一,基础知识
(1)太阳能电池的发电原理
太阳能电池是利用半导体材料的光电效应,将太阳能转换成电能的装置.
●半导体的光电效应所有的物质均有原子组成,原子由原子核和围绕原子核旋转的电
子组成.半导体材料在正常状态下,原子核和电子紧密结合(处于非导体状态),但在某种外界因素的刺激下,原子核和电子的结合力降低,电子摆脱原子核的束搏,成为自由电子.
光激励
核核
电子空穴电子
●PN 结合型太阳能电池
电子对
太阳能电池是由 P 型半导体和 N 型半导体结合而成,N 型半导体中含有较多的空穴,而 P 型半导体中含有较多的电子,当P型和N型半导体结合时在结合处会形成电势当芯片在受光过程中,带正电的空穴往 P 型区移动,带负电子的电子往 N 型区移动,在接上连线和负载后,就形成电流..
－＋－N 型PN结
＋－＋
＋－＋
－＋－－－－－－－
PN 结合＋－＋＋－＋
－＋－
电势
＋＋＋＋＋＋
－＋－P 型(2)太阳能电池种类
硅半导体
结晶类
非晶类单晶硅电池多晶硅电池非晶硅电池
※在现在的太阳能电池产品中,以硅半导体材料为主,其中又以单晶硅和多晶硅为代表.由于 其原材料的广泛性,较高的转换效率和可靠性,被市场广泛接受.非晶硅在民用产品上也有 广泛的应用(如电子手表,计算器等),但是它的稳定性和转换效率劣于结晶类半导体材料. 化合物太阳能电池由于其材料的稀有性和部分材料具有公害,现阶段未被市场广泛采用.
※现在太阳能电池的主流产品的材料是半导体硅,是现代电子工业的必不可少的材料,同时 以氧化状态的硅原料是世界上第二大的储藏物质.
※京瓷公司早在上世纪的八十年代就认识到多晶硅太阳能电池的光阔前景和美好未来,率先 开启多晶硅太阳能电池的工业化生产大门.现在已经是行业的龙头,同时多晶硅太阳能电 池也结晶类太阳能电池的主流产品(太阳能电池的 70%以上).
(3)多晶硅太阳能电池的制造方法
破锭(150mm*155mm)
N 极烧结 电极 印刷 ( 正 反
叠片层压
模拟光源,输出测试
边框安装
(4)太阳能电池关连的名称和含义
●转换效率
太阳能电池的转换效率是指电池将接收到的光能转换成电能的比率
输出功率
转换效率= 100%
太阳能电池板被照射的太阳能
※标准测试状态由于太阳能电池的输出受太阳能的辐射强度,温度等自然条件的影
响,为了表述太阳能电池的输出和评价其性能,设定在太阳能电池板的表面温度为25 度,太阳能辐射强度为1000 ｗ/㎡、分光分布的模拟光源条件下的测试为标准测试
状态.
大气层
地面
0 度 25 度 50 度 75 度
分光分布
小知识
晶硅类理论转换效率极限为 29%,而现在的太阳能电池的转换效率为 17%～19%,因此,太 阳能电池的技术上还有很大的发展空间.
●太阳能电池输出特性
【太阳能电池电流---电压特性(I-V 曲线)】
短路电流 I ｓｃ
最佳输出动作电流 电流
Ipm
最大输出动作电压 V ｐｍ
最佳动作点 最大输出
最大输出(PM):最大输出电压(Vpm) 最大输出电流( Ipm ) 开路电压(Voc ):开路状态的太阳能电池端子间的电压 短路电流(Isc ):太阳能电池端子间的短路电流 最大输出电压(V ｐｍ):最大输出状态时的动作电压 最大输出电流(Ipm ):最大输出状态时的动作电流
电压
开路电压 Voc
【日照强度变化和 I -V 曲线】
【温度变化和 I -V 曲线】
1000W/㎡ 800W/㎡ 600W/㎡
电流
电流
400W/㎡
电压
电压
【日照强度—最大输出特性 】
【温度-最大输出特性】
最 大 输 出
%
日照强
度(W/㎡)
最大 输 出 %
温度(度)
●太阳能电池的短路电流和日照强度成正
比
●太阳能电池对环境的贡献
①对防止地球温暖化,减轻对地球环境的贡献●太阳能电池的输出随着池片的表面温度上升而下降,
●输出随着季节的温度变化而变化
●在同一日照强度下,冬天的输出比夏天高
从太阳能发电系统排放的二氧化碳,即使是考虑其生产
过程的排放量,也绝对少于传统的燃料发电设备,是防止地球温暖化的环保设备.同时在发电时,不排放氧化硫,氧化氮等污染物,减轻了对环境的压力.
例:3ｋW 太阳能发电系统对环境污染物的削减量Co2
NOｘ
SOｘ
石油替代量:729L/年
减排放C O
2
能力:540kg-C/ 年
森林面积换算:5544 ㎡
②对能源和节能的贡献
太阳能电池2。2 年的发电量即可收回制造太阳能电池时使用的电力
(5)独立电源太阳能发电系统构成
专用设备直流有蓄电路灯,交通信号灯,无线电
无蓄电池DC 水泵,换气扇,充电器
独立电源交流有蓄电池照明系统
无蓄电AC 水泵
一般负荷直流有蓄电小型用户系统
无蓄电无实例
交流有蓄电无电村落
无蓄电无实例
控制器
DC 太阳能电池板
DC
DC
AC
蓄电池
逆变器
交流负荷
部品名称:
太阳能电池----吸收太阳能,将光能转换成直流电能控制
器----控制蓄电池的充放电深度,延长蓄电池寿命.
蓄电池----储存太阳能电池板产生的电能,在必要时,向负荷提供直流电力逆
变器----将直流输入电力转换成交流电力输出
二、独立电源的系统设计步骤
(1)总体设计思路
1)程序图简单的来说,太阳能独立电源系统的容量是由设备安装场所的日照量,负荷的消
费电力两大因素决定.在程序图内还需再适当地考虑若干安全因素,设备的效率等因素.
项目的安装地点
安装地点日照量
负荷的消费电力确定太阳能电池容量确定蓄电池容量
(2)设计顺序
1)确定安装地点的日照量Q’（mWh/）
太阳能独立电源系统的太阳能电池方阵为了尽可能多接收日照,通常是按一定的倾角安装的.一般方阵是以安装纬度设置倾角. 安装面日照量的计算方法:（通常采用查询当地日照记录方法）
cos|(θ―β―δ)｜
Q’=Q×K××公式(1)
cos|(θ―δ)|
符号含义
Q : 水平面的月平均日照量(cal／cm＊day) K:
日照修正系数（一般为）
: 单位变换定数(cal／→mWh/cm)
θ: 设置场所的纬度
β: 太阳能电池方阵的倾斜度(相对于水平面)
δ: 太阳的月平均赤纬度〔°〕
赤纬表白(表一)
ＪａｎFeb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Qct Nov Dec
-21°-13°-2°+10°+15°+23°+21°14°3°-9°-18°-23°如果只有日照时间的数据,日照量可以按以下方式进行换算:
Q = Q＊(a+b＊S/S)
Qo:大气圈外的日照量(理论值;㎡)S :被记录的日照时间(日出到日没时间) So:可照时间(日出到日没时间)a,b :需要根据当地气候,纬度,季节而定
2)确定负荷的消费电力
消费电力是负荷的『日平均消费电力』,为了计算『日平均消费电力』,必须了解负荷的使用时间.
日平均消费电力计算表白(表2)
负荷名称照明收音机电视机照明平均消费电力(W /ｈ）
功率(w /h)100 2 00300 1 00
使用时间(h )6666
消耗电力(w )600 1 2001800 6 00175
W
300 200 100
照明收音电视
照明
P:平均消費電力(175W) 0 6 12 18 24
時間（ｈ）
3）确定太阳能电池板容量 P ｍ（W ｐ）
太阳能电池容量计算按下列方式计算
Pm=2400/Q ’min*P*1/(K)
公式 2
符号含义
Q ’min :前述安装面日照量 Q ’的年最小值(mWh/ｃ P:平均消费电力(W) K :系数((K*K*K*K*K*K*K*K*K)
ｋ１：充电效率
ｋ２：太阳能电池板脏污系数 ｋ３：电池板温度补正
系数
ｋ4：直并联接线损失系数(1)-12V,24V ｋ5：最佳输出补正系数 ｋ6：蓄电池充放电效率 ｋ7：逆变器效率(视容量和设备而定) ｋ8：变压器效率(视容量和设备而定)
ｋ9：DC 线损
（参考１）
PV(太阳能电池输出)的额定输出功率是在日照量 100ｍW/ｃm,芯片温度为 25 度的条件下 测定的,输出功率是根据日照的强度发生变化的.为了区别 PV 和柴油发电机的容量标志,故 用 Wp 来表示太阳能电池的峰值输出.
（参考２）
折损系数ｋ=((K*K*K*K*K*K*K*K*K)
100ｍW/ｃm
Wp
W
100ｍW/ｃm
日照量
PV 额定输出 消费电力
参照图(a)
24
等价日照量
均消费电力. 但是,日照的时间不可能是 24 小时, 同时受到自然条件的影响(白天,夜 间,阴,雨).故设计时,按公式 2,以 最小的日照时间来计算计算.（参照
图(a)）
假设在日照量为 400Wh/ 的 情况,相当于在 1000W/m 的日照强度
4 个小时的日照,也就是说,这天除 4 小时输出以外以外,其他时间的输出
功率为零. （参照图(ｂ)）
实际的日照量(400ｍWh/ｃ
0 4 小时24
参照图
假设,PV 的容量按平均消费电力来设置的话,系统只能带动负荷 4 个小时的运作.为了保
证其他 20 小时的负荷使用,PV 的容量的设置必须放大.其放大倍率为(100*24/(100*4).故公式(2)的右边为2400/Q’min.
5)蓄电池容量B e(AH)
蓄电池的容量由下列公式(3)计算决定
Be=(P*24*D)/(K*V) 公式(3)
符号含义
D :连续不日照天数(一般在3至7天)
K:安全系数(放电深度(一般为70%),逆变器效率(根据厂家数据),线损(一般为5%)等)
V :系统电压(V)
太阳能电池板（组件）生产工艺 组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。 流程： 1、电池检测—— 2、正面焊接—检验— 3、背面串接—检验— 4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）—— 5、层压—— 6、去毛边（去边、清洗）—— 7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）—— 8、焊接接线盒—— 9、高压测试——10、组件测试—外观检验—11、包装入库 组件高效和高寿命如何保证： 1、高转换效率、高质量的电池片； 2、高质量的原材料，例如：高的交联度的EVA、高粘结强度的封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等； 3、合理的封装工艺 4、员工严谨的工作作风； 由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。 太阳电池组装工艺简介： 工艺简介：在这里只简单的介绍一下工艺的作用，给大家一个感性的认识. 1、电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。 2、正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连 3、背面串接：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。 4、层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。 5、组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据EVA的性质决定。我们使用快速固化EVA 时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150℃。 6、修边：层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应
1.电子空穴对的产生以及复合：太阳能电池通过吸收光子提供一电子-空穴对的最小的激发能量Eg，把电子从价带碰撞进入导带，这样就产生了电子-空穴对。电子-空穴对能够在半导体中产生，也可以复合在半导体中消失。辐射复合是电子-空穴对产生的反过程（即一个电子从导带到价带中未被占领的状态跃迁，同时释放能量。 2.P_N结伏安特性曲线： 3.异质结：在电子和空穴的分离过程中，电子流向左方N型半导体，空穴流向右方P型半导体。此时，电子的电化学势能以及电子的费米能级朝右方衰减，此时，也存在着向错误方向的传输，即电子流向右方p型层，和空穴流向左方n 行层，于总电流相关的电科电流减少。而要解决这一问题需要一种结构。吸收半 导体位于中间，两侧分别拥有大的能隙，并且具有不同的电子亲和能。这种结构 叫做异质结。 4.非晶硅薄膜太阳能电池：一.优点：制作工艺简单，在制备非晶硅薄膜的同时就 能制作pin结构。可连续大面积自动化批量生产。非晶硅太阳能电池衬底材料可 以是玻璃，不锈钢等，因而成本低。可以设计成各种形式，利用集成型结构，可 获得更高的输出电压和光电转换效率。薄膜材料是用硅烷SiH4等的辉光放电分 解得到的，原材料价格低。缺点：初始光电转换效率较低，稳定性较差。二.a-Si 太阳能电池效率低的原因：1）a-Si材料的带隙较宽，实际可利用主要光谱域是 0.35-0.7Um波长，相对的较窄。2）电池开路电压与预期相差较大。迁移边存 在高密度的尾态。材料多缺陷，载流子扩散长度很短。3）a-Si材料隙态密度较高，载流子复合几率较大，二级管理向因子通常大于二，与n=1的理想情况相差较大。4）电池P区和N区的电阻率较高。TCO/p-a-si或者n-a-si接触电阻较高，甚至存在界面壁垒，带来附加的能量损失。 结构：非晶硅太阳能电池是以玻璃，不锈钢及特种塑料为衬底的电池，结构如图所示。为了焦山串联电阻，通常用激光器将TCO膜，非晶硅（a-Si）和铝电极膜分别切割成条状。非晶硅薄膜的制备：把硅烷(SiH4)等原料气体导入真空度保持在10～1000P 的反应室中，由于射频(RF) 电场的作用，产生辉光放电，原料气体被分解，在玻璃或者不锈钢等衬底上形成非晶硅薄膜材料。 5.影响太阳能转化效率的因素：能隙——半导体能隙在1eV到1.5eV之间对太阳能电池是适合的 6.光生伏打效应：当太阳光或其他光照射到太阳电池上的时候，电池吸收光能，产生电子-空穴对，在电池内建电场的作用下光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的累积，即产生光生电压，这就是光生伏打效应。
太阳电池及其应用技术讲座(一 半导体基础知识 谢 建,马勇刚,廖 华,苏庆益,李景天,杨丽娟 (云南师范大学太阳能研究所,云南昆明650092 中图分类号:TM615文献标志码:B 文章编号:1617-5292(200701-0102-04 1硅晶体半导体的导电能力介于导体和绝缘体之 间,电阻率大约为10-5~107Ω?cm ,硅、锗、砷化镓和硫化镉等材料都是半导体。半导体材料的电阻率随着温度的升高和辐照强度的增大而减小;在半导体中加入微量的杂质(称为掺杂,对其导电性质有决定性的影响。这是半导体材料的重要特性。 硅是最常见和应用最广的半导体材料,硅的原子序数为14,它的原子核外有14个电子,这些电子围绕着原子核作层状的分布运动,第一层2个,第二层8个,还剩4个排在最外层,称为价电子,硅的物理化学性质主要由它们决定。 硅晶体和所有的晶体一样,都是由原子(或离子、分子在空间按一定规则排列而成。这种对称的、有规则的排列叫做晶体的晶格。 一块晶体如果从头到尾都按一种方向重复排列,即长程有序,就称其为单晶体。在硅的晶体中,每个硅原子近邻有4个硅原子,每2个相邻原子之间有一对电子,它们与2个相邻原子核都有相互作用,称为共价键。正是靠共价键的作用,使硅原子紧紧结合在一起,构成了晶体。 由许多小颗粒单晶杂乱地排列在一起的固体称为多晶体。
非晶体没有上述特征,但仍保留了相互间的结合形式,1个硅原子仍有4个共价键,短程看是有序的,长程是无序的,这样的材料称为非晶体。 2掺杂半导体 实际使用的半导体都掺有少量的某种杂质, 这里所指的“杂质”是有选择的。 如果在纯净的硅中掺入少量的五价元素磷,这些磷原子在晶格中取代硅原子,并用它的4个价电子与相邻的硅原子进行共价结合。磷有5个价电子,用去4个还剩1个,这个多余的价电子虽然没有被束缚在价键里面,但仍受到磷原子核的正电荷的吸引。不过,这种吸引力很弱,只要很少的能量就可以使它脱离磷原子到晶体内成为自由电子,从而产生电子导电运动。同时,磷原子缺少1个电子而变成带正电的磷离子。由于磷原子在晶体中起着施放电子的作用,所以把磷等五价元素叫做施主型杂质(或叫n 型杂质。在掺有五价元素(即施主型杂质的半导体中,电子的数目远远大于空穴的数目,半导体的导电主要是由电子来决定,导电方向与电场方向相反,这样的半导体叫做电子型半导体或n 型半导体。 如果在纯净的硅中掺入少量的三价元素硼,它的原子只有3个价电子,当硼和相邻的4个硅原子作共价结合时,还缺少1个电子,要从其中1个硅原子的价键中获取1个电子填补,这样就在硅中产生了一个空穴,硼原子接受了一个电子而成为带负电的硼离子。硼原子在晶体中起着接受电子而产生空穴的作用,所以叫做受主型杂质(或叫p 型杂质。在含有三价元素(即受主型杂质的半导体中,空穴的数目远远超过电子的数目,半导 收稿日期:2007-01-15。作者简介:谢建(1955-,男,云南剑川人,教授,硕士研究生导师,从事可再生能源技术研究和教学工作。E-mail :xiejian9@https://www.doczj.com/doc/5e1855634.html, 可再生能源 Renewable Energy Resources
太阳能电池基本特性测定实验 太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。 太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。 太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。我们开设此太阳能电池的特性研究实验，通过实验了解太阳能电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。 【实验目的】 1. 无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线； UI U I曲线图；并测量太阳能变化关系，画出2. 有光照时，测量电池在不同负载电阻下，对IUP FF；及填充因子电池的短路电流、开路电压、最大输出功率SCaxOCm IU L的关系，求出它们的近似函数关系。与光照度 3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压SCOC 【实验仪器】 白炽灯源、太阳能电池板、光照度计、电压表、电流表、滑线变阻器、稳压电源、单刀开关 连接导线若干 供参考． 】【实验原理 区，pn区流向结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由太阳光照在半导体
第七章 C 能的转化的方向性能源开发 D 太阳能的利用 （2课时） 知识和技能 1. 知道能的转化具有方向性； 2. 知道开发利用新能源的必要性与可行性； 3. 了解太阳能利用的原理与现状。 过程和方法 1、通过问题讨论经历有关能量转化方向性的认知过程。 2、通过对常规能源与新能源的分类和比较，提高分析问题的能力。 情感、态度和价值观 建立珍惜能源，努力开发新能源的思想，树立自觉学习科学技术的决心。 一、能的转化具有方向性 1、大家谈------生活中的“不可逆过程” 水往低处流、覆水难收、破镜不能重圆、人死不能复生、光阴似箭等。 热传递、摩擦生热、气体自由膨胀是物理学中典型的不可逆过程。 汽油机的效率为20 %~30%等说明机械能和内能的转化过程具有方向性：机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能。 2、热力学第二定律：不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化。 自然界中任何的过程都不可能自动地复原，要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用，由此可见，热力学系统所进行的不可逆过程的初态和终态之间有着重大的差异，这种差异决定了过程的方向，（详见[附]） 3、能量的耗散与退化 二、能源开发 1、能源及分类 （a）常规能源与新能源 像煤、石油、天然气等矿产燃料以及水能资源，是目前人类广泛应用的能源，在技术上也比较成熟，我们称之为常规能源。 人类正在积极研制或很有利用前途的其他能源（核能、太阳能、潮汐、地热、生物能等）称之为新能源。 （b）可再生能源和不可再生能源 可再生能源是清洁能源，是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。 （c）一次能源和二次能源 由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品，称为二次能源，例如：电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭等等。 三、主要新能源介绍 1.核能 2.风能：荷兰风车，风力发电装置。 陆地上能够利用风能的地方，主要是在常年风力较强的沿海和内陆高原。我国一些高原牧区和海岛已利用风力发电，满足照明、看电视等用电需要。 3.生物能：沼气池。 沼气池原理是利用植物体或粪便，经密封发酵后产生出可燃气体。在农村特别适用。 4.可燃冰
第四章
4.1 3 4.2 4.3 3 4.4 4.5 4.6
太阳电池基础
光生伏特效应 光生载流子的浓度和电流 太阳电池的伏安特性 太阳电池的性能表征 太阳电池的测试技术 太阳电池的效率分析
4.6 太阳电池效率分析-极限效率
太阳电池的理论效率
VOC I SC ? FF ?? ?100% Pin
当入射太阳光谱AM0或AM1.5确定后， 为获得较高的转换效率， 需要增加Voc、Isc和FF
填充因子FF
在理想情况下（当voc>10），填充因子FF仅是开路电压Voc的函数
Voc的函 数
voc ? ln（voc ? 0.72） q FF ? voc ? Voc , voc ? 1 kT
4.6 太阳电池效率分析-极限效率
短路电流Isc
I sc ? ? I L I L ? qAG ? Le ? W ? Lh ? ,
假设到达电池表面的每一个能量大于材料禁 带宽度Eg的光子，会产生一个电子-空穴对。 将光通量对波长进行积分，可以得到产生率G。
开路电压Voc
Voc ?
2
? kT ? I L ln ? ? 1? q ? I0 ?
? Eg ? I 0 =1.5 ? 10 exp ? ? ? kT ? ?
5
Eg ) I0∝ ni ? N C N V exp(? kT
禁带宽度Eg减小，I0增加，Voc减小
4.6 太阳电池效率分析-极限效率
最佳带隙宽度
禁带宽度Eg减小
Isc增加
Voc减小
一,基础知识 (1)太阳能电池的发电原理 太阳能电池是利用半导体材料的光电效应,将太阳能转换成电能的装置. ?半导体的光电效应所有的物质均有原子组成,原子由原子核和围绕原子核旋转的电子组成.半导体材料在正常状态下,原子核和电子紧密结合(处于非导体状态),但在某种外界因素的刺激下,原子核和电子的结合力降低,电子摆脱原子核的束搏,成为自由电子. 光激励 核核 电子 空穴电子 电子对?PN 结合型太阳能电池 太阳能电池是由 P 型半导体和 N 型半导体结合而成,N 型半导体中含有较多的空穴,而P 型半导体中含有较多的电子 ,当 P 型和 N 型半导体结合时在结合处会形成电势当芯 片在受光过程中,带正电的空穴往 P 型区移动,带负电子的电子往 N 型区移动,在接上连线和负载后,就形成电流.. (2)太阳能电池种类 － ＋＋－ － ＋P 型
铸 造 2 工 PN 结合（正面 N 极,反 面 P 极 ） 减 反膜形成 通过电极,汇集电 ※在现在的太阳能电池产品中,以硅半导体材料为主,其中又以单晶硅和多晶硅为代表.由于 其原材料的广泛性,较高的转换效率和可靠性,被市场广泛接受.非晶硅在民用产品上也有 广泛的应用（如电子手表,计算器等）,但是它的稳定性和转换效率劣于结晶类半导体材料. 化合物太阳能电池由于其材料的稀有性和部分材料具有公害,现阶段未被市场广泛采用. ※现在太阳能电池的主流产品的材料是半导体硅,是现代电子工业的必不可少的材料,同时 以氧化状态的硅原料是世界上第二大的储藏物质. ※京瓷公司早在上世纪的八十年代就认识到多晶硅太阳能电池的光阔前景和美好未来,率先 开启多晶硅太阳能电池的工业化生产大门.现在已经是行业的龙头,同时多晶硅太阳能电 池也结晶类太阳能电池的主流产品（太阳能电池的 70%以上）. （3）多晶硅太阳能电池的制造方法 空间用 民用 转换效率:24% 转换效率:10% 转换效率:8% （1400 度以上） 破锭(150mm *155mm ) N 极烧结 电极 印刷 （ 正 反
晶体硅太阳能电池的制造 工艺流程 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。 晶体硅太阳能电池的制造工艺流程说明如下： （1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。 （2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去30－50um。 （3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。 （4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成PN＋结，结深一般为－。 （5）周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。 （6）去除背面PN＋结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN＋结。 （7）制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。 （8）制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3，SiO ，Si3N4 ，TiO2 ，Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。 （9）烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。 （10）测试分档：按规定参数规范，测试分类。
由此可见，太阳能电池芯片的制造采用的工艺方法与半导体器件基本相同，生产的工艺设备也基本相同，但工艺加工精度远低于集成电路芯片的制造要求，这为太阳能电池的规模生产提供了有利条件。
太阳能电池基本特性的测量 太阳能的利用和太阳能电池特性研究是21世纪新型能源开发的重点课题。目前硅太阳能电池应用领域除人造卫星和宇宙飞船外，已大量用于民用领域：如太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能收音机、太阳能计算机、太阳能乡村电站等。太阳能是一种清洁、“绿色”能源,因此，世界各国十分重视对太阳能电池的研究和利用。本实验的目的主要是探讨太阳能电池的基本特性，太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子能量转换为电能。 【实验目的】 1． 在没有光照时,太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该二极管在正向偏压时的伏安 特性曲线，并求得电压和电流关系的经验公式。 2． 测量太阳能电池在光照时的输出伏安特性,作出伏安特性曲线图，从图中求得它的短路 电流(SC I )、开路电压(OC U )、最大输出功率m P 及填充因子FF ， )]U I /(P FF [OC SC m ?=。填充因子是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。 3． 测量太阳能电池的光照特性：测量短路电流SC I 和相对光强度0J /J 之间关系，画出SC I 与相对光强0J /J 之间的关系图；测量开路电压OC U 和相对光强度0J /J 之间的关系,画出OC U 与相对光强0J /J 之间的关系图。 【实验原理】 太阳能电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压U 与通过电流I 的关系式为: )1e (I I U o -?=β (1) (１)式中，o I 和β是常数。
由半导体理论，二极管主要是由能隙为V C E E -的半导体构成,如图１所示。C E 为半导体导电带，V E 为半导体价电带。当入射光子能量大于能隙时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对。电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的影响而产生光电流。 假设太阳能电池的理论模型是由一理想电流源（光照产生光电流的电流源)、一个理想二极管、一个并联电阻sh R 与一个电阻s R 所组成,如图2所示。 图2中，ph I 为太阳能电池在光照时的等效电源输出电流，d I 为光照时通过太阳能电池内部二极管的电流。由基尔霍夫定律得: 0R )I I I (U IR sh d ph s =---+ (2） (2）式中,I 为太阳能电池的输出电流,U 为输出电压。由(1)式可得， d sh ph sh s I R U I )R R 1(I --=+ （３) 假定∞=sh R 和0R s =,太阳能电池可简化为图3所示电路。 这里,)1e (I I I I I U 0ph d ph --=-=β。 在短路时，0U =，sc ph I I =; 而在开路时,0I =,0)1e (I I oc U 0sc =--β; ∴]1I I ln[1U 0 sc OC +β = （４)
太阳能电池的分类简介 （1）硅太阳能电池 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。 单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%（截止2011，为18%）。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降 低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅 薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代 产品。 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低 廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转 换效率为18%，工业规模生产的转换效率为10%（截 止2011，为17%）。因此，多晶硅薄膜电池不久 将会在太阳能电池市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
2）多晶体薄膜电池 多晶体薄膜电池硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产 品。 砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率 可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学 带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热 不敏感，适合于制造高效单结电池。但是GaAs 材料的价格不菲，因而在很大程度上限制了用 GaAs电池的普及。 （3）有机聚合物电池 以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。 （5）有机薄膜电池 有机薄膜太阳能电池，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。大家对有机太阳能电池不熟悉，这是情理中的事。如今量产的太阳能电池里，95%以上是硅基的，而剩下的不到5%也是由其它无机材料制成的 6）染料敏化电池 染料敏化太阳能电池，是将一种色素附着在TiO2粒子上，然后浸泡在一种电解液中。色素受到光的照射，生成自由电子和空穴。自由电子被TiO2吸收，从电极流出进入外电路，再经过用电器，流入电解液，最后回到色素。染料敏化太阳能电池的制造成本很低，这使它具有很强的竞争力。它的能量转换效率为12%左右。 （7）塑料电池 塑料太阳能电池以可循环使用的塑料薄膜为原料，能通过“卷对卷印刷”技术大规模生产，其成本低廉、环保。但塑料太阳能电池尚不成熟，预计在未来5年到10年，基于塑料等有机材料的太阳能电池制造技术将走向成熟并大规模投入使用。 太阳能工作原理 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能发电有两种方式，一种是光一热一电转换方式，另一种是光一电直接转换方式。其中，光一电直接转换方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光一电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种大有前途的新型
半导体敏化太阳能电池的突破 [摘要]半导体敏化太阳能电池在过去数年已引起越来越大的兴趣。这类电池开始时转化效率非常低，现在迅速发展到转化效率达到4-5%。本文从三方面分析了优化提高太阳能电池的性能的途径：（1）材料：不仅包括光吸收材料，也包括电子和空穴导体、对电极材料；（2）通过表面处理来控制电子-空穴复合和能带排列；（3）发展具有增强光捕获和采集性能的纳米复合吸收材料。我们认为这些关键点可以使半导体敏化太阳能电池的设计和发展取得重要突破。 [正文]纳米技术被认为将使工业发生革命性的变化，通过纳米技术降低装置费用和提高效率，可使光电能源费用大大降低，产生显著的经济效益。传统的硅太阳能电池依赖高品质的材料，吸收光之后，产生的载流子将留在相同的材料中直到它们在选择性接触中被提取；为了阻止载流子提取前复合，必须采用高成本的尖端技术。相反，纳米尺度的吸收材料可以迅速把光生载流子分离到两个介质中，对材料品质不需苛刻要求，因此，大大减少了制造费用。吸收材料把光生载流子（电子和空穴）分离到两种介质中的概念，在染料敏化太阳能电池中被详细研究。其中，电池由辅助的纳米结构电子和空穴传输材料构成，染料分子起到吸收剂的作用。 半导体敏化太阳能电池从极低的转化效率迅速发展到接近4-5%。 另一方面，半导体材料构成了控制了能源市场-光伏器件的基础。当这些材料变成纳米尺度时，由于量子限制效应，出现了新的和奇特的性质。此外，块体材料的某些性质，如高吸光系数在在纳米尺度时仍然保留。 半导体量子点(QDs)具有大的固有偶极矩，它们的带隙可以通过尺寸和形状来调节，这一特性为吸光材料的纳米设计提供了一个极好的工具。更为重要的是，半导体量子点或薄膜的生产比块体便宜，它们的合成温度更低，并且可以采用液相方法。从这个意义上说，半导体量子点是发展敏化太阳能电池的优秀材料。 使用半导体作为增敏剂可以追溯到上世纪90年代。然而，直到最近几年，由于很多因素半导体敏化太阳能电池SSC才又被重视：纳米技术的发展使得半导体量子点和薄膜的制备及表征变得容易；染料敏化太阳能电池DSC的许多实验结果可应用到半导体敏化电池。所以，这种器件目前受到越来越多的研究小组重视。
太阳电池吸收太阳光就能产生一般电池的功能。但是和传统的电池不一样，传统电池的输出电压和最大输出功率是固定的，而太阳电池的输出电压、电流，功率则是和光照条件及负载的工作点关。正因如此，要应用太阳电池来产生电力，必须了解太阳电池的电流-电压关系，及工作原理。 太阳光的频谱照度： 太阳电池的能量来源是太阳光，因此入射太阳光的强度(intensity)与频谱 (spectrum)就决定了太阳电池输出的电流与电压。我们知道，物体置放于于阳光下，其接受太阳光有二种形式，一为直接（direct)接受阳光，另一为经过地表其它物体散射后的散射（diffuse)阳光。一般情况下，直接入射光约占太阳电池接受光的80%。因此，我们下面的讨论也以直接着实阳光为主。 太阳光的强度与频谱，可以用频谱照度（spectrum irradiance)来表达，也就是单位面积单位波长的光照功率(W/㎡um)。而太阳光的强度（W/㎡),则是频谱照度的所有波长之总和。太阳光的频谱照度则和测量的位置与太阳相对于地表的角度有关，这是因为太阳光到达地表前，会经过大气层的吸收与散射。位置与角度这二项因素，一般就用所谓的空气质量（air mass, AM)来表示。对太阳光照度而言，AMO是指在外太空中，太阳正射的情况，其光强度约为1353 W/㎡,约等同于温度5800K的黑体辐射产生的光源。AMI是指在地表上，太阳正射的情况，光强度约为925 W/m2〇 AMI.5足指在地表上，太阳以45度角入射的情况，光强度约为844 W/㎡。一般也使用AM 1.5来代表地表上太阳光的平均照度。 太阳电池的电路模型： 一个太阳电池没有光照时，它的特性就是一个p-n结二极管。而一个理想的二极管其电流-电压关系可表为 其中I代表电流，V代表电压，Is是饱和电流，和VT=KBT/q0, 其中KB代表BoItzmann常数，q0是单位电量，T是温度。在室温下，VT=0.026v。需注意的是，P-n二极管电流的方向是定义在器件内从P型流向n型，而电压的正负值，则是定义为P 型端电势减去n型端电势。因此若遵循此定义，太阳电池工作时，其电压值为正，电流值为负，I-V曲线在第四象限。这里必须提醒读者的是，所谓的理想二极管是建立在许多物理条件上，而'实际的二极管自然会有一些非理想（nonideal)的因素影响器件的电流-电压关系，例如产生-复合电流，这里我们不多做讨论。 当太阳电池受到光照时，p-n二极管内就会有光电流。因为p-n结的内建电场方向是从n型指向p型，光子被吸收产生的电子-空穴对，电子会往n型端跑，而空穴会往p型端跑，则电子和空穴二者形成的光电流会由n型流到p 型。一般二极管的正电流方向是定义为由p型流到n型。这样，相对于理想二极管，太阳电池光照时产生的光电流乃一负向电流。而太阳电池的电流-电压关系就是理想二极管加上一个负向的光电流IL，其大小为： 也就是说，没有光照的情况，IL=0,太阳电池就是一个普通的二极管。当太阳电池短路时，也就是V=0,其短路电流则为Isc=-IL.也就是说当太阳电池短路，短路电流就是入射光产生光电流。若太阳电池开路，也就是你I=0，其开路电压则为:
第四章 太阳电池基础 光生载流子的浓度和电流4.2太阳电池的测试技术4.4光生伏特效应34.1太阳电池的伏安特性34.34.5太阳电池的效率分析 太阳电池的性能表征4.6
太阳电池基本结构 以晶体硅太阳电池为例。 （1）以p型晶体硅半导体材料为衬底； （2）为了减少光的反射损失，常制作绒面减反结构（3）采用扩散法在硅衬底上制作重掺杂的n型层（4）PECVD生长SiO 减反层 2 （5）在n型层上面制作金属栅线，作为正面接触电极（6）在衬底背面制作金属膜，作为背面欧姆接触电极
半导体 吸收光子产生电子空穴对，电子空穴对在p-n结内建电场作用下分离，从而在p-n结两端产生电动势。 p-n结是太阳电池的核心 光生载流子形成一个与热平衡结电场方向相反的电场，使得势垒降低；光生电流与正向结电流相等时，pn结建立稳定的电势差，即光生电压 Electric Field
载流子运动的角度 太阳电池工作原理：当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时，其中 的光子能把价带中电子激发到导带上去，形成 能量大于禁带宽度E g 自由电子，价带中留下带正电的自由空穴，即电子—空穴对，通常 称它们为光生载流子。自由电子和空穴在不停的运动中扩散到p-n结的空间电荷区，被该区的内建电场分离，电子被扫到电池的n型一例，空穴被扫到电池的p型一侧，从而在电池上下两面（两极）分别形成了正负电荷积累，产生“光生电压”，即“光伏效应”。如果在电 池的两端接上负载，在持续的太阳光照下，就会不断有电流经过负载。这就是太阳电池的基本工作原理。
能带的角度 持续光照条件下，大量的光生载流子产生，光生电子和空穴被源源不断地分别扫到n型和p型一两侧，致使n区和p区费米能级的分裂，若太阳电池断路，光生电压V即为开路电压V 。若外电路短路，pn结正向电流为 oc 零，外电路电流为短路电流，理想情况下也就是光电流。
单晶硅太阳能电池 1.基本结构 2.太阳能电池片的化学清洗工艺 切片要求：①切割精度高、表面平行度高、翘曲度和厚度公差小。②断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。③提高成品率，缩小刀(钢丝)切缝，降低原材料损耗。④提高切割速度，实现自动化切割。 具体来说太阳能硅片表面沾污大致可分为三类： 1、有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合兆声波清洗技术来去除。 2、颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或兆声波清洗技术来去除粒径≥ 0.4 μm颗粒，利用兆声波可去除≥ 0.2 μm颗粒。 3、金属离子沾污：该污染必须采用化学的方法才能将其清洗掉。硅片表面金属杂质沾污又可分为两大类：（1）、沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。（2）、带正电的金属离子得到电子后面附着（尤如“电镀”）到硅片表面。
1、用 H2O2作强氧化剂，使“电镀”附着到硅表面的金属离子氧化成金属，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。 2、用无害的小直径强正离子（如H+），一般用HCL作为H+的来源，替代吸附在硅片表面的金属离子，使其溶解于清洗液中，从而清除金属离子。 3、用大量去离子水进行超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。 由于SC-1是H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH 的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除；同时溶液具有强氧化性和络合性，能氧化Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等，使其变成高价离子，然后进一步与碱作用，生成可溶性络合物而随去离子水的冲洗而被去除。因此用SC-1液清洗抛光片既能去除有机沾污，亦能去除某些金属沾污。在使用SC-1液时结合使用兆声波来清洗可获得更好的清洗效果。 另外SC-2是H2O2和HCL的酸性溶液，具有极强的氧化性和络合性，能与氧化以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。被氧化的金属离子与CL-作用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除。 3.太阳能电池片制作工艺流程图 具体的制作工艺说明 （1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。 （2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将 硅片表面切割损伤层除去30－50um。 （3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备 绒面。 （4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行 扩散，制成PN＋结，结深一般为0.3－0.5um。
太阳能光伏发电必须掌握的基础知识 1、太阳能光伏系统的组成和原理 太阳能光伏系统由以下三部分组成： 太阳电池组件；充、放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备和蓄电池或其它蓄能和辅助发电设备。 太阳能光伏系统具有以下的特点： -没有转动部件，不产生噪音； -没有空气污染、不排放废水； -没有燃烧过程，不需要燃料； -xx 简单，维护费用低； -运行可靠性、稳定性好； -作为关键部件的太阳电池使用寿命长，晶体硅太阳电池寿命可达到25 年以上；根据需要很容易扩大发电规模。 光伏系统应用非常广泛，光伏系统应用的基本形式可分为两大类： 独立发电系统和并网发电系统。应用主要领域主要在太空航空器、通信系统、微波中继站、电视差转台、光伏水泵和无电缺电地区户用供电。随着技术发展和世界经济可持续发展的需要，发达国家已经开始有计划地推广城市光伏并网发电，主要是建设户用屋顶光伏发电系统和MW 级集中型大型并网发电系统等，同时在交通工具和城市照明等方面大力推广太阳能光伏系统的应用。 光伏系统的规模和应用形式各异，如系统规模跨度很大，小到0.3~ 2W的 太阳能庭院灯，大到MW 级的太阳能光伏电站，如 3.75kWp 家用型屋顶发电设 备、敦煌10MW 项目。其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间应用等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结 构和工作原理基本相同。图4-1 是一个典型的供应直流负载的光伏系统示意图。其中包含了光伏系统中的几个主要部件：
光伏组件方阵： 由太阳电池组件（也称光伏电池组件）按照系统需求串、并联而成，在太阳光照射下将太阳能转换成电能输出，它是太阳能光伏系统的核心部件。 蓄电池： 将太阳电池组件产生的电能储存起来，当光照不足或晚上、或者负载需求大于太阳电池组件所发的电量时，将储存的电能释放以满足负载的能量需求，它是太阳能光伏系统的储能部件。目前太阳能光伏系统常用的是铅酸蓄电池，对于较高要求的系统，通常采用深放电阀控式密封铅酸蓄电池、深放电吸液式铅酸蓄电池等。 控制器： 它对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出，是整个系统的核心控制部分。随着太阳能光伏产业的发展，控制器的功能越来越强大，有将传统的控制部分、逆变器以及监测系统集成的趋势，如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三种功能。 逆变器： 在太阳能光伏供电系统中，如果含有交流负载，那么就要使用逆变器设备，将太阳电池组件产生的直流电或者蓄电池释放的直流电转化为负载需要的交流电。 太阳能光伏供电系统的基本工作原理就是在太阳光的照射下，将太阳电池组件产生的电能通过控制器的控制给蓄电池充电或者在满足负载需求的情况下直接给负载供电，如果日照不足或者在夜间则由蓄电池在控制器的控制下给直流负载供电，对于含有交流负载的光伏系统而言，还需要增加逆变器将直流电转换成交流电。光伏系统的应用具有多种形式，但是其基本原理大同小异。对 于其他类型的光伏系统只是在控制机理和系统部件上根据实际的需要有所不同，下面将对不同类型的光伏系统进行详细地描述。 直流负载的光伏系统 2、光伏系统的分类与介绍 小型太阳能供电系统（Small DC ;简单直流系统（Simple DC ;大型太阳能供
河南工程学院 《光伏材料设计》 实习实训报告书 太阳能光伏电池的设计与制作2016 -2017学年第二学期 学院：赵博 学生姓名：理学院 学号：201411004215 学生班级：应用物理1442 指导教师：牛金钟赵瑞锋 日期：2017 年6 月14日
摘要：太阳能光伏电池的设计与制造是我们本专业的最主要内容之一，本次实训的目的是让我们更加深刻了解太阳能光伏电池的发电原理，了解太阳能电池组件的生产流程和生产工艺，了解太阳能光伏电池的应用，并且制作一件太阳能光伏电池板。本文主要讲的是本次的太阳能光伏太阳能电池制作过程，包括选择制作材料，电池板的设计，焊接太阳能电池片，组装太阳能电池，以及对电池组件进行测试。 关键词：电池组件设计组装测试
目录 一、简介 (1) 二、材料及其性质 (1) 1.黏结剂 (1) 2.玻璃-上盖板材料 (1) 3.背面材料 (1) 4.边框 (1) 5.接线盒 (2) 6.硅胶 (2) 7.电池片 (2) 三、设计原理及组装 (2) 1.设计原理 (2) 2.太阳能电池组件设计 (3) 3.电池组件的制作 (3)
一、简介 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。通常采用硅半导体 二、材料及其性质 真空层压封装太阳能电池，主要使用的材料有黏结剂、玻璃、复合模、连接条、铝框等。合理地选用封装材料和采取正确的封装工艺能保证太阳能电池的高效利用并延长使用寿命。优良的太阳能电池组件，除了要求太阳能电池本身效率高外，优良的封装材料和合理的封装工艺也是不可缺少的。 1.黏结剂 黏结剂是固定和保证电池与上、下盖板密合的关键材料，要求可见光范围内具有高透光性，抗紫外线老化；具有一定弹性，可缓冲不同材料见的热胀冷缩；具有良好的电绝缘性能和化学稳定性，不产生有害电池的气体和液体；具有优良的气密性，适用于自动化的组件封装。本次实训中采用的是EVA膜。 2.玻璃-上盖板材料 玻璃是覆盖在电池板正面的上盖板材料，构成组件最外层，既要求透光高，又要坚固，耐风霜雨雪，经受沙砾冰雹冲击，起到长期保护电池作用。 普通玻璃体内含铁量过高及玻璃表面的光反射过大是降低太阳能利用率的主要原因。目前在商业化生产中标准太阳能电池组件的上盖板材料通常采用低铁钢化玻璃，其特点是：透光率高、抗冲击能力强、使用寿命长。厚度一般为3.2mm，透光率达90%以上，对于波长大于1200nm的红外线有较高的反射率，同时能耐太阳紫外线的辐射。 3.背面材料 组件底板对电池既有保护作用又有支撑作用。对底板的一般要求为：具有良好的耐气候性能，能隔绝从背面进来的潮气和其他有害气体：在层压温度下不起任何变化：与黏结材料结合牢固。一般所用的底板材料为玻璃、铝合金、有机玻璃以及PVF复合膜等。目前生产上较多应用的是PVF复合膜。 4.边框 平板式组件应有边框，以保护组件和便于组件与方阵支架的连接固定。边框
光伏电池制备工艺 第一章 1. 太阳能电池基本工作原理？ 答： 1) 能量转换，太阳光的能量转换为电能； 2) 吸收光产生电子空穴对、空穴对—电子分离或扩散、发电电流的传输。 2. 硅太阳能电池吸收光的特点？ 答： 1) 低于带隙）（v e 12.1的不被吸收； 2) 波长越长（能量低），光吸收越慢； 3) 对电池材料厚度的要求： ① 晶体硅：m 500 以上才能最大化吸收； ② 砷化镉：只需要10几微米就可。 3. 太阳电池光吸收类型及对发电有贡献的类型？ 答： 光吸收类型： 1) 本证吸收； 2) 杂质吸收； 3) 自由载流子吸收； 4) 激子吸收； 5) 晶格吸收。 对太阳电池转换效率有贡献的最主要的是本证吸收。 4. 太阳能电池中的复合类型？ 答： 1) 辐射复合→发光； 2) 俄歇复合→发热； 3) 陷阱辅助复合。 5. 晶体硅太阳电池的基本结构组成？ 答： 1) 前电极（主栅、细栅）； 2) 减反射绒面； 3) 氮化硅减反射层； 4) N 型层； 5) P 型层； 6) 铝背场； 7) 后电极（主栅、铝膜）。 6. 晶体硅太阳电池的主要参数？ 答: 1) 开路电压（oc U ）； 2) 短路电流（sc I ）； 3) 最大输出功率（mp P ）；
4) 工作电压（mp U ）； 5) 工作电流（mp I ）； 6) 转换效率（η）； 7) 填充因子（FF ）； 8) 串联电阻（s R ）； 9) 并联电阻（sh R ）。 10) mp mp I U P mp ?= 11) sc oc mp I U P FF ?= 7. 晶体硅太阳能电池生产工艺流程及作用？ 答： 一清→扩散→二清→PECVD 镀膜→丝网印刷、烧结→检测 作用： 一清：制绒降低反射率、去损伤层、扩散前清洗； 扩散：在P 型硅片上扩散N 型磷，从而形成N P -结； 二清：去除磷硅玻璃、去边结。 PECVD 镀膜：镀氧化磷膜、减反射、钝化。 丝网印刷、烧结：制作金属电极、制作铝背场、形成金属与硅的良好接触。 第二章 1. 单晶、多晶绒面特点？ 答： 单晶：正金字塔结构； 多晶：蜂窝结构。 2. 单晶制绒夜的主要成分？ 答： OH N a 、异丙酸（IPA ）、添加剂。 3. 多晶制绒液的主要成分？ 答： HF 、3HNO 。 4. 单晶制绒质量要求？ 答： 1) 反射率低（%15≤）； 2) 绒面颗粒均匀（m 52μ→）； 3) 覆盖率达%100； 4) 外观均匀，无白点、色差等； 5) 表面清洁无污染； 6) 腐蚀重量在规定范围内。 5. 多晶绒面质量要求？ 答： 1) 反射率低（%20≤）； 2) 绒面颗粒大小均匀； 3) 表面暗纹尽量少； 4) 表面清洁无污染；