能根据蓄电池电压高低，调节充电电流大小，并决定是否向负载供电，实现以下目标。 1．经常保持蓄电池处在饱满状态。 2．防止蓄电池过度充电。 3．防止蓄电池过度放电。 4．防止夜间蓄电池向太阳能板反向充电。
控制器由切换电路、充电电路、放电电路三部分组成。下面分别介绍其各个组成部分。
切换电路：太阳能电池接在常闭触点，继电器线圈受三极管Q2控制，当太阳能电池受光照时，Q1导通而02截止，使得继电器线圈绝大部分时间不耗电。在太阳能电池不受光照时，Q1截止而Q2导通，交流电经
常开触点送出。
充电电路：由UC33906和一些附属元件共同组成了"双电平浮充充电器"。太阳电池的输入电压加入后．利用电阻R，检测出电流的大小，再利用R2、R3、R4、R5、R6检测蓄电池的工作参数，经过内部电路分忻．进而通过 Q3对输出电压、电流进行控制。Rs取值为0.025Ω，充电电流最大为10A，根据蓄电池的容量大小．可改变R，以改变充电电流。
在恒流快速充电状态下，充电器输出恒定的充电电流Imax，同时充电器监视电池两端电压，当电池电压达到转换电压V12时，电池的电量已恢复到容量的70％～90％，，充电器转入过充电状态，在此状态下，充电器输出电压升高到 V。。由于充电器输出电压恒定不变．所以充电电流连续下降．当充电电流下降到Ioct 时，电池容量已达到额定容量的100％，充电器输出电压下降到较低的浮充电压Vf蓄电池进入浮充状态。此时U C3906的⑩脚输出高电平，LM2903的①脚输出低电平，发光二极管发光，指示蓄电池已充足电。
图中的电路还具有涓流充电的功能，涓流充电的电流值为 It,R2为涓流充电的限流电阻。
放电电路：用LM2903接成双迟滞电压比较器，可使电路在比较电压的临界点附近不会产生振荡。R10、RPl、RP2、LJ2B、Q4、Q5和K2组成过放电压检测比较控制电路。电位器RPl、RP2起设定过放电压的作
用。可调三端稳压器LM317给LM2903提供稳定的8V工作电压。
当蓄电池端电压大于预先设定的过放电压值时，U2B的⑥脚电位高于⑤脚电位，⑦脚输出低电位使04截止，Q5导通，K2动作，其常开触点闭合，LED2发光指示负载工作正常；蓄电池对负载放电时端电压会逐渐降低，当端电压降低到小于预先设定的过放电址值时。U2B的⑥脚电位低于⑤脚电位，⑦脚输出高电位使Q4导通，Q5截止，K2释放，LED2熄灭，指示过放电。该控制器能有效地防止蓄电池过充、过放、过流，
可满足了太阳能充电控制器的需要。
太阳能电池及材料研究 引言 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。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光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：1、半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率：3、材料本身对环境不造成污染； 4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。 1 硅系太阳能电池 1.1 单晶硅太阳能电池 硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是*单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cm X 2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cm X 5cm）转换效率达8.6%。 单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电 池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。 1．2 多晶硅薄膜太阳能电池 通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等
太阳能电池充电控制器电路图(含原理说明) 采用专用蓄电池充电管理芯片UC3906设计太阳能充电控制器，经过实验室调试，其各项性能达到要求。控制器由切换电路、充电电路、放电电路三部分组成(见附图)。下面分别介绍其各个组成部分。 切换电路：太阳能电池接在常闭触点，继电器线圈受三极管Q2控制，当太阳能电池受光照时，Q1导通而02截止，使得继电器线圈绝大部分时间不耗电。在太阳能电池不受光照时，Q1截止而Q2导通，交流电经常开触点送出。 充电电路：由UC33906和一些附属元件共同组成了"双电平浮充充电器"。太阳电池的输入电压加入后．利用电阻R，检测出电流的大小，再利用R2、R3、R4、R5、R6检测蓄电池的工作参数，经过内部电路分忻．进而通过Q3对输出电压、电流进行控制。Rs取值为0.025Ω，充电电流最大为10A，根据蓄电池的容量大小．可改变R，以改变充电电流。 在恒流快速充电状态下，充电器输出恒定的充电电流Imax，同时充电器监视电池两端电压，当电池电压达到转换电压V12时，电池的电量已恢复到容量的70％～90％，，充电器转入过充电状态，在此状态下，充电器输出电压升高到V。。由于充电器输出电压恒定不变．所以充电电流连续下降．当充电电流下降到Io ct 时，电池容量已达到额定容量的100％，充电器输出电压下降到较低的浮充电压Vf蓄电池进入浮充状态。此时U C3906的⑩脚输出高电平，LM2903的①脚输出低电平，发光二极管发光，指示蓄电池已充足电。图中的电路还具有涓流充电的功能，涓流充电的电流值为It,R2为涓流充电的限流电阻。 放电电路：用LM2903接成双迟滞电压比较器，可使电路在比较电压的临界点附近不会产生振荡。R10、R Pl、RP2、LJ2B、Q4、Q5和K2组成过放电压检测比较控制电路。电位器RPl、RP2起设定过放电压的作用。可调三端稳压器LM317给LM2903提供稳定的8V工作电压。 当蓄电池端电压大于预先设定的过放电压值时，U2B的⑥脚电位高于⑤脚电位，⑦脚输出低电位使04截止，Q5导通，K2动作，其常开触点闭合，LED2发光指示负载工作正常；蓄电池对负载放电时端电压会逐渐降低，当端电压降低到小于预先设定的过放电址值时。U2B的⑥脚电位低于⑤脚电位，⑦脚输出高电位使Q 4导通，Q5截止，K2释放，LED2熄灭，指示过放电。该控制器能有效地防止蓄电池过充、过放、过流，可满足了太阳能充电控制器的需要。
新能源课程 染料敏化太阳能电池（DSSC）装置的制作教学实验报告 电气01 王平09041020 4/22 Monday
《染料敏化太阳能电池（DSSC）装置的制作》教学实验 一、研究背景： 随着工业发展和技术进步，人类对能源的需求与日俱增。因此开发新的绿色能源，减少对环境的冲击影响，是迫切需要研究的课题。绿色能源种类很多，本实验将针对染料敏化太阳能电池（DSSC）进行实验制作，以了解其设计原理及机制。 二、实验目的： 了解染料敏化太阳能电池（DSSC）发电原理，掌握DSSC基本制作方法和的电池性能测定；理解决定DSSC性能的材料方面的影响因素，实验比较不同燃料、不同光线对电池性能的效果。 三、实验技能： 学习研磨制样、材料的选择、万用电表的使用、涂布coating及组装、测试太阳能电池。 四、工作原理： 本实验所制备的染料敏化太阳能电池（DSSC），是一个电化学反应过程装置。由正极、负极、电解质液组成。其中正极为涂布有石墨的导电玻璃；负极为涂布有二氧化钛的导电玻璃；二氧化钛为多孔纳米结构，吸附有染料或光敏剂；电解液为含碘化合物，能够产生I2/I-,被填充在正、负极之间。 DSSC太阳能电池是由一系列电子传递过程完成光能-电能转换的。当光线照在负极侧，染料吸收光能发生电子跃迁，染料被氧化，电子经二氧化钛半导体传导，流动到负极的导电玻璃片进入外电路；电子到达正极后，电解液中的I2/I-氧化还原作用使得染料被还原到原始状态。这样构成电子回路，产生电。 五、实验准备： 1.材料： A．导电玻璃：具有高透过率、导电率，如ITO、FTO B．正极：导电能力强、有一定催化活性，如炭、铂 C．二氧化钛：具有催化能力，高活性、比表面积大、分散均匀
太阳能电池性能参数 1、开路电压 开路电压UOC：即将太阳能电池置于AM1.5光谱条件、100 mW/cm2的光源强度照射下，在两端开路时，太阳能电池的输出电压值。 2、短路电流 短路电流ISC：就是将太阳能电池置于AM1.5光谱条件、100 mW/cm2的光源强度照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流值。 3、最大输出功率 太阳能电池的工作电压和电流是随负载电阻而变化的，将不同阻值所对应的工作电压和电流值做成曲线就得到太阳能电池的伏安特性曲线。如果选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最大，即可获得最大输出功率，用符号Pm表示。此时的工作电压和工作电流称为最佳工作电压和最佳工作电流，分别用符号Um和Im表示。 4、填充因子 太阳能电池的另一个重要参数是填充因子FF（fill factor），它是最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比。 FF：是衡量太阳能电池输出特性的重要指标，是代表太阳能电池在带最佳负载时，能输出的最大功率的特性，其值越大表示太阳能电池的输出功率越大。FF 的值始终小于1。串、并联电阻对填充因子有较大影响。串联电阻越大，短路电流下降越多，填充因子也随之减少的越多；并联电阻越小，其分电流就越大，导致开路电压就下降的越多，填充因子随之也下降的越多。 5、转换效率 太阳能电池的转换效率指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率，等于太阳能电池的输出功率与入射到太阳能电池表面的能量之比。太阳能电池的光电转换效率是衡量电池质量和技术水平的重要参数，它与电池的结构、结特性、材料性质、工作温度、放射性粒子辐射损伤和环境变化等有关。
图2.4.1 太阳能电池输出特性曲线
太阳能电池材料的发展及应用 材料研1203 Z石南起新材料（或称先进材料）是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志，通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。 随着科学技术发展，人们在传统材料的基础上，根据现代科技的研究成果，开发出新材料。新材料按组分为金属材料、无机非金属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分为结构材料和功能材料。21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。新材料的研究，是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。 功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。 功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。 功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占85%。我国高技术 (863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。
太阳能电池板日发电量简易计算方法 太阳能电池板日发电量 简易计算方法 太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成；太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源，就要根据用电器的功率，合理选择各部件。太阳能发电系统的设计需要考虑如下因素： Q1、太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐射情况如何？ Q2、系统的负载功率多大？ Q3、系统的输出电压是多少，直流还是交流？ Q4、系统每天需要工作多少小时？ Q5、如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天？ 下面以(负载)100W输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法： 1. 首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗)： 若逆变器的转换效率为90％，则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应为100W/90％=111W；若按每天使用6小时，则耗电量为111W*6小时=666Wh，即0.666度电。 2. 计算太阳能电池板： 按每日有效日照时间为5小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为666Wh÷5h÷70% =190W。其中70％是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。 3. 180瓦组件日发电量 180×0.7×5=567WH=0.63度 1MW日发电量=1000000×0.7×5=3500,000=3500度 例2：安10w灯，每天照明6小时，3个连雨天，如何计算太阳能电池板wp?以及12V 蓄电池ah? 每天的用电量: 10W X 6H= 60WH, 计算太阳能电池板: 假设你安装点的平均峰值日照时数为4小时. 则:60WH/4小时, = 15WP 太阳能电池板. 再计算充放电损耗, 以及每天需要给太阳能电池板的补充: 15WP/0.6= 25WP, 也就是一块25W的太阳能电池板就够了. 再计算蓄电池. 60WH/12V=5AH. 每天要用12V5AH的电量. 三天则为12V15AH.
实验一 染料敏化太阳能电池关键材料的制备与表征 在众多新能源中，太阳能因具有清洁、环保、无污染、取之不尽、用之不竭等诸多优点，被认为是未来最有希望的新能源之一。太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能电池产业，已成为世界主要国家抢占新一轮经济和科技发展制高点的重大战略之一。 在众多太阳能电池中，硅基太阳能电池技术最为成熟，但制作工艺复杂、价格昂贵、设备要求较高而不适合开展大学生实验。纳米二氧化钛（TiO 2）晶体太阳能电池是最近发展起来的一种新型太阳能电池，其优点在于其低廉的成本、简单的工艺以及相对稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上，而制作成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10，寿命却能达到20年以上。但是TiO 2的禁带宽度为3.2eV ，只能吸收波长小于375nm 的紫外光。为了使其吸收红移至可见光区，增大对全光谱范围的响应，1991年，瑞士洛桑高等工业学院（EPFL ）的Gratzel 研究小组开发了染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cell ，简称DSSC ），它由 吸附了染料光敏化剂（过渡金属钌的有 机化合物）的纳米TiO 2多孔薄膜制成， 其光电转换效率可达7.1%。1993年，他 将光电转换效率提高到了10%，1998年， 该研究组进一步研制出全固态DSSC ， 使用固体有机空穴传输代替液体电解质， 单色光光电转化效率达到33%，引起了全世界的科学家对DSSC 的关注。近年来，染料敏化太阳能电池的研究主要集中在阳极材料的改性、染料的改进、电解质的研究、以及阴极对DSSC 的影响等方面。 “染料敏化太阳能电池的制备、组装及测试”实验涵盖材料制备实验（水热反应制备TiO 2纳米颗粒、热解法制备Pt 催化剂、丝网印刷技术制备光阳极薄膜、玻璃工操作、材料热处理等）、仪器分析实验（台阶仪测量薄膜厚度、X 射线衍射仪表征材料的结构与成分、扫描电子显微镜观测形貌、紫外-可见吸收光谱测试光谱吸收效果）等多种实验方法。由于实验步骤繁多、周期较长，因此根据其 图1 Gratzel 研究小组开发的 DSSC
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
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
太阳能光伏控制器设计、制作 一、实验目的： 1、了解太阳能光伏控制器的原理； 2、了解控制器的设计过程； 3、了解控制器PCB板的制作过程； 4、了解控制器的焊装及调试 二、实验设备 计算机 线路板雕刻机 焊台 数字万用表 三、实验注意事项 实验中注意严格遵照设备使用说明操作，注意安全； 四、实验原理 太阳能控制器是太阳能光伏系统中重要的组成部分,它在很大程度上决定了太阳能光伏系统的可靠性。控制器的任务主要是实现太阳能对蓄电池的充电并保护光伏系统中的蓄电池。 1、 UC3906介绍 UC3906作为密封铅酸蓄电池充电专用芯片，具有实现密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能。内含有独立的电压控制电路和限流放大器，它可以控制芯片内的驱动器。驱动器提供的输出电流达25mA，可直接驱动外部串联调整管，从而调整充电器的输出电压和电流。电压和电流检测比较器检测蓄电池的充电状
态，并控制充电状态逻辑电路的输入信号。 图1 UC3906内部结构框图 当电池电压或温度过低时，充电使能比较器控制充电器进入涓流充电状态。当驱动器截止时，该比较器还能输出25mA涓流充电电流。这样，当电池短路或反接时，充电器只能小电流充电，避免了因充电电流过大而损坏电池。 UC3906的一个非常重要特性就是具有精确的基准电压，其基准电压随环境温度而变，且变化规律与铅酸电池电压的温度特性完全一致。同时，芯片只需的输入电流就可工作，这样可以尽量减小芯片的功耗，实现对工作环境温度的准确检测，保证电池既充足电又不会严重过充电。除此之外，芯片内部还包括一个输入欠压检测电路以对充电周期进行初始化。这个电路还驱动一个逻辑输出，当加上输入电源后，脚7可以指示电源状态。 如图2所示，由RA、RB和RC组成的电阻分压网络用来检测充电电池的电压，通过与精确的参考电压（VREF）相比较来确定浮充电压、过充电压和涓流充电的阈值电压。 图2 双电平浮充充电器基本电路 蓄电池的一个充电周期按时间可分为三种状态：大电流快速充电状态，过充电状态和浮充电状态。其充电参数主要有浮充电电压VF、过充电电压VOC、最大充电电流Imax、过充电终止电流IOCT等。它们与RA、RB、RC、RS之间的关系可以从下面的公式反映出来：
染料敏化太阳能电池的结构与工作原理 染料敏化太阳能电池主要由表面吸附了染料敏化剂的半导体电极、电解质、Pt 对电极组成，其 结构如图1-1。 图1-1 染料敏化太阳能电池结构图 当有入射光时，染料敏化剂首先被激发，处于激发态的染料敏化剂将电子注入半导体的导带。氧化态的染料敏化剂被中继电解质所还原，中继分子扩散至对电极充电。这样，开路时两极产生光 电势，经负载闭路则在外电路产生相应的光电流（图1-2）。 图1-2 染料敏化太阳能电池工作原理图 通过超快光谱实验可得出染料敏化太阳能电池各个反应步骤速率常数的数量级[12]： ①染料(S)受光激发由基态跃迁到激发态（S*）： S + hυ→S* ②激发态染料分子将电子注入到半导体的导带中： S* →S+ + e-(CB)，k inj = 1010~1012s-1 ③I-离子还原氧化态染料可以使染料再生： 3I- + 2S+ →I3 - + 2S，k3 = 108s-1 ④导带中的电子与氧化态染料之间的复合：
S+ + e-(CB) →S，k b = 106s-1 ⑤导带中的电子在纳米晶网络中传输到后接触面(back contact ，BC)后而流入到外电 路中： e-(CB) →e-(BC)，k5 = 103~100s-1 ⑥纳米晶膜中传输的电子与进入TiO2 膜的孔中的I3 -离子复合： I3 - + 2e-(CB) →3I-，J0 = 10-11~10-9A cm-2 ⑦I3 -离子扩散到对电极上得到电子使I-离子再生： I3 - + 2e-(CE) →3I-，J0 = 10-2~10-1A cm-2 激发态的寿命越长，越有利于电子的注入，而激发态的寿命越短，激发态分子有可能来不及将 电子注入到半导体的导带中就已经通过非辐射衰减而返回到基态。②、④两步为决定电子注入效率 的关键步骤。电子注入速率常数（k inj）与逆反应速率常数（k b）之比越大（一般大于三个数量级）， 电子复合的机会越小，电子注入的效率就越高。I-离子还原氧化态染料可以使染料再生，从而使染料 不断地将电子注入到二氧化钛的导带中。步骤⑥是造成电流损失的一个主要原因，因此电子在纳米 晶网络中的传输速度(k5)越大，电子与I3 -离子复合的交换电流密度(J0)越小，电流损失就越小。步骤 ③生成的I3 -离子扩散到对电极上得到电子变成离子I-(步骤⑦)，从而使I-离子再生并完成电流循环。 DSC的结构组成：主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物（TiO2、SnO2、ZnO等），聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为DSC的负极。对电极作为还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质，最常用的是I3/I-。 DSC工作原理如下图所示： ⑴染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态； ⑵处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中； ⑶电子扩散至导电基底，后流入外电路中； ⑷处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生； ⑸氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成一个循环； ⑹和⑺分别为注入到TiO2 导带中的电子和氧化态染料间的复合及导带上的电子和氧化态的电解质间的复合
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
以化合物半导体为基体制成的太阳能电池。在种类繁多的化合物半导体材料中，不乏兼备优良光电特性、高稳定性、宜于加工制造的太阳能电池材料。化合物可构成同质结太阳能电池、异质结太阳能电池和肖特基结太阳能电池。它既可制成高效或超高效太阳能电池，又可制成低成本大面积薄膜太阳能电池，从而拓宽了光电材料的研究范围，也极大地丰富了太阳能电池家族。目前，世界上光电转换效率最高的是化合物半导体太阳能电池(如砷化镓太阳能电池效率η=24%～28%)，或者是以化合物作为重要组分的太阳能电池(如砷化镓和硅叠合聚光太阳能电池效率η=32%～37%，薄膜硒铟铜/非晶硅太阳能电池效率η=14%～17%)。 在元素周期表中的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP);Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，如硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、碲化锌(ZnTe)等，都具有直接禁带跃迁的能带结构，吸收系数大，结构比较稳定。若用Ⅰ-Ⅲ族元素取代Ⅱ-Ⅵ族化合物中的Ⅱ族元素，则得到Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物，如硒铟铜(CuInSe)、硫铟铜(CuInS)等。对应地，用Ⅱ-Ⅳ族元素代替Ⅲ-Ⅴ族化合物中的Ⅲ族元素，则构成Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ族三元化合物，如锌硅砷(ZnSiAs2)等。从中可以挑选禁带宽度适合于吸收不同波长的太阳光、且可制成低电阻p型或n型基体的化合物半导体来制造太阳能电池。 具有代表性的化合物半导体太阳能电池有砷化镓太阳能电池、硫化镉太阳能电池和硒铟铜太阳能电池。 砷化镓太阳能电池Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池，其主要特点是： (1) GaAs的禁带宽度达1.43 eV，能有效地吸收太阳光，其理论效率达28%。 (2) GaAs是直接禁带跃迁材料，吸收系数大。吸收90%的太阳能只需5μm厚的GaAs，而硅则需厚为100μm以上才能吸收同样多的太阳能。 (3)耐高温，耐辐射，适宜于做聚光太阳能电池(聚光比可以高达1000～1735倍)，也适宜于做太空飞行器上用的太阳能电池。 砷化镓太阳能电池的主要缺点是：价格昂贵，功率/重量比小，表面复合速度大等。 自1956年砷化镓太阳能电池问世以来，已制成pn结GaAs同质结太阳能电池和GaAlAs/GaAs 异质面太阳能电池等。砷化镓还可以分别与元素半导体、其他化合物构成许多异质结构的多晶薄膜GaAs太阳能电池。砷化镓太阳能电池的结构类同于硅太阳能电池，开路电压为0.88～1.0 V，短路电流密度稍低，一般为20～30 mA/cm2。 硫化镉太阳能电池是最先问世的Ⅱ-Ⅵ族化合物太阳能电池。硫化镉的禁带宽度为2.42 eV，吸收系数大，是比较理想的异质结窗口材料，CdS-Cu2S太阳能电池的效率极限为17.8%。但在研究中发现，CdS-Cu2S电池在自然光照条件下，铜离子会在pn结中宏观迁移，因而造成输出功率下降。现在正在用CdTe和其他合适的材料来制造低成本薄膜太阳能电池。 碲化镉太阳能电池碲化镉具有稳定性好、薄膜沉积速度快、价格便宜等优点，因而碲化镉与硒铟铜同样被选为当前最有希望的两种薄膜化合物太阳能电池之一。其光电转换效率，1991年为12.5%，1995年为15.8%，2000年有可能达到18%而进入产业化生产。 硒铟铜太阳能电池性能最好的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物太阳能电池。硒铟铜是目前已知的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物半导体中性能最好的光电材料，禁带宽度为1.01～1.04 eV，有直接能带结构，在异质结电池中可作为理想的基体材料。硒铟铜与硫化镉、碲化镉材料一样，可以用真空沉积法、喷涂法、丝网印刷法和悬浮电镀法制造薄膜电池。电池结构与硅薄膜电池类同。也可制成前壁型和后壁型两种。CuInSe电池的开路电压比硅的低，约为0.4～0.5 V，而短路电流密度可高达40 mA/cm2左右，是一种稳定性比较好的薄膜太阳能电池。其光电转换效率，1991年为13%，1995年为17%，2000年可达20%。
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。
目录 第一章绪论................................................... 错误!未定义书签。 1.1 太阳能是人类最理想的能源............................... 错误!未定义书签。 1.2 太阳能发电是最理想的新能源技术......................... 错误!未定义书签。 1.3 太阳能发电的应用....................................... 错误!未定义书签。 1.4 太阳能发电的前景....................................... 错误!未定义书签。第二章单晶硅太阳能电池的理论基础............................. 错误!未定义书签。 2.1 关于P-N结............................................. 错误!未定义书签。 2.2 光电流................................................. 错误!未定义书签。 2.3 光电压................................................. 错误!未定义书签。 2.4 太阳电池的等效电路..................................... 错误!未定义书签。第三章单晶硅太阳能电池的性能分析............................. 错误!未定义书签。 3.1 硅太阳电池的结构....................................... 错误!未定义书签。 3.2 单晶硅太阳电池的主要性能参数........................... 错误!未定义书签。 3.2.1 输出特性与光强关系............................... 错误!未定义书签。 3.2.2 光照角特性....................................... 错误!未定义书签。 3.2.3 响应时间......................................... 错误!未定义书签。 3.2.4 光反射持性....................................... 错误!未定义书签。 3.2.5 温度特性......................................... 错误!未定义书签。 3.2.6 热性质........................................... 错误!未定义书签。 3.2.7 使用寿命......................................... 错误!未定义书签。 3.3 温度和光照强度对电池性能的影响......................... 错误!未定义书签。 3.3.1 温度影响......................................... 错误!未定义书签。 3.3.2 光照强度影响..................................... 错误!未定义书签。 3.3.3 温度和光照强度的综合影响......................... 错误!未定义书签。 3.4 辐照对电池性能的影晌................................... 错误!未定义书签。 3.4.1 辐照损伤......................................... 错误!未定义书签。 3.4.2 提高光电抗辐射能力的方法......................... 错误!未定义书签。第四章工艺参数对电池性能的影响............................... 错误!未定义书签。 4.1 硅片的表面处理......................................... 错误!未定义书签。 4.1.1 表面损伤层....................................... 错误!未定义书签。 4.1.2 表面织构化....................................... 错误!未定义书签。 4.2 扩散................................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 扩散温度和时间................................... 错误!未定义书签。 4.2.3 常规P扩型对于性能的影响......................... 错误!未定义书签。 4.3 减反射膜............................................... 错误!未定义书签。 4.3.1 氮化硅膜厚度..................................... 错误!未定义书签。 4.3.2 折射率........................................... 错误!未定义书签。 ....................................................... 错误!未定义书签。 4.3.4 H含量............................................ 错误!未定义书签。 4.3.5 硅氮比例......................................... 错误!未定义书签。 4.3.6 薄膜的折射率随Si/N的变化........................ 错误!未定义书签。 ....................................................... 错误!未定义书签。 ....................................................... 错误!未定义书签。 4.4 电极加工及烧结中的影响因素............................. 错误!未定义书签。
JA系列太阳能电源控制器使用说明书 一：产品主要特点 1.使用了工业级MCU和专用软件，实现了智能控制。能在寒冷，高温，潮湿 环境运行自如。 2.利用放电率特性修正的准确放电控制，放电终了电压是由放电率修正的控 制点，消除了单纯的电压控制过放的不准确性，符合蓄电池固有的特性， 即不同的放电率具有不同的终了电压。 3.具有过充，过放，电子短路，过载保护，独特的防反接保护等全自动控制； 产品所有的保护功能均不损坏任何器件，不烧保险丝。 4.采用了串联式PWM充电电路，使充电回路的电压损失较小，比传统的二极 管式充电电路降低近一半的压降，充电效率较非PWM高5%以上，增加了用 电时间；过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式使系统有 更长的使用寿命；同时具有高精度的温度补偿。 5.直观的LED发光指示充电和电量状态，让用户了解使用状况。 6.采用Flash存储器记录各工作点，使设置数字化，精度和可靠性更高。 7.使用了数字LED显示及设置，一键式操作即可完成所有设置，使用方便直 观。 8.系统电压自动识别。 二：系统说明 本控制器专为太阳能直流供电系统，太阳能直流路灯系统设计，并使用了专用电脑芯片智能化控制。采用一键式轻触开关，完成所有操作及设置。 具有短路，过载，独特的防反接保护，充满，过放自动关断，恢复等全功能保护措施，详细的充电指示，蓄电池状态，负载及各种故障指示。本控制住通过电脑芯片对蓄电池的端电压，放电电流，环境温度等涉及蓄电池容量的参数进行采样， 通过专用控制模型计算，实现符合蓄电池特性的放电率，温度补偿修正的高效高准确率控制，并采用了高效PWM充电模式，保证蓄电池工作在最佳的状态极大的延长蓄电池的使用寿命。具有多种工作模式，满足各种需要。并具有模式选择掉电保护功能。 三：控制器面板及外形尺寸 四：安装及使用 1.控制器的固定要牢靠，安装孔如图： 外形尺寸： 124 X 92 X 28（mm） 安装孔尺寸： 117 X 68 (mm) 2.导线的准备：建议使用多股铜芯绝缘导线。在保证安装位置的情况下，尽可 能减少连线的长度，减少损耗。按照不大于4A/mm2的电流密度选择铜导线面积，将控制器一侧的接线头剥去5mm的绝缘。 3.太阳能电池板、蓄电池及负载连接到控制器时不分先后，可按任意顺序连接， 但注意正负极不能接反，如若连接正确，控制器上的power指示灯就会亮起。 五：使用说明 充电指示：当系统连接正常，且有阳光照射到光电池板时，充电指示灯为常亮,表示系统充电电路正常；充电过程使用了PWM方式，如果发生过放动作，充电要达到提升充电电压，并保持60分钟，而后降到直充电压，保持60分钟，以激活蓄电池，避免硫化结晶，最后降到浮充电压，保持浮充充电。如果没有发生过放，将不会有提升充电方式，以防蓄电池失水。这些自动控制过程将使蓄电池达到最佳充电效果并保证或延长其使用寿命。当电池板对蓄电 开始充电数码管显示为流水作业。当停止充电或充满后，数码管停止充电指示，显示电量。 蓄电池状态指示：蓄电池电压由数码管显示（1-25%，2-50%，3-75%，4-100%）；当电池电压降到过放/过压时故障指示灯常亮，此时控制器自动关闭输出。当电池电压恢复到正常工作范围时，将自动打开输出，故障指示灯灭。 负载指示：当负载开通/关断时，负载指示灯常亮/长灭。故障指示灯亮，负载关断，对应数码管显示对照表查看何种原因；如果负载电流超过控制器1.25倍额定电流60S时，或负载电流超过额定电流1.5倍5S时，故障指示灯为红色慢闪，表示过载，控制器将关闭输出。当负载或负载侧出现短路故障时，控制器立即关闭输出，故障指示灯慢闪。出现上述现象时，用户应当仔细检查负载连接情况。断开有故障的负载后，按一次按键，控制器自动恢复正常工作，或等到第二天可以正常工作。控制器默认第一次上电打开负载，用户可以自行按键开关负载，负载指示灯亮，负载输出；负载指示灯灭，负载关断。对应故障显示见下表。 注意：故障查看时请断开太阳能电池板！ 六：技术指标 型号JA1205 JA1210 JA2405 JA2410 额定充电电流 5 10 5 10 额定负载电流 5 10 5 10 系统电压12 24 过载保护额定电流的1.25倍60秒保护，额定电流的1.5倍5秒保护 短路保护大于或等于额定电流的3倍进行短路保护动作 空载损耗≤6mA 充电回路压降≤0.26V 放电回路压降≤0.15V 过压保护16.5V/33V 过压恢复15V/30V 工作温度工业级：-35℃至+55℃ 提升充电电压14.6V/29.2V（维持时间：1H） 直充充电电压14.4V/28.8V（维持时间：1H） 浮充13.8V/27.6V 温度补偿-5mV/℃/2V(提升、直充、浮充电压补偿) 欠压电压12V/24V 过放电压11.1V/22.2V 过放恢复电压12.6V/25.2V 充电方式PWM脉宽调制 产品重量0.22kg 七：常见故障现象及处理方法 现象解决方法 有阳光照射到电池组件但充电 指示灯不亮 检测光电池两端接线是否正确、可靠 充电指示灯快闪蓄电池开路，或充电电路损坏 电源指示灯亮且故障指示灯不 亮，无输出 检测用电器连接是否正确、可靠 故障指示灯快闪且无输出输出有短路或过载，检测输出线路，移除所 有负载后，按一次按键恢复正常输出 电源指示灯不亮且故障指示灯 常亮，无输出 蓄电池过放，充足电后自动恢复 注：本公司保留变更的权利，恕不令行通知！ 感谢您的使用，使用前，请仔细阅读产品说明书。 数码管显示对照表 25%电量1过放 50%电量2过压U 75%电量3短路E 100%电量4过载C