 长 距 离 输 送 ， 避 免 了 长距 离 输 电 线 路 的 损 失 。 (3)太 阳 能 不 用 燃 料 ， 运 行 成 本 很 低 。 三 、 太 阳 能 电 池 的 主 要 优 点(4)太 阳 能 电 池 没 有 运 动 部 件 ， 不 易 损 坏 ， 维护 简 单 ， 特 别 适 合 于 无 人 值 守 情 况 下 使 用 。 (5)太 阳 能 电 池 不 产 生 任 何 废 弃 物 ， 没 有污 染 、 噪 声 等 公 害 ， 对 环 境 无 不 良 影 响 ，是 理 想 的 清 洁 能 源 。 (6)太 阳 能 电 池 系 统 建 设 周 期 短 ， 方 便 灵 活 ， 而 且 可 以 根 据 负 荷 的 增 减 ，任 意 添 加 或 减 少 太 阳 电 池 方 阵 容 量 ， 避 免 浪 费 。 四 、 太 阳 能 电 池 的 主 要 缺 点 (1)地 面 应 用 时 有 间 歇 性 和 随 机 性 。 到 达 某 一 地 面 的 太 阳 辐 照 度 既 是 间 断 的 ， 又 是 不 稳 定 的 ，这 给 太 阳 能 的 大 规 模 应 用 增 加 了 难 度 。 (2)能 量 密 度 较 低 ， 标 准 条 件 下 ， 地 面 上 接 收 到 的 太 阳 辐 射强 度 为 1000W/m2。 正 午 时 太 阳 辐 射 的 辐 照 度 最 大 ， 在 垂 直 于 太 阳 光 方 向 1平 方 米 面 积 上 接 收 到 的 太 阳 能 平 均 有 1000W左 右 ； 若 按 全 年日 夜 平 均 ， 则 只 有 200W左 右 。 而 在 冬 季 大 致 只 有 一 半 ， 阴天 一 般 只 有 1 5左 右 。 (3)目 前 价 格 仍 较 贵 ， 为 常 规 发 电 的 5 15倍 ， 初 始 投 资 高 。 五 、 太 阳 辐 射 太 阳 的 能 量 主 要 来 源 于 氢 聚 变 成 氦 的 聚 变 反 应 ， 每秒 产 生 3. 90 l023kW能 量 。 这 些 能 量 以 电 磁 波 的 形 式 ，以 3.0 105 km/s的 速 度 穿 越 太 空 射 向 四 面 八 方 。 地 球 只 接 受 到 太 阳 总 辐 射 的 二 十 二 亿 分 之 一 ， 即 有1.7 1014 kW达 到 地 球 大 气 层 上 边 缘 (“上 界 ” )， 由 于 穿 越大 气 层 时 的 衰 减 ， 最 后 约 8.5 10 13 kW达 地 球 表 面 ， 这 个数 量 相 当 于 全 世 界 发 电 量 的 数 万 倍 。 五 、 太 阳 辐 射 （ 参 数 ） 1 太 阳 常 数 在 地 球 大 气 层 之 外 ， 平 均 日 地 距 离 处 ， 垂 直 于 太 阳 光方 向 的 单 位 面 积 上 所 获 得 太 阳 辐 射 能 基 本 上 是 一 个 常 数 ，这 个 辐 照 度 称 为 太 阳 常 数 ， 或 称 大 气 质 量 0(AM0)的 辐 射 。 1981年 10月 在 墨 西 哥 召 开 的 世 界 气 象 组 织 仪 器 和 观 测方 法 委 员 会 第 八 届 会 议 通 过 的 太 阳 常 数 的 大 小 是 ：ISC=1367 7W/m2。 实 际 上 ， 一 年 中 的 日 地 距 离 是 变 化 的 ， 因 此 I SC的 值 也 稍 有 变 化 。 五 、 太 阳 辐 射 （ 参 数 ）2 大 气 质 量 m 太 阳 与 天 顶 轴 重 合 时 ， 太 阳 光 线 穿 过 一 个 地 球大 气 层 的 厚 度 ， 路 程 最 短 。 太 阳 光 线 的 实 际 路 程 与 此 最 短 路 程 之 比 称 为 大气 质 量 。 并 假 定 在 1个 标 准 大 气 压 和 0 时 ， 海 平 面 上太 阳 光 线 垂 直 入 射 时 m=1。 因 此 ， 大 气 层 上 界 的 大 气 质 量 m=0。 太 阳 在 其他 位 置 时 ， 大 气 质 量 都 大 于 1， 如 m=1.5时 ， 通 常 写成 AM1.5。 大 气 质 量 的 示 意 图 如 图 所 示 。 大 气 质 量 的 示 意 图 五 、 太 阳 辐 射 （ 参 数 ）2 大 气 质 量 m 大 气 质 量 的 示 意 图 大 气 质 量 越 大 ， 说 明 光 线 经 过 大 气 的 路 程 越 长 ， 受 到衰 减 越 多 ， 到 达 地 面 的 能 量 就 越 少 。 地 面 上 的 大 气 质 量 计 算 公 式 为 ：m=secZ=1/sins式 中 Z-太 阳 天 顶 角 ； s-太 阳 高 度 角 。 五 、 太 阳 辐 射 （ 参 数 ）2 大 气 质 量 m （ 1） 天 顶 角 z 天 顶 角 就 是 太 阳 光 线 OP与 地 平 面 法 线 QP之 间的 夹 角 。 （ 2） 高 度 角 s 高 度 角 就 是 太 阳 光 线 OP与 其 在 地 平 面 上 投 影 线 Pg之 间 的 夹 角 ，它 表 示 太 阳 高 出 水 平 面 的 角 度 。 9 0 oz s 高 度 角 与 天 顶 角 的 关 系 为 ： 五 、 太 阳 辐 射 （ 参 数 ） 当 z=0o时 ， 大 气 光 学 质 量 等 于 1或 称 AM1； 当 z=60o时 ， 则 是 大 气 光 学 质 量 是 2或 AM2的 情 况 。 AM1.5（ 相 当 于 太 阳 光 和 垂 线 方 向 成 48.2o角 ） 为 光伏 业 界 的 标 准 。 任 何 地 点 的 大 气 光 学 质 量 可 以 由 下 列 公 式 估 算 ： AM=1+(s/h) 21/2 如 图 所 示 ， s是 高 度 为 h的 竖 直 杆 的 投 影 长 度 。 利 用 已 知 高 度 的 物 体 的 投 影 估 算 大 气 光 学 质 量 五 、 太 阳 辐 射 （ 参 数 ）3、 太 阳 光 谱 (1)太 阳 光 谱 的 定 义 太 阳 看 上 去 是 白 色 的 ， 但 是 如 果 使 一 束 太 阳 光 通 过一 个 玻 璃 三 棱 镜 ， 那 么 就 在 白 色 幕 布 上 ， 出 现 条 红 ， 橙 、黄 、 绿 、 青 、 蓝 、 紫 等 彩 色 光 带 。 物 理 学 上 把 这 样 的 彩 色 光 带 （ 各 色 光 按 频 率 或 波 长大 小 的 次 序 排 列 成 的 光 带 图 ） 叫 做 太 阳 光 谱 ， 这 样 的 可见 光 谱 （ 约 400-760nm） ， 只 占 太 阳 光 谱 中 的 微 小 部 分 。 五 、 太 阳 辐 射 （ 参 数 ） (1)太 阳 光 谱 的 定 义 整 个 太 阳 光 谱 的 波 长 是 非 常 宽 广 的 ， 从 几 个埃 到 几 十 米 。 比 可 见 光 波 长 长 的 有 红 外 ， 微 波 、 无 线 电 波等 ； 比 可 见 光 波 长 短 的 有 紫 外 线 、 X射 线 等 。 五 、 太 阳 辐 射 （ 参 数 ） (2)光 谱 的 分 类 光 谱 按 产 生 的 方 法 可 以 分 为 发 射 光 谱 和 吸 收光 谱 两 大 类 。 由 发 光 体 所 发 出 的 光 直 接 生 成 的 光 谱 叫 发 射光 谱 。 发 射 光 谱 又 分 为 连 续 光 谱 和 明 线 光 谱 。 五 、 太 阳 辐 射 （ 参 数 ） (2)光 谱 的 分 类 发 射 光 谱 又 分 为 连 续 光 谱 和 明 线 光 谱 。 连 续 光 谱 是 固 体 或 液 体 在 高 温 下 所 发 出 的 光生 成 的 ， 包 含 由 红 到 紫 各 式 各 样 的 色 光 在 内 的 连续 彩 色 光 带 。 明 线 光 谱 是 气 体 或 蒸 气 在 高 温 下 所 发 出 的 光生 成 的 ， 在 黑 暗 的 背 景 上 只 有 一 些 不 连 续 的 明 线 。 太 阳 光 谱 是 一 种 吸 收 光 谱 ， 它 是 在 连 续 光 谱 的 背 景 上分 布 许 多 暗 线 。 原 因 是 太 阳 发 出 的 白 光 ， 要 穿 过 温 度 比 太 阳 低 得 多 的太 阳 大 气 层 ， 在 这 种 太 阳 大 气 层 里 存 在 着 从 太 阳 里 蒸 发 出来 的 许 多 元 素 的 气 体 ； 太 阳 光 穿 过 它 们 的 时 候 ， 跟 这 些 元 素 标 识 谱 线 相 同 的光 ， 都 被 这 些 气 体 吸 收 掉 了 ， 所 以 太 阳 光 到 达 地 球 后 就 形成 了 吸 收 光 谱 。五 、 太 阳 辐 射 （ 参 数 ） (2)光 谱 的 分 类 地 球 大 气 上 界 的 太 阳 辐 射 光 谱 的 99%以 上 在 波长 0.15 4.0m。 大 约 50%的 太 阳 辐 射 能 量 在 可 见 光 谱 区 (波 长0.40.76m)， 7%在 紫 外 光 谱 区 (波 长 0.76m） 。 五 、 太 阳 辐 射 （ 参 数 ） (2)光 谱 的 分 类 太 阳 能 不 能 直 接 储 存 ， 必 须 转 换 成 其 他形 式 能 量 才 能 储 存 。 太 阳 能 储 存 有 以 下 方 法 。（ 1） 电 能 储 存 在 太 阳 能 光 伏 发 电 系 统 中 ， 主 要 是 用 蓄电 池 将 太 阳 能 电 池 发 出 来 的 电 能 储 存 。 铅 酸蓄 电 池 是 光 伏 发 电 系 统 配 套 的 主 要 储 能 装 置 。 六 、 太 阳 能 储 存 方 式 太 阳 能 不 能 直 接 储 存 ， 必 须 转 换 成 其 他 形式 能 量 才 能 储 存 。 太 阳 能 储 存 有 以 下 方 法 。（ 2） 热 能 储 存 利 用 材 料 的 显 热 储 能 是 最 简 单 的 储 能 方 法 。在 实 际 应 用 中 ， 水 、 砂 、 石 子 、 土 壤 等 可 作 为储 能 材 料 ， 其 中 水 的 比 热 容 最 大 ， 即 温 度 即 使升 高 不 多 也 能 够 吸 收 大 量 的 能 量 。 六 、 太 阳 能 储 存 方 式 (3) 潜 热 储 存 利 用 材 料 在 相 变 时 （ 从 一 种 相 转 变 为 另 一 种 相 时 ）吸 入 的 潜 热 储 能 ， 其 储 能 量 大 。 且 在 温 度 不 变 情 况 下 放热 。 如 纯 铁 在 无 限 缓 慢 的 冷 却 过 程 中 ， 由 一 种 相 转 变 成另 一 种 相 的 过 程 中 温 度 是 不 变 的 ， 这 就 说 明 物 质 在 发 生相 变 时 ， 放 出 的 潜 藏 热 量 抵 消 了 一 部 分 因 冷 却 散 失 的 热量 ， 所 以 温 度 不 变 。六 、 太 阳 能 储 存 方 式 六 、 太 阳 能 储 存 方 式(4)化 学 储 热 利 用 化 学 反 应 储 热 储 热 量 大 ， 体 积 小 ，重 量 轻 ， 储 存 时 间 长 。(5)太 阳 池 储 熟 太 阳 池 是 一 种 具 有 一 定 盐 浓 度 梯 度 的 盐水 池 ， 可 用 于 采 集 和 储 存 太 阳 能 。 (6)氢 能 储 存 氢 可 以 大 量 、 长 时 间 储 存 。 它 能 以 气 相 、 液 相 、 固 相（ 氢 化 物 ） 或 化 合 物 （ 如 氨 、 甲 醇 等 ） 形 式 储 存 。 此 外 氢和 氧 输 入 到 燃 料 电 池 中 也 可 以 发 电 。(7)机 械 能 储 存 太 阳 能 转 换 为 电 能 ， 带 动 电 动 水 泵 将 低 位 水 抽 至 高 位 ，便 以 位 能 的 形 式 储 存 太 阳 能 ； 太 阳 能 转 换 为 热 能 ， 推 动 热机 压 缩 空 气 ， 也 能 储 存 太 阳 能 。六 、 太 阳 能 储 存 方 式 专 题 二 、 太 阳 能 电 池 机 理主 讲 ： 光 电 学 院 钟 建 太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理 是 光 电 效 应 。光 伏 发 电 是 指 “ 光 -电 转 换 ” 。 主 要 是 以 半 导 体 材 料 为 基 础 ， 利 用光 照 产 生 电 子 -空 穴 对 ， 在 PN结 上 可 以 产生 光 电 流 和 光 电 压 的 现 象 （ 光 伏 效 应 ） ，从 而 实 现 太 阳 能 光 电 转 换 的 目 的 。 . 提 纲 一 、 半 导 体 材 料 及 特 点二 、 PN结 原 理三 、 太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理 半 导 体 的 特 性本 征 半 导 体杂 质 半 导 体 何 谓 半 导 体物 体 分 类 导 体 电 导 率 为 大 于 105s.cm-1， 量 级 ; 绝 缘 体 电 导 率 为 10-22-10-14 s.cm-1量 级 ; 导 电 能 力 介 于 导 体 和 绝 缘 体 之 间 。半 导 体 电 导 率 为 105s.cm-1量 级 ， 如 ：银 、 铜 、 金 、 铝 。电 导 率 10-22-10-14 s.cm-1量 级 ， 如 ： 橡 胶 、 云 母 、塑 料 等 。电 导 率 为 10-9-102 s.cm-1量 级 ， 如 ： 硅 、 锗 、砷 化 镓 （ 集 成 电 路 ） 等 。电 阻 率 ： 银 Ag 1.60（ 10 -6 m） 金 Au 2.40（ 10-6 m） (1)电 阻 率 是 用 来 表 示 各 种 物 质 电 阻 特性 的 物 理 量 。 某 种 材 料 制 成 的 长 1m、 横 截 面 积 是1mm2的 在 常 温 下 (20 时 ） 导 线 的 电 阻 ， 称为 这 种 材 料 的 电 阻 率 。 国 际 单 位 制 中 ， 电 阻率 的 单 位 是 欧 姆 米 ( )。 m 电 阻 率 的 计 算 公 式 为 ： 式 中 电 阻 率 ， ； S横 截 面 积 ， ； R电 阻 值 ， ； L导 线 的 长 度 ， m。 m R SL 2mm 电 阻 率 和 电 阻 是 两 个 不 同 概 念 。 电 阻 率 是反 映 物 质 对 电 流 阻 碍 作 用 的 属 性 ， 电 阻 是 反 映物 体 对 电 流 阻 碍 作 用 。 工 程 应 用 中 常 用 于 衡 量 电 阻 的 量 ， 一 个是 电 阻 率 ， 另 一 个 是 方 块 电 阻 。 何 为 方 块 电 阻 ？ 实 验 室 常 用 的 阳 极 材 料 为 ITO玻 璃 ， 其 方块 电 阻 为 10-15/ 。 氧 化 铟 -锡 透 明 导 电 膜 （ Indium tinoxide， 即 ITO） 。 电 阻 大 小 为 方 块 电 阻 乘 以 金 属 块 的 长 度和 宽 度 之 比 。 电 阻 率 除 以 金 属 膜 的 厚 度 得 到 所 谓 方 块电 阻 。 电 导 率 是 用 来 表 示 物 质 中 电 流 动 的 难 易 程度 ， 是 物 质 固 有 的 物 理 量 。 电 导 率 与 电 阻 率 之 间 是 互 为 倒 数 关 系 ，即 ： 电 导 率 =1/电 阻 率 。 电 导 率 的 单 位 是 S/m或 者 。 1 1m 对 于 一 般 的 导 电 材 料 ， 其 电 导 率 可 用 下式 表 示 ： 式 中 电 导 率 ， S/m； n载 流 子 浓 度 ， 原 子 ； e电 子 的 电 荷 ， C； 载 流 子 的 迁 移 率 ， 。 ne 3cm2 / ( )cm V S 对 于 半 导 体 材 料 ， 由 于 电 子 和 空 穴 同 时 导电 ， 存 在 两 种 载 流 子 ， 因 此 其 电 导 率 应 用 下 式表 示 ： 1 2ne e 1 2式 中 n， 电 子 、 空 穴 的 浓 度 ； ， 电 子 、 空 穴 的 迁 移 率 。 1 2， 电 子 、 空 穴 的 迁 移 率 。 迁 移 率 是 用 来 说 明 载 流 子 导 电 运 动 的 一个 物 理 量 ， 就 是 当 电 场 强 度 为 lV/cm时 ， 载流 子 的 漂 移 速 度 。 迁 移 率 的 单 位 是 cm2/(V.s) 硅 的 电 子 迁 移 率 为 1350cm2/(V s) 就 是 说 ， 当 电 场 强 度 为 lV/cm时 电 子 在硅 晶 体 中 以 1350cm/s的 速 度 向 正 电 极 漂 移 。 半 导 体 的 电 导 率 与 载 流 子 的 浓 度 和 迁 移 率 的 关 系 为 ： 电 导 率 =载 流 子浓 度 载 流 子 所 带 电 荷 迁 移 率 。 按 其 结 构 分 ， 可 分 为 三 大 类 ：单 晶 体 、 多 晶 体 和 非 晶 体 。 按 其 成 分 来 分 ， 可 以 粗 分 为 有机 半 导 体 和 无 机 半 导 体 ， 而 无 机 半导 体 又 可 分 为 元 素 半 导 体 和 化 合 物半 导 体 。 (1)元 素 半 导 体 从 周 期 表 上 看 ， 元 素 半导 体 包 括 硅 、 锗 、 硼 、 碳 、 灰 锡 、 磷 、 灰 砷 、灰 锑 、 硫 、 硒 、 碲 和 碘 ， 共 有 l2种 ， 其 中 锡 、锑 和 砷 只 有 在 特 定 的 固 相 时 才 显 示 半 导 体 性质 。 但 由 于 高 纯 度 的 单 晶 元 素 半 导 体 制 备 还较 为 困 难 ， 所 以 到 目 前 为 止 ， 在 实 际 产 业 中得 到 应 用 的 只 有 硅 、 锗 和 硒 ， 而 且 常 用 的 只有 硅 和 锗 。 (2)化 合 物 半 导 体 可 分 为 V族 半 导体 、 V族 半 导 体 、 族 半 导 体 、V 族 半 导 体 、 氧 化 物 半 导 体 、 硫 化 物 半导 体 和 稀 土 化 合 物 半 导 体 等 。 化 合 物 半 导 体 的 种 类 最 多 ， 有 二 元 ， 也有 多 元 ， 如 碳 化 硅 （ - 族 化 合 物 ） 和 -V族 化 合 物 S、 Se、 Te， 此 外 还 有 Zn、 Al、H g所 组 成 的 二 元 化 合 物 。 常 见 的 如 ： 砷 化镓 。 半 导 体 特 性 掺 入 杂 质 则 导 电 率 增 加 几 百 倍掺 杂 特 性 半 导 体 器 件温 度 增 加 使 导 电 率 大 为 增 加温 度 特 性 热 敏 器 件光 照 不 仅 使 导 电 率 大 为 增 加 还 可 以 产 生 电 动 势光 照 特 性 光 敏 器 件光 电 器 件 本 征 半 导 体 完 全 纯 净 、 结 构 完 整 的 半 导 体 晶 体 。纯 度 ： 99.99999%， “ 7N”，它 在 物 理 结 构 上 呈 单 晶 体 形 态 。常 用 的 本 征 半 导 体Si +14 2 8 4 G e +32 2 8 18 4+4 本 征 半 导 体 的 原 子 结 构 和 共 价 键+4+4+4+4 +4 +4 +4+4 +4共 价 键 内 的 电 子称 为 束 缚 电 子 价 带 导 带挣 脱 原 子 核 束 缚 的 电 子称 为 自 由 电 子价 带 中 留 下 的 空 位称 为 空 穴 禁 带 EG 外 电 场 E自 由 电 子 定 向 移 动形 成 电 子 流束 缚 电 子 填 补 空 穴 的定 向 移 动 形 成 空 穴 流 在 半 导 体 物 理 中 ， 通 常 把 这 种 形 成 共 价 键 的 价 电 子 所 占 据 的 能 带 称为 价 带 ， 而 把 价 带 上 面 邻 近 空 带 （ 自 由 电 子 占 据 的 能 带 ） 称 为 导 带 。 导带 和 价 带 之 间 为 禁 带 。 1. 本 征 半 导 体 中 有 两 种 载 流 子 自 由 电 子 和 空 穴 ，它 们 是 成 对 出 现 的 。2. 在 外 电 场 的 作 用 下 ， 产 生 电 流 电 子 流 和 空 穴 流 。电 子 流 自 由 电 子 作 定 向 运 动 形 成 的 ，与 外 电 场 方 向 相 反 ，自 由 电 子 始 终 在 导 带 内 运 动 。空 穴 流 价 电 子 递 补 空 穴 形 成 的 ，与 外 电 场 方 向 相 同 ，始 终 在 价 带 内 运 动 。由 此 我 们 可 以 看 出 ： 本 征 半 导 体 的 载 流 子 的 浓 度电 子 浓 度 ni :表 示 单 位 体 积 的 自 由 电 子 数 ；空 穴 浓 度 pi :表 示 单 位 体 积 的 空 穴 数 。结 论 1. 本 征 半 导 体 中 电 子 浓 度 ni = 空 穴 浓 度 pi；2. 载 流 子 的 浓 度 与 T有 关 。 三 . 杂 质 半 导 体本 征 半 导 体 缺 点 ？1、 自 由 电 子 浓 度 =空 穴 浓 度 ；2、 载 流 子 少 ， 导 电 性 差 ， 温 度 稳 定 性 差 ！(1) N型 半 导 体(2) P型 半 导 体(3) 杂 质 对 半 导 体 导 电 性 的 影 响 杂 质 半 导 体 掺 入 杂 质 的 本 征 半 导 体 。掺 杂 后 半 导 体 的 导 电 率 大 为 提 高 ；掺 入 的 三 价 元 素 如 硼 B、 Al、 铟 In等 ，形 成 P型 半 导 体 ， 也 称 空 穴 型 半 导 体 ；掺 入 的 五 价 元 素 如 磷 P、 砷 Se等 ，形 成 N型 半 导 体 ， 也 称 电 子 型 半 导 体 。 N (Negative 负 ） 型 半 导 体+4+4+4+4 +4 +4 +4+4 +45+5 在 本 征 半 导 体 中 掺 入 的 五 价 元 素 如 磷 。自 由 电 子 是 多 子 空 穴 是 少 子杂 质 原 子 提 供 由 热 激 发 形 成由 于 五 价 元 素 很 容 易 贡 献 电 子 ， 因 此 将 其称 为 施 主 杂 质 。 施 主 杂 质 因 提 供 自 由 电 子而 带 正 电 荷 成 为 正 离 子 。 N（ Negative 负 ） 型 半 导 体 （ 电 子 型 半 导 体 ）掺 杂 ：特 点 ：多 数 载 流 子 ： 自 由 电 子 （ 主 要 由 杂 质 原 子 提 供 ）少 数 载 流 子 ： 空 穴 （ 由 热 激 发 形 成 ）少 量 掺 入 五 价 杂 质 元 素 （ 如 ： 磷 ， 砷 等 ） P （ Positive 正 ） 型 半 导 体+4+4+4+4 +4 +4 +4+4 +43+3 在 本 征 半 导 体 中 掺 入 的 三 价 元 素 如 硼 。自 由 电 子 是 少 子空 穴 是 多 子 杂 质 原 子 提 供 由 热 激 发 形 成因 留 下 的 空 穴 很 容 易 俘 获 电 子 ， 使杂 质 原 子 成 为 负 离 子 。 三 价 杂 质 因而 也 称 为 受 主 杂 质 。 P（ Positive 正 ） 型 半 导 体 （ 空 穴 型 半 导 体 ）掺 杂 ： 少 量 掺 入 三 价 杂 质 （ 如 硼 、 镓 和 铟 等 ）特 点 ：多 子 ： 空 穴 （ 主 要 由 杂 质 原 子 提 供 ）少 子 ： 电 子 （ 由 热 激 发 形 成 ） 杂 质 半 导 体 的 载 流 子 浓 度 在 杂 质 型 半 导 体 中 ， 多 子 浓 度 比 本 征 半 导 体 的浓 度 大 得 多 ， 而 少 子 浓 度 比 本 征 半 导 体 的 浓 度 小得 多 ， 但 两 者 乘 积 保 持 不 变 ， 并 等 于 ni2 。 详 见 “ 半 导 体 物 理 ” 。 在杂质半导体中，尽管杂质含量很少，但提供的载流子数量计算仍远大于本征半导体中载流子的数量。例如：T=300k时，锗本征半导ni=2.51013/cm3,锗原子密度为4.4*1022/cm3,若掺入砷原子是锗原子密度的万分之一。 则施主杂质浓度为： ND=10-44.41022=4.41018/cm3 （比ni大十万倍）杂 质 半 导 体 的 载 流 子 浓 度在 杂 质 型 半 导 体 中 ：多 子 浓 度 比 本 征 半 导 体 的 浓 度 大 得 多 ；载 流 子 的 浓 度 主 要 取 决 于 多 子 （ 即 杂 质 浓 度 ） ， 故 使 导 电 能 力 激增 。结 论 P区 N区 (1).两种半导体结合后，由于浓度差产生载流子的扩散运动 结果产生空间电荷区耗尽层（多子运动）。+ + +P N 载 流 子 要 从 浓 度 大区 域 向 浓 度 小 的 区 域扩 散 ,称 载 流 子 的 扩 散的 运 动(2).空 间 电 荷 区 产 生 建 立 了 内 电 场 产 生 载 流子 定 向 运 动 （ 漂 移 运 动 ）(3).扩 散 运 动 产 生 扩 散 电 流 ； 漂 移 运 动 产 生 漂 移 电流 。动 态 平 衡 时 ： 扩 散 电 流 =漂 移 电 流 。 PN结 内 总 电 流 =0。 PN结 的 宽 度 一 定 。把 载 流 子 在 电 场 作用 下 的 定 向 移 动 称为 漂 移 运 动一 .PN结 的 基 本 原 理 ：（ 一 ） .PN结 的 形 成 ：当 扩 散 运 动 内 电 场 漂 移 运动 扩 散 运 动 动 态 平 衡 。自 由 电 子空 穴 + + +P N+ P区 N区 扩 散 运 动载 流 子 从 浓 度 大 向 浓 度 小的 区 域 扩 散 ,称 扩 散 运 动形 成 的 电 流 成 为 扩 散 电 流内 电 场内 电 场 阻 碍 多 子 向 对 方 的 扩 散即 阻 碍 扩 散 运 动同 时 促 进 少 子 向 对 方 漂 移即 促 进 了 漂 移 运 动扩 散 运 动 =漂 移 运 动 时达 到 动 态 平 衡 P-N结 的 内 建 电 场 对 两 边 的 少 数 载 流子 恰 恰 是 助 其 漂 移 运 动 的 动 力 。 所 以 不 管 什 么原 因 ， 在 P-N结 区 出 现 少 数 载 流 子 的 时 候 ， 它们 都 会 迅 速 通 过 P-N结 。 太 阳 能 电 池 正 是 利 用 了 光 激 发 少 数 载流 子 通 过 P-N结 而 发 电 的 。 空 间 电 荷 区（ P-N结 ） 内 建 电 场 方 向 后果扩 散 运 动 方 向 后果 半 导 体 P-N结 的 形 成 1 太 阳 能 电 池 中 的 P-N结 一 般 都 是 通 过 扩 散 工 艺 形成 的 。 例 如 ， 在 N型 半 导 体 中 ， 扩 散 一 定 的 受 主 杂 质（ 3价 元 素 ） ， 这 一 个 扩 散 层 就 会 从 N型 变 成 P型 ， 并 形成 一 个 P-N结 。 这 个 结 是 从 N型 向 P型 转 变 中 制 成 的 ， 称为 P+-N结 。 如 果 在 P型 半 导 体 中 ， 扩 散 一 定 的 施 主 杂 质 （ 5价 元 素 ） ， 这 一 个 扩 散 层 就 会 从 P型 变 成 N型 ， 并 形 成 一个 N +-P结 （ 也 是 一 种 P-N结 ） 。 空 间 电 荷 区（ P-N结 ）内 建 电 场 方 向后 果扩 散 运 动 方 向后 果 半 导 体 P-N结 的 形 成 1 太 阳 能 电 池 是 以 半 导 体 P-N结 上 接 受 太 阳 光照 产 生 光 生 伏 特 效 应 为 基 础 ， 直 接 将 光 能 转 换 成 电能 的 能 量 转 换 器 。 其 工 作 原 理 是 ： 当 太 阳 光 照 射 到 半 导 体 表 面 ，半 导 体 内 部 N区 和 P区 中 原 子 的 价 电 子 受 到 太 阳 光 子的 冲 击 ， 通 过 光 辐 射 获 取 到 超 过 禁 带 宽 度 Eg的 能 量 ，脱 离 共 价 健 的 束 缚 从 价 带 激 发 到 导 带 ， 由 此 在 半 导体 材 料 内 部 产 生 出 很 多 处 于 非 平 衡 状 态 的 电 子 和 空穴 对 。 半 导 体 材 料 的 物 理 性 质 是 与 电 子 和 空 穴的 运 动 状 态 密 切 相 关 的 ， 而 它 们 运 动 状 态 的 描 述和 理 解 建 立 在 能 带 理 论 的 基 础 上 。 从 大 的 范 围 讲 ，半 导 体 的 物 理 性 质 是 建 立 在 能 带 理 论 上 的 。 在 物 理 学 中 ， 常 常 用 能 量 图 来 描 述 电 子在 不 同 轨 道 上 所 具 有 的 能 量 。 如 果 把 电 子 所 具 有的 能 量 由 低 到 高 依 次 用 坐 标 来 表 示 ， 那 么 就 可 以看 出 ， 它 们 的 能 量 是 一 级 级 地 增 加 上 去 的 。 当 价 电 子 在 整 个 晶 体 中 运 动 时 ，这 些 “ 共 有 化 ” 的 价 电 子 不 像 围 绕 一 个原 子 核 运 动 时 那 样 只 能 有 一 个 固 定 的 能量 ， 即 只 有 一 个 固 定 的 能 级 ， 而 是 具 有若 干 个 分 布 在 一 定 范 围 内 的 能 级 。 这 些能 级 相 互 之 间 靠 得 非 常 近 ， 基 本 上 连 成一 片 ， 这 些 连 成 一 片 的 能 级 就 称 为 为 能带 。 在 导 体 中 ， 价 带 和 导 带 是 重叠 的 ， 它 们 之 间 没 有 禁 带 。 价 电 子所 在 的 能 带 中 只 有 部 分 被 电 子 填 充 ，其 余 部 分 是 空 的 。 处 于 较 高 能 级 的价 电 子 犹 如 自 由 电 子 ， 可 以 自 由 地运 动 ， 当 这 些 电 子 在 电 场 的 作 用 下向 着 一 个 方 向 移 动 时 就 形 成 了 电 流 。由 于 导 体 的 价 带 和 导 带 之 间 没 有 禁带 ， 因 此 ， 即 使 在 很 低 的 温 度 下 也会 有 大 量 电 子 参 与 导 电 ， 所 以 导 体的 电 阻 率 很 低 。 半 导 体 的 价 带 填 满了 电 子 ， 在 价 带 和 导 带 之间 有 一 个 禁 带 。 由 于 半 导体 的 禁 带 较 窄 ， 所 以 在 室温 下 ， 也 会 有 一 定 数 量 的电 子 从 价 带 跃 迁 到 导 带 上 ，当 导 带 上 有 了 一 定 数 量 的电 子 后 ， 这 些 电 子 在 外 电场 的 作 用 下 就 会 导 电 。 随 着 温 度 的 升 高 ， 有 很多 的 电 子 被 激 发 到 导 带 上 ， 这就 是 半 导 体 的 导 电 能 力 会 随 着温 度 的 升 高 而 增 加 的 原 因 。 但是 ， 由 于 半 导 体 的 价 带 和 导 带之 间 毕 竟 存 在 一 个 禁 带 ， 因 而被 激 发 到 导 带 上 去 的 电 子 是 有限 的 ， 所 以 半 导 体 的 导 电 能 力比 导 体 差 ， 即 半 导 体 的 电 阻 率比 导 体 的 电 阻 率 大 。 绝 缘 体 的 价 带 也 填 满 了 电子 ， 它 的 价 带 和 导 带 之 间 也 有 一 个禁 带 ， 但 这 个 禁 带 要 比 半 导 体 的 禁带 宽 得 多 。 在 一 般 情 况 下 ， 价 带 上的 电 子 从 热 激 发 中 得 到 的 能 量 不 足以 使 它 激 发 到 导 带 上 ， 因 此 ， 绝 缘体 的 导 带 上 电 子 极 少 ， 因 而 绝 缘 体的 导 电 能 力 极 差 ， 电 阻 率 很 大 。 光 伏 效 应n 如 果 外 电 路 处 于 开 路 状 态 ， 那 么 这 些光 生 电 子 和 空 穴 积 累 在 pn结 附 近 ， 使 p区 获得 附 加 正 电 荷 ， n区 获 得 附 加 负 电 荷 ， 这 样在 pn结 上 产 生 一 个 光 生 电 动 势 ， 这 一 现 象称 为 光 伏 效 应 （ Photoelectric effect） 一 般 希 望 有 更 多 的 先 激 发 载 流 子 中 的 少数 载 流 子 能 运 动 到 P-N结 区 ， 通 过 P-N结 对 少 数 载流 子 的 牵 引 作 用 而 漂 移 到 对 方 区 域 ， 对 外 形 成 与P-N结 势 垒 电 场 方 向 相 反 的 光 生 电 场 。 一 旦 接 通 外 电 路 ， 即 可 有 电 能 输 出 。 当把 众 多 这 样 小 的 太 阳 能 光 伏 电 池 单 元 通 过 串 并 联的 方 式 组 合 在 一 起 ， 构 成 光 伏 电 池 组 件 ， 便 会 在太 阳 能 的 作 用 下 输 出 功 率 足 够 大 的 电 能 。 是 指 在 电 池 表 面 被 反 射 回 去 的 一 部 分光 线 ； 是 指 刚 进 电 池 表 面 被 吸 收 生 成 电 子 -空穴 对 的 光 线 ， 其 中 大 部 分 是 吸 收 系 数 较大 的 短 波 光 线 。 它 们 来 不 及 达 到 P-N结 就很 快 地 被 复 合 还 原 。 所 以 它 们 对 产 生 光生 电 动 势 没 有 贡 献 ； 上 电 极P-N结 下 电 极NP光 伏 电 池 受 光 照 情 况 是 指 在 P-N结 附 近 被 吸 收 生 成 电 子 -空 穴 对的 那 部 分 光 线 ， 它 们 是 使 太 阳 能 电 池 能 够 有效 发 电 的 有 用 光 线 。 这 些 光 生 非 平 衡 少 数 载流 子 在 P-N结 特 有 的 漂 移 作 用 下 产 生 光 生 电动 势 ； 是 指 辐 射 到 电 池 片 深 处 ， 距 离 P-N结 较 远的 地 方 才 被 吸 收 的 光 线 ， 它 们 与 光 线 的 情况 相 同 ， 虽 能 产 生 电 子 -空 穴 对 ， 在 P-N较 远处 被 复 合 ， 只 有 极 少 部 分 能 产 生 光 生 电 动 势 ； 上 电 极P-N结 下 电 极NP光 伏 电 池 受 光 照 情 况 是 指 被 电 池 吸 收 ， 但 是 由 于 能 量 较小 不 能 产 生 电 子 -空 穴 对 的 那 部 分 光 线 ，它 们 的 能 量 只 能 使 光 伏 电 池 加 热 ， 温度 上 升 ； 是 指 没 有 被 电 池 吸 收 而 透 射 过 去 的少 部 分 光 线 。 上 电 极P-N结 下 电 极NP光 伏 电 池 受 光 照 情 况 由 此 可 见 ， 能 够 产 生 光 生 电 动 势 的主 要 是 光 线 。 所 以 应 该 尽 可 能 地 增 加 它 们的 比 例 数 量 ， 才 能 提 高 光 伏 电 池 的 光 电 转 换效 率 。 所 谓 光 电 转 换 效 率 ， 是 指 受 光 照 的太 阳 能 所 产 生 的 最 大 输 出 电 功 率 与 入 射 到 该电 池 受 光 几 何 面 积 上 全 部 光 辐 射 功 率 的 百 分比 。 上 电 极 P-N结下 电 极NP光 伏 电 池 受 光 照 情 况 当 光 伏 电 池 的 上 电 极 和 下 电极 接 上 负 载 电 路 之 后 ， 光 线 部 分是 如 何 在 外 电 路 上 形 成 电 流 的 过 程 。 正 是 由 于 这 些 靠 近 P-N结 的 光生 少 数 载 流 子 ， 在 P-N结 的 漂 移 作用 下 ， N区 的 电 子 留 在 N区 ， 空 穴 流向 P区 ； P区 的 空 穴 留 在 P区 ， 电 子流 向 N区 ， 构 成 光 生 电 场 。 abb cca光 子 d eg f下 电 极上 电 极 导 电 体 负 极NP d efcbb a gca状 态 状 态 电 子空 穴电 子 流 动 方 向标 定 电 流 方 向光 伏 电 池 产 生 电 流 示 意 图 3 从 外 电 路 看 ， P区 为 正 ， N区 为负 ， 一 旦 接 通 负 载 ， N区 的 电 子 通 过 外电 路 负 载 流 向 P区 形 成 电 子 流 ； 电 子 进入 P区 后 与 空 穴 复 合 ， 变 回 成 中 性 ， 直到 另 一 个 光 子 再 次 分 离 出 电 子 -空 穴 对为 止 。 人 们 约 定 电 流 的 方 向 与 正 电 荷的 流 向 相 同 ， 与 负 电 荷 的 流 向 相 反 。 于是 光 伏 电 池 与 负 载 接 通 后 ， 电 流 是 从 P区 流 出 ， 通 过 负 载 而 从 N区 流 回 电 池 。 abb cca光 子 d eg f下 电 极上 电 极 导 电 体负 极NP d efcbb a gca状 态 状 态 电 子空 穴电 子 流 动 方 向标 定 电 流 方 向 光 伏 电 池 产 生 电 流 示 意图 3 半 导 体 材 料 在 不 同 的 温 度 和 光 辐 射 下 ， 产 生 的 电 子 -空 穴 对 的 数 量 是不 同 的 。 利 用 光 伏 效 应 原 理 而 制 成 的 光 伏 电 池 ， P-N结 是 其 工 作 原 理 的 核 心 。 abb cca光 子 d eg f下 电 极上 电 极 导 电 体 负 极NP d efcbb a gc a状 态 状 态 电 子空 穴电 子 流 动 方 向标 定 电 流 方 向 光 伏 电 池 产 生 电 流 示 意 图 3 光 伏 电 池 可 制 成 P+/N型 结 构 或N+/P型 结 构 。 其 中 第 一 个 符 号 即 P+和 N+表示 光 伏 电 池 正 面 光 照 层 半 导 体 材 料 的 导 电类 型 ； 第 二 个 符 号 即 N和 P表 示 光 伏 电 池 背面 衬 底 半 导 体 材 料 的 导 电 类 型 。 光 伏 电 池 的 电 性 能 与 制 造 电 池 所用 的 半 导 体 材 料 的 特 性 有 关 。 在 太 阳 光 照射 时 ， 光 伏 电 池 输 出 电 压 的 极 性 以 P型 侧电 极 为 正 ， N型 侧 电 极 为 负 。 abb cca光 子 d e g f下 电 极上 电 极 导 电 体负 极NP d efcbb a gca状 态 状 态 电 子空 穴电 子 流 动 方 向标 定 电 流 方 向 光 伏 电 池 产 生 电 流 示 意 图 3 1 . 太 阳 能 电 池 工 作 原 理2 . 太 阳 能 电 池 研 究 现 状3 . 单 晶 硅 (Single Crystaline-Si)太 阳 电 池 4 . 多 晶 硅 (Polycrystaline-Si)太 阳 电 池 5 . 非 晶 硅 (Amorphous-Si)太 阳 电 池 6 . 无 机 化 合 物 太 阳 电 池 （ 单 晶 、 多 晶 ） 7 . 有 机 化 合 物 太 阳 电 池 8. 染 料 敏 化 太 阳 能 电 池9. 太 阳 能 电 池 参 数 的 测 量10. 太 阳 能 电 池 的 产 业 化专 题 报 告 （ 要 求 ： 3000字 报 告 ， 20页 PPT， 10分 钟 讲 解 ) 1 . 太 阳 能 电 池 工 作 原 理2 . 太 阳 能 电 池 研 究 现 状3 . 单 晶 硅 (Single Crystaline-Si)太 阳 电 池 4 . 多 晶 硅 (Polycrystaline-Si)太 阳 电 池 5 . 非 晶 硅 (Amorphous-Si)太 阳 电 池 6 . 无 机 化 合 物 太 阳 电 池 （ 单 晶 、 多 晶 ） 7 . 有 机 化 合 物 太 阳 电 池 8. 染 料 敏 化 太 阳 能 电 池9. 太 阳 能 电 池 参 数 的 测 量10. 太 阳 能 电 池 的 产 业 化专 题 报 告 （ 下 周 五 前 发 至 ) 二 、 太 阳 能 电 池 的 工 作 原 理半 导 体 的 内 光 电 效 应 由 于 C=， 其 中 C为 光 速 ， 是 光 波 波 长 ， 式 可 改 写 为 ， 即 gh E 这 表 示 光 子 的 波 长 只 有 满 足 上 式 的 要 求 ，才 能 产 生 电 子 一 空 穴 对 。 通 常 将 该 波 长 称 为 截止 波 长 ， 用 g表 示 ， 波 长 大 于 g的 光 子 就 不能 产 生 载 流 子 。 ghCE 五 、 太 阳 辐 射 太 阳 的 能 量 主 要 来 源 于 氢 聚 变 成 氦 的 聚 变 反 应 ， 每秒 产 生 3. 90 l023kW能 量 。 这 些 能 量 以 电 磁 波 的 形 式 ，以 3.0 105 km/s的 速 度 穿 越 太 空 射 向 四 面 八 方 。 地 球 只 接 受 到 太 阳 总 辐 射 的 二 十 二 亿 分 之 一 ， 即 有1.7 1014 kW达 到 地 球 大 气 层 上 边 缘 (“上 界 ” )， 由 于 穿 越大 气 层 时 的 衰 减 ， 最 后 约 8.5 10 13 kW达 地 球 表 面 ， 这 个数 量 相 当 于 全 世 界 发 电 量 的 数 万 倍 。 五 、 太 阳 辐 射 （ 参 数 ） 当 z=0o时 ， 大 气 光 学 质 量 等 于 1或 称 AM1； 当 z=60o时 ， 则 是 大 气 光 学 质 量 是 2或 AM2的 情 况 。 AM1.5（ 相 当 于 太 阳 光 和 垂 线 方 向 成 48.2o角 ） 为 光伏 业 界 的 标 准 。 任 何 地 点 的 大 气 光 学 质 量 可 以 由 下 列 公 式 估 算 ： AM=1+(s/h) 21/2 如 图 所 示 ， s是 高 度 为 h的 竖 直 杆 的 投 影 长 度 。 利 用 已 知 高 度 的 物 体 的 投 影 估 算 大 气 光 学 质 量 五 、 太 阳 辐 射 （ 参 数 ） (2)光 谱 的 分 类