太阳能电池原理及发展剖析.pptx
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1、会计学1太阳能电池原理及发展剖析太阳能电池原理及发展剖析目目 录录太阳能电池太阳能电池基本原理基本原理主要面临问题主要面临问题发展现状发展现状第1页/共31页太阳能电池太阳能电池n n化石能源日渐枯化石能源日渐枯竭竭,人类对能源人类对能源需求不断上升，需求不断上升，温室效应加剧温室效应加剧促使人类寻促使人类寻找化石燃料之外找化石燃料之外的新型绿色能源。的新型绿色能源。n n太阳能是人类取太阳能是人类取之不尽用之不竭之不尽用之不竭的的可再生能源可再生能源。也是也是清洁能源清洁能源，不产生任何的环不产生任何的环境污染。在太阳境污染。在太阳能的有效利用中；能的有效利用中；大阳能光电利用大阳能光电利用
2、是近些年来发展是近些年来发展最快，最具活力最快，最具活力的研究领域，是的研究领域，是其中最受瞩目的其中最受瞩目的项目之一。项目之一。第2页/共31页硅太阳能电池工作原理 制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生内光电其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生内光电效应，将光能转换为电能。根据所用材料的不同，效应，将光能转换为电能。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：太阳能电池可分为：硅基太阳能电池硅基太阳能电池和和薄膜电池薄膜电池。太阳能电池发电的原理主要是半导体的内光电太阳能电池发电的原理主要是半导体的内光电效应，一
3、般的半导体主要结构如下：效应，一般的半导体主要结构如下：第3页/共31页硅太阳能电池工作原理图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子四个电子。而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有周围只有3 3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成而中和，形成P P型半导体。型半导体。掺入杂质，掺入杂质，如硼、磷等如硼、磷等第4页/共31页PN
4、结的形成及工作原理 零偏零偏 负偏负偏 正偏正偏 当当PNPN结反偏时，外加电场与内电场方向一致，耗尽区在外电结反偏时，外加电场与内电场方向一致，耗尽区在外电场作用下变宽，使势垒加强；当场作用下变宽，使势垒加强；当PNPN结正偏时，外加电场与内电结正偏时，外加电场与内电场方向相反，耗尽区在外加电场作用下变窄，势垒削弱。场方向相反，耗尽区在外加电场作用下变窄，势垒削弱。当光当光电池用作光电转换器时，必须处于零偏或反偏状态。电池用作光电转换器时，必须处于零偏或反偏状态。当当P型和型和N型半导体材料结合时，型半导体材料结合时，P型（型（N型）材料中的空穴型）材料中的空穴（电子）向（电子）向N型（型（
5、P型）材料这边扩散，扩散的结果使得结型）材料这边扩散，扩散的结果使得结合区形成一个势垒，由此而产生的内电场将阻止扩散运动的继合区形成一个势垒，由此而产生的内电场将阻止扩散运动的继续进行，当两者达到平衡时，在续进行，当两者达到平衡时，在PN结两侧形成一个耗尽区结两侧形成一个耗尽区。第5页/共31页当光照射到半导体上时，光子当光照射到半导体上时，光子将能量提供给电子，电子将跃将能量提供给电子，电子将跃迁到更高的能态，在这些电子迁到更高的能态，在这些电子中，中，作为实际使用的光电器件作为实际使用的光电器件里可利用的电子有：里可利用的电子有：（1）价带电子；）价带电子；（2）自由电子或空穴；）自由电子
6、或空穴；（3）存在于杂质能级上的电子。）存在于杂质能级上的电子。太阳电池可利用的电子主要是价太阳电池可利用的电子主要是价带电子带电子。由价带电子得到光的。由价带电子得到光的能量跃迁到导带的过程决定的能量跃迁到导带的过程决定的光的吸收称为本征或固有吸收。光的吸收称为本征或固有吸收。基本原理基本原理第6页/共31页基本原理基本原理由于半导体不是电的由于半导体不是电的良导体，电子在通过良导体，电子在通过pn结后如果在半导结后如果在半导体中流动，电阻非常体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能上金属，阳光就不能通过，电流就不能产通
7、过，电流就不能产生，因此一般用生，因此一般用金属金属网格覆盖网格覆盖pn结结（如（如图图梳状电极），以梳状电极），以增加入射光的面积。增加入射光的面积。第7页/共31页制约光电池转换效率的因制约光电池转换效率的因素素 光学损失光学损失 电学损失电学损失 串并联电阻串并联电阻损失损失 反射损失反射损失短波损失短波损失透射损失透射损失光生空穴光生空穴电子对电子对在各区的复合在各区的复合表面复合表面复合 （前表面和背表面）（前表面和背表面）材料复合：材料复合：复合中心复合复合中心复合第8页/共31页主要面临问题主要面临问题n n在硅太阳能电池的制造历史中已经采用过许多措施来提高太阳能电池的光电转换效
8、在硅太阳能电池的制造历史中已经采用过许多措施来提高太阳能电池的光电转换效在硅太阳能电池的制造历史中已经采用过许多措施来提高太阳能电池的光电转换效在硅太阳能电池的制造历史中已经采用过许多措施来提高太阳能电池的光电转换效率，并且随着能源的不断消耗，高效太阳能的研究正热火朝天地进行。主要针对：率，并且随着能源的不断消耗，高效太阳能的研究正热火朝天地进行。主要针对：率，并且随着能源的不断消耗，高效太阳能的研究正热火朝天地进行。主要针对：率，并且随着能源的不断消耗，高效太阳能的研究正热火朝天地进行。主要针对：1.1.1.1.降低光电子的表面复合，如降低表面态等；降低光电子的表面复合，如降低表面态等；降低
9、光电子的表面复合，如降低表面态等；降低光电子的表面复合，如降低表面态等；2.2.2.2.降低入射光的表面反射，用多种太阳光减反射技术，如沉积降低入射光的表面反射，用多种太阳光减反射技术，如沉积降低入射光的表面反射，用多种太阳光减反射技术，如沉积降低入射光的表面反射，用多种太阳光减反射技术，如沉积 减反层、硅片表面织构技术、局部背表面场技术，最大限度减反层、硅片表面织构技术、局部背表面场技术，最大限度减反层、硅片表面织构技术、局部背表面场技术，最大限度减反层、硅片表面织构技术、局部背表面场技术，最大限度 地减少太阳光在硅表面的反射；地减少太阳光在硅表面的反射；地减少太阳光在硅表面的反射；地减少太
10、阳光在硅表面的反射；3.3.3.3.电极低接触电阻和集成受光技术，如激光刻槽埋栅技术和表电极低接触电阻和集成受光技术，如激光刻槽埋栅技术和表电极低接触电阻和集成受光技术，如激光刻槽埋栅技术和表电极低接触电阻和集成受光技术，如激光刻槽埋栅技术和表 面浓度扩散技术，使电极接触电阻低和增加硅表面受光面积面浓度扩散技术，使电极接触电阻低和增加硅表面受光面积面浓度扩散技术，使电极接触电阻低和增加硅表面受光面积面浓度扩散技术，使电极接触电阻低和增加硅表面受光面积 4.4.4.4.降低降低降低降低P-NP-NP-NP-N结的结深和漏电；结的结深和漏电；结的结深和漏电；结的结深和漏电；5.5.5.5.采用高效
11、廉价光电转换材料；采用高效廉价光电转换材料；采用高效廉价光电转换材料；采用高效廉价光电转换材料；第9页/共31页发展现状发展现状单晶硅太阳能电池（主要）单晶硅太阳能电池（主要）单晶硅太阳能电池转换效率达单晶硅太阳能电池转换效率达15%左右左右,其其制造工艺成熟，生产过程耗能高制造工艺成熟，生产过程耗能高,生产成本生产成本高。高。多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池 使制造成本大大降低使制造成本大大降低,电池的转换效率达电池的转换效率达到到16%左右，左右，MIT研制电池样品研制电池样品,光电转换光电转换效率提高了效率提高了27%。硅薄膜太阳能电池硅薄膜太阳能电池 生产制造技术成熟生产制造技术成熟,
12、大量节省成本和能耗大量节省成本和能耗,产品面积有较大增加。转化效率相对较低产品面积有较大增加。转化效率相对较低,目前仅为目前仅为12%14%,且光电效率随使用时且光电效率随使用时间的增长而衰退。间的增长而衰退。化合物薄膜太阳能电池化合物薄膜太阳能电池 化合物薄膜太阳能电池的光转换效率高化合物薄膜太阳能电池的光转换效率高,理论值可达理论值可达28%,又易于薄膜化又易于薄膜化,。2009年年10 月月Sharp研制了光电转换率为研制了光电转换率为35.8%的电池的电池样品样品第10页/共31页薄膜太阳电池简介硅薄膜硅薄膜碲镉系碲镉系(CdTe)染料薄膜和有机薄膜染料薄膜和有机薄膜(TiO2)非晶非
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- 太阳能电池 原理 发展 剖析
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