光伏電池 介紹

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1、光伏電池一、光伏發(fā)電原理研究發(fā)現(xiàn)，光照使不均勻的半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間，產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱為光生伏特效應(yīng)（Photovoltaiceffect），簡稱光伏效應(yīng)。一般化合價為4的硅晶體半導(dǎo)體中摻入少量化合價為3的硼原子時，硅晶體中就會出現(xiàn)正電荷的空穴，形成P型半導(dǎo)體；當(dāng)硅晶體中摻入化合價為5的磷原子后，就會出現(xiàn)負(fù)電荷的電子，形成N型半導(dǎo)體。當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時，在兩種半導(dǎo)體交界面區(qū)域會形成一個特殊的薄層，界面P型半導(dǎo)體一側(cè)帶負(fù)電，N型半導(dǎo)體一側(cè)帶正電，如圖1所示。由于P型半導(dǎo)體多余空穴，N型

2、半導(dǎo)體中多余自由電子，出現(xiàn)了N區(qū)的電子擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)的空穴擴(kuò)散到N區(qū)，這樣，就形成了由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場（E），以阻止擴(kuò)散的進(jìn)行，達(dá)到平衡后，形成特殊的薄層，這就是PN結(jié)。圖PN結(jié)示意當(dāng)半導(dǎo)體晶片受陽光照射后，PN結(jié)中的P型半導(dǎo)體的光生電子向PN結(jié)擴(kuò)散，進(jìn)入PN結(jié)后，即被“內(nèi)電場”推向N區(qū)；而N型半導(dǎo)體產(chǎn)生的光生空穴，先向PN結(jié)擴(kuò)散，進(jìn)入PN結(jié)后，即被“內(nèi)電場”推向P區(qū)。這種電子和空穴的移動，在N區(qū)積累了大量的光生電子，而P區(qū)則積累了大量的光生空穴，在PN結(jié)兩側(cè)出現(xiàn)了光生電動勢，當(dāng)外電路連接起來時就有光生電流通過。如下圖所

3、示，PN結(jié)光伏效應(yīng)示意二、分類主要有硅太陽能電池、聚光太陽能電池、無機(jī)化合物薄膜太陽能電池、有機(jī)薄膜太陽能電池、納米晶薄膜太陽能電池和疊層太陽能電池等幾大類。硅太陽能電池根據(jù)硅片厚度的不同,可分為晶體硅太陽能電池和薄膜硅太陽能電池兩大類。晶體硅太陽能電池有單晶硅(c-Si)和多晶硅(p-Si)太陽能電池兩類,理論最高光電轉(zhuǎn)化效率為25%，據(jù)報道c-Si太陽能電池最高光電轉(zhuǎn)化效率已達(dá)24.17%。2004年采用新技術(shù),在世界上率先使p-Si太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率突破20%大關(guān),達(dá)到20.13%。薄膜硅太陽能電池(硅膜厚約50L

4、m)的出現(xiàn),相對晶體硅太陽能電池,所用的硅材料大幅度減少,很大程度上降低了晶體硅太陽能電池的成本。聚光太陽能電池聚光是降低太陽能電池總成本的一種方法,通過聚光器(倍率一般大于幾十倍,有反射式和透鏡式兩種)將較大面積的陽光聚在一個較小的范圍內(nèi),形成/焦斑0或/焦帶0,并將太陽能電池置于“焦斑”或“焦帶”上,以增加光強(qiáng),克服太陽輻射能流密度低的缺陷,從而獲得更多的電能輸出。二、薄膜硅太陽能電池主要有多晶硅薄膜太陽能電池、非晶硅薄膜太陽能電池和微晶硅薄膜太陽能電池。這里我們主要介紹多晶硅薄膜太陽能電池。薄膜硅太陽能電池(硅膜厚約50

5、Lm)的出現(xiàn),相對晶體硅太陽能電池,所用的硅材料大幅度減少,很大程度上降低了晶體硅太陽能電池的成本。薄膜硅太陽能電池主要有非晶硅(a-Si)、微晶硅(Lc-Si)和多晶硅(p-Si)薄膜太陽能電池,前兩者有光致衰退效應(yīng),其中Lc-Si薄膜太陽能電池光致衰退效應(yīng)相對較弱但Lc-Si薄膜沉積速率低(僅112nm/s),光致衰退效應(yīng)致使其性能不穩(wěn)定,發(fā)展受到一定的限制,而后者則無光致衰退效應(yīng)問題,因此是硅系太陽能電池的發(fā)展方向?！」庵滤ネ诵?yīng)，light-induceddegradation也稱S-W效應(yīng)。a-Si∶H薄膜經(jīng)較長時間

6、的強(qiáng)光照射或電流通過,在其內(nèi)部將產(chǎn)生缺陷而使薄膜的使用性能下降,稱為Steabler-Wronski效應(yīng)。三、影響光電轉(zhuǎn)換效率的因素1、太陽能電池發(fā)電原理：利用光伏發(fā)電，即通過一對有光響應(yīng)的器件將光能轉(zhuǎn)換成電能。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能光伏電池組，光伏系統(tǒng)電池控制器，蓄電池和交直流逆變器等主要部件組成，其中的核心元件是光伏電池組和控制器。各部件在系統(tǒng)中的作用。光伏電池：光電轉(zhuǎn)換。太陽能電池主要由晶硅材料做作成類似二極管中的P-N結(jié)，工作原理與二極管類似。在二極管中，推動P-N結(jié)空穴和電子運(yùn)動的是外部電場，而在太陽能電池中

7、推動P-N結(jié)空穴和電子運(yùn)動的是太陽光子和光輻射熱。也就是通常所說的光電伏特效應(yīng)原理。控制器：作用于整個系統(tǒng)的過程控制。光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用的控制器類型很多，而我國目前使用的大都是設(shè)計較簡單的控制器，其中智能型控制器僅用于通信系統(tǒng)和較大型的光伏電站。蓄電池：蓄電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，用來存儲由光伏電池轉(zhuǎn)換來的電能。目前我國還沒有用于光伏系統(tǒng)的專用蓄電池，而是使用常規(guī)的鉛蓄電池。交直流逆變器：用于交直流轉(zhuǎn)換，因此這個部件的重要指標(biāo)是轉(zhuǎn)換效率。例如并網(wǎng)逆變器采用最大功率跟蹤技術(shù)，最大限度地把光伏電池轉(zhuǎn)換的電能送入電網(wǎng)。2、影響

8、光電轉(zhuǎn)換效率的因素研究光電轉(zhuǎn)換效率的一些參數(shù)光電轉(zhuǎn)換效率η%為評估太陽電池好壞的重要因素。目前使用的太陽能電池實驗室：η≈24%，產(chǎn)業(yè)化：η≈15%。填充因子FF%為評估太陽電池負(fù)載能力的重要因素。FF=(Im×Vm)/(Isc×Voc)。其中：Isc-短路電流，Voc-開路