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第 1 章 太阳能电池和太阳光 [Compatibility Mode]

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太阳能电池ppt-PPT课件

太阳能电池ppt-PPT课件
太阳能电池
启明物理0901班 庞贵明
导读
★太阳能电池的产生背景 ★太阳能电池的发展历程及现状 ★太阳能电池的原理 ★太阳能电池的分类 ★结束语
太阳能电池的产生背景
自从两次工业革命以后，煤、石油、天然气等化石燃 料相继被广泛地应用到生产生活的各个方面。随着社会经 济的不断发展和人类文明的不断进步，人类对能源的需求 量不断飞速增长。 然而，这些曾经被人们广泛应用并且现在还在被使用 的基本都是不可再生能源。其有限的储量与人类无限的需 求之间构成了不可调和的矛盾。 其次，煤、石油、天然气等化石燃料燃烧后会产生大 量的二氧化碳气体，造成温室效应，加速全球气候变暖， 给人类及其他动植物的生存构成巨大挑战。
太阳能电池的产生背景
再者，这些不可再生能源的大量使用，还会产生环境 污染、生态破坏等严重问题。 因此，开发一种储量巨大、清洁、无污染的可再生能 源已经成为当今社会的广泛共识。 与常规能源相比，太阳能具有三大优势： 其一，它是人类可以利用的最丰富的能源。据统计， 在过去的漫长的十几亿年中，太阳只消耗了它本身能量的 2%。按照这种速度计算，太阳足以供给人类使用几十亿 年，可谓取之不尽、用之不竭。
太阳能电池的发展历程及现状
1839年，法国物理学家贝克勒尔（E.Becquerel）发现液 体的光生伏特效应 【光生伏特效应：半导体受到光照时产生电动势的现象】 1877年，亚当斯（W.G.Adams）研究了硒的光伏效应， 并制作了第一片硒太阳能电池 1883年，美国发明家查尔斯描述了第一块硒太阳能电池的 原理 1918年，波兰科学家Czochralski发展了生长单晶硅的提 拉法工艺 1941年 奥尔在硅上发现光伏效应
太阳能电池的产生背景
其二，在地球上，只要有光照的地方都有太阳能，这 样我们就可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对于 交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有实用价值。 其三，太阳能是一种十分清洁的能源。在开发和利用 太阳能时，不会产生废渣、废水和废气；也没有噪音，更 不会产生大气污染、影响生态平衡等环境问题。 因此，太阳能是一种非常合适的新能源，研究和开发 太阳能，对于我们人类今后的生产生活乃至生存发展历程及现状

太阳能电池原理范文

太阳能电池原理范文

太阳能电池原理范文太阳能电池是一种将太阳光能转化为电能的装置。

它是一种半导体器件，根据光伏效应原理工作。

在晴朗的阳光下，太阳光照射到太阳能电池表面，产生电子与空穴对。

通过合适的导线和电路布置，可以将产生的直流电能转化为有用的电能。

太阳能电池的基本结构通常是由两个半导体层构成，其中一个层被掺杂为p型，另一个层被掺杂为n型。

半导体的掺杂可以通过在原始材料中添加杂质元素来实现。

掺杂后的半导体中将产生多数载流子和少数载流子。

以p型层为例，它有许多绝缘层的正空穴，以及从n层移动过来的负电子。

当太阳能照射到太阳能电池的表面时，光子与半导体原子发生相互作用。

如果光子的能量大于半导体材料对能量吸收的门槛，光子将被吸收，将其能量传给被吸收的电子。

被激发的电子获得足够的能量以克服能带间隙并跃迁到导带。

这个过程使得原来的电子能带上留下空穴，从而产生一个电子-空穴对。

由于p型层具有许多正空穴，而n型层具有许多自由电子，新产生的电子和空穴将被电场力推到不同的区域，形成势差。

这个势差会引起电流的流动。

若将正极与p型层连接，负极与n型层连接，并将电路与电池连接，电流就会开始流动。

在太阳能电池中，不同的材料用于构成p型和n型层。

常用的材料包括硅、硒化铟、硫化镉等。

其中，硅是最广泛使用的材料，因为它具有稳定性好、物理性质可控且成本低廉等优点。

为了提高太阳能电池的效率，科学家和工程师们致力于改进太阳能电池的设计和制造工艺。

一种改善效率的方法是通过将多个太阳能电池组装在一起，形成太阳能电池组或太阳能电池阵列。

这种阵列可以在更广泛的光敏面积上接收太阳能，并提供更多的电能。

太阳能电池作为一种可再生能源的转换器，具有广泛的应用前景。

它可以用于为家庭和工业提供电力，也可以用于卫星和空间探测器等航天器的能源供应。

随着科学技术的不断发展，我们有望看到更高效、更持久、更美观的太阳能电池问世，进一步推动可再生能源的发展和利用。

第一讲：太阳能电池和太阳光1

第一讲：太阳能电池和太阳光1
• 自1954年发明太阳能电池至今，目前已经进入 第三代发展期。
– 第一代的太阳能电池为晶圆技术。
– 第二代的太阳能电池为薄膜技术。
– 第三代太阳能电池包含所有正在创新、启蒙
中的新型太阳能光电技术。
Hale Waihona Puke 江西工业工程职业技术学院电子系林梅
晶体硅太阳能电池
单晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池
按 基 本 材 料 分 类
（薄膜型） 7—15 20—40 10 1—5
三元素
CuInSe2（薄膜型）
染料敏化太阳能电池（DSSC） 有机薄膜太阳能电池
江西工业工程职业技术学院电子系林梅
第一讲太阳能电池和太阳光
各类太阳能电池比较
染料敏化 （DSSC） 镉碲薄膜 （CdTe）
硅晶电池
太阳能电池
硅薄膜
铜铟镓硒薄膜 （CIS/CIGS）
第一讲太阳能电池和太阳光
• 通讯/通信领域 太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/ 通讯/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小 型通信机、士兵GPS供电等。
江西工业工程职业技术学院电子系林梅
第一讲太阳能电池和太阳光
• 石油、海洋、气象领域 石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石 油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象 /水文观测设备等
江西工业工程职业技术学院电子系林梅
第一讲太阳能电池和太阳光
3.光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉
江西工业工程职业技术学院电子系林梅
第一讲太阳能电池和太阳光
• 交通领域
如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、 路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、 无人值守道班供电等。
江西工业工程职业技术学院电子系林梅

太阳能电池原理PPT课件

太阳能电池原理PPT课件

2.1 半导体物理基础
本征半导体
T>0
导带 (部分填充)
EF EC EV
Valence band (Partially Empty)
在T = 0, 价带能级被电子填充 ，导带空, 导致电导率为零. 费密能级 EF 位于禁带 中间(<1 eV) 当 T > 0, 电子可以被热“激发”到导带，产生可测量的电导率.
禁带 禁带
能带
第29页/共105页
允带 允带
允带
2.1 半导体物理基础
费米－狄拉克分布
电子和空穴在允带能级上的分布遵守费米－狄拉克分布。 能量为E能级电子占据的几率为
1 f(E)
1exp(EEF)/KT
f(E)称为费米分布函数，EF为费米能级
第30页/共105页
2.1 半导体物理基础
费米－狄拉克分布
第15页/共105页
金属中的准 能带的准自 自由电子（价电子）模型 由电子物理模型
金属中的自由电子除去与离子实相互碰撞的瞬间外，无相互作用。电子 所受到的势能函数为常数。 电子波函数仍然为自由电子波函数 电子受到晶格的散射，当电子的波矢落到布里渊区 边界时，发生Bragg衍射
第16页/共105页
对于所有能级均被电子所占满的能带（满带），在外电场作用下，其电子并不 形成电流，对导电没有贡献。----- 满带电子不导电。 通常原子中的内层电子都是占满满带中的能级，因而内层电子对导电没有贡献。 对于被电子部分占满的能带（导带），在外电场作用下，电子可从外电场吸收 能量跃迁到未被电子占据的能级去，从而形成电流，起导电作用。 ----- 导带电子有导电能力。
k
Resulted from r+
2.1 半导体物理基础

太阳能电池课件完整版

太阳能电池课件完整版

太阳能汽车
太阳能路灯
PV APPLICATION
五、太阳能电池遇到的挑战
• 接受太阳辐射的面积； • 气候的影响； • 硅片的价格及硅片的加工技术。
谢谢！Biblioteka 太阳能电池发电的原理太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般 的半导体主要结构如下：
• 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。
硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入 硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以 参照下图：
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 周围只有3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，容易吸收电子而中 和，形成P（positive）型半导体。
太阳能电池的分类
• （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%。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。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主要发展产 品之一。

太阳能电池原理PPT课件

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的电压和电流，At为太阳电池的总 面积， Pin为单位面积太阳入射光 的功率。
.
55
世界主要太阳电池新记录
.
56
中国太阳电池实验室最高效率
.
57
• 10. 填充因子(曲线因子)
太阳电池的最大功率与开路电压和
短路电流乘积之比，通常用FF(或 CF)表示：
FF = ImVm/ IscVoc • IscVoc是太阳电池的极限输出功率 • ImVm是太阳电池的最大输出功率
.
29
• 在n区，光生电子-空穴产生后， 光生空穴便向 p-n 结边界扩散，一 旦到达 p-n 结边界，便立即受到内 建电场的作用，在电场力作用下作 漂移运动，越过空间电荷区进入p 区，而光生电子（多数载流子）则 被留在n区。
.
30
• p区中的光生电子也会向 p-n 结 边界扩散，并在到达 p-n 结边界 后，同样由于受到内建电场的作用
• 填充因子是表征太阳电池性能优 劣的一个重要参数。
.
58
• 11. 电流温度系数
在规定的试验条件下，被测太阳 电池温度每变化10C ，太阳电池 短路电流的变化值，通常用α表示 。
• 对于一般晶体硅电池
α= + 0.1%/0C
.
59
• 12. 电压温度系数
在规定的试验条件下，被测太阳电 池温度每变化10C ，太阳电池开路电
.
4
非晶硅太阳电池
.
5
• 2. 按照结构分类： • 同质结太阳电池 • 异质结太阳电池 • 肖特基结太阳电池 • 复合结太阳电池 • 液结太阳电池等
.
6
• 3. 按照用途分类：
• 空间太阳电池:在人造卫星、宇宙飞船等 航天器上应用的太阳电池。由于使用环境 特殊，要求太阳电池具有效率高、重量轻 、耐辐照等性能。

《太阳能电池的特性》幻灯片


波长段的光谱响应为零。
硅太阳能电池的响应曲线。
2021/5/21
UNSW新南威尔士大学
17
§ 理想太阳能电池 光谱响应
理想的光谱响应在长波长段受到限制，因为半导体不能吸收能量低 于禁带宽度的光子。这种限制在量子效率曲线中同样起作用。然而，不同 于量子效率的矩形曲线，光谱响应曲线在随着波长减小而下降。因为这些 短波长的光子的能量很高，导致光子与能量的比例下降。光子的能量中，
UNSW新南威尔士大学
16
§ 理想太阳能电池 光谱响应
“光谱响应〞在概念上类似于量子效率。量子效率描述 的是电池产生的光生电子数量与入射到电池的光子数量的比， 而光谱响应指的是太阳能电池产生的电流大小与入射能量的比 例。以下图将描述一光谱响应曲线。
光
理想的光谱响应
谱
响 应
能量低于禁带宽度的光 不能被吸收，所以在长
E-H
§ 理想太阳能电池 收集概率
归 一 化 的
对 生 成 率
上图显示了不同波长的光在硅材料中的载流子生成率。波长 0.45μm的蓝光拥有高吸收率，为105cm-1，也因此它在非常靠近 顶端外表处被吸收。波长0.8μm的红光的吸收率103cm-1，因此其 吸收长度更深一些。1.1μm红外光的吸收率为103cm-1，但是它几 乎不被吸收因为它的能量接近于硅材料的禁带宽度。
太阳能电池的伏安曲线 短路电流ISC是电池流出的最 大电流，此时穿过电池的电 压为零。
电池产生的电能
2021/5/21
UNSW新南威尔士大学
24
§ 太阳能电池的参数 短路电流
短路电流的大小取决于以下几个因素：
太阳能电池的外表积。要消除太阳能电池对外表积的依赖，通 常需改变短路电流强度〔JSC单位为mA/cm2〕而不是短路 电流。

太阳能电池ppt课件


18
太阳能电池的结构
精选ppt课件2021
19
太阳能电池发电原理
精选ppt课件2021
20
太阳电池的表征参数
太阳电池的工作原理是基于光伏效应。当光照 射太阳电池时，将产生一个由n区到p区的光
生电流Iph。同时,由于pn结二极管的特性，存 在正向二极管电流ID ,此电流方向从p区到n区 ，与光生电流相反。因此,实际获得的电流I为
25
❖ 太阳电池的转换效率η定义为太阳电池的最大 输出功率与照射到太阳电池的总辐射能Pin之
比，即
Pm 100%
Pi n
精选ppt课件2021
26
6.太阳能电池的应用
上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技
术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过
程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加
提高效率，大面积重复性
❖ 有机电池 －高效电子受体 和给体以及材料，提高 效率 3.新型概念电池：量子点、量子阱电池，中间带
光伏电池，带隙递变迭层电池等，尚处在理论探索、 概念研究和验证阶段。
精选ppt课件2021
14
3.太阳能电池定义和分类
太阳能电池，又称光伏器件，是一种利用光生 伏特效应把光能转变为电能的器件。它是太 阳能光伏发电的基础和核心。
scocscoc25太阳电池的转换效率定义为太阳电池的最大输出功率与照射到太阳电池的总辐射能p26上世纪60年代科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术通信卫星供电上世纪末在人类不断自我反省的过程中对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切不仅在空间应用在众多领域中也大显身手
太阳能电池原理及 表征参数
8.62－5.5 80年代初

太阳电池原理与光伏技术剖析

太阳电池原理与光伏技术主要内容•第一章太阳电池和太阳光参考书目• 1.太阳电池工作原理、工艺和系统的应用•[澳］马丁．格林著，李秀文，谢鸿礼赵海滨等译刘熙校TM914.4/8 • 2.太阳电池及其应用•赵富鑫魏彦章主编• 3.• 4.• 5.第一章太阳电池和太阳光1.1 太阳电池发展概况1839年,法国科学家Becquerel首先报导了太阳电池的光伏效应;1876年,在硒的全固态系统中也观察到了光伏效应现象;1954年,出现了第一块硅太阳电池,标志太阳电池研制工作的重大进展;1958年,太阳电池首次在空间应用,装备美国先锋1号卫星;1959年,第一个多晶硅太阳电池问世,效率达5%;1960年,硅太阳电池首次实现并网运行;1975年,非晶硅太阳电池问世;1998年,单晶硅光伏电池效率达24.7%,多晶硅太阳电池产量第一次超过单晶硅太阳电池而成为世界光伏电池之王;1999年,日本太阳电池总产量第一次超过美国而居世界之首,其中85%用于太阳能光伏建筑集成。

1.2 阳光的物理来源1.2.1 太阳的结构•太阳是距离地球最近的一颗恒星.•日地距离为1.49597892x108Km.•太阳直径为1.392 x106Km,是地球的109倍;体积比地球大130多万倍.•太阳平均密度为1.4g/cm3,即比水的密度大50%,太阳内部密度约160g/cm3,因此日心引力比地心引力大29倍左右.太阳的物质组成:就质量而言,H 78.4%; He 19.8%;金属和其他元素,总计占1.8%. 图1-1 太阳结构示意图图1-2 不同黑体温度的Plank黑体辐射分布图1-3 阳光的光谱分布1.3太阳与地球间关系的天文背景•天球与天球坐标系•天球:以观察者为球心,以任意长为半径,其上分布着所有天体的球面叫做天球.•地平圈:在图中，通过观察者的眼睛，即天球的中心零与铅垂线相垂直的平面为地平面，地平面无限延展可将天球分割在两个半球；地平面与天球的交线是一个大圈，称为地平圈•天顶/天底:通过观察者头顶的铅垂线向两端无限延展，与天球的交点分别称做天顶和天底。

太阳能与太阳能电池基础简介

其恐怖的性能杀手，而在 CIGS 太阳能电池中，微量 Na 可大幅度 地改善薄膜的结晶形貌和传输性能，从而提高太阳能电池的转换效 率和成品率，并且可以使用价格低廉、热膨胀系数接近的钠钙玻璃 作为电池的基板。 4. 电池效率高： CIGS 是已知光吸收系数最高的半导体材料， 达到 105 ／cm， 而且是一种直接带隙半导体材料， 因此非常适合用于制备薄 膜电池，用其制备的电池吸收层的厚度可降低到 1～3um，可大大 降低原料的消耗。 5. 性能稳定：CIGS 抗辐射能力强，没有光致衰退效应。CIGS 中电中 性缺陷对(2VCu+InCu)等的形成能较低，可使 Cu 迁移效应成为动 态可逆过程，这种 Cu 迁移和点缺陷反应的动态协同作用导致受辐 射损伤的 CIGS 电池具有自愈合能力。有实验结果表明，CIGS 薄膜 电池经过电子与质子辐照、温度交变、振动、加速度冲击等试验后， 不但证明抗辐照性能好， 而且光电转换效率几乎无衰退。 另外， CIGS 电池不存在光致衰退问题，光照可以提高太阳能电池的转换效率， 因此该类太阳能电池的工作寿命长。 6. 弱光性能好：美国 Shell Solar 公司在位于美国加洲自己的光伏制 造工厂屋顶安装了 0.25MW 的 CIGS 薄膜光伏阵列发电系统， 在阴 天或阴暗气候条件下，CIGS 薄膜电池比其它太阳能电池产品会产 生更多电能， 这表明 CIGS 电池不仅在阳光下具有较高的转换效率， 而且其弱光特性是其它种类电池所无法比拟的，因此对于高纬度地 区以及气候条件不理想的地区更能显示其优异性能。 总之，CIGS 太阳能电池在温度稳定性、化学稳定性、抗辐射能力、弱 光性能等方面都是其他太阳能电池难以匹敌的， 是理想空间电源和便携式电 源，并且易于安装，非常适合于建筑一体化。 CIGS 薄膜太阳能电池制备工艺： CIGS 薄膜电池可以采用不同的工艺制成，其制备过程举例如下： 以普通钠钙玻璃为衬底，磁控溅射法沉积 Mo 层作为电池底电极，然后 制备 CIGS 化合物半导体薄膜， CIGS 薄膜上再顺次制备 CdS 缓冲层和窗 在 口材料 ZnO 膜，最后制备电极后封装，整个电池的结构为：玻璃
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太阳能电池技术
Solar Cell Technology
邓小龙
School of Physics and Technology University of Jinan
一、课程内容简介与教学目的
（一）太阳能电池技术是光信息科学与技术专业的选修课程，通 过本课程的学习使得生能够在掌握半导体材料的各项性质的基础 上，重点掌握太阳能电池基本工作原理和设计方面的基础知识， 使得学生对太阳能电池有全面的认识，为学生毕业后从事光电子、 电子材料及其相关学科的工作和学习奠定扎实的理论基础。本课 程系统地介绍了太阳能电池的基本工作原理和设计，主要包括以 下内容：一、概述了太阳光的性质、半导体材料的性质以及两者 间的相互作用；二、详细论述了太阳能电池设计中的重要因素、 现行的电池制造工艺及未来可能的工艺；三、论述太阳能系统的 应用，包括小型系统和未来可能实现的住户和中心电力系统。 （二）通过本课程的学习使学生掌握光电子及太阳能电池的半导 体材料和半导体物理的基本知识；掌握太阳能电池的工作原理以 及设计思想。
二、课程要求及教学活动项目
（一）课程要求： 本课程要求学生不迟到、不早退、不旷课，请假需要有正 规假条；能够按照要求认真完成作业，严谨抄袭。本课程 偶尔会有一、两次讨论课(包括学生课程陈述)。课堂教学 中提倡学生积极参与，课前要认真预习。 （二）教学活动项目及学时分配： 本课程以理论教学为主（48学时,11章内容），将用大量 的学时讲授授课计划中的相关知识。同时辅助有实践教学 部分以及习题课，辅导答疑等。
1974年Haynos在硅结晶面蚀刻出许多类似金字塔的几何形 状，可以有效地降低太阳光反射，转换效率达到17%。 1976年出现第一块多晶硅太阳能电池。
太阳能电池的发展
22
1985 年，在太阳能电池表面做出微沟槽的 PESC( 钝化发射区 Passivation emitter solar cells)型太阳能电池，转换效率超过20%。
施钰川 主编，《太阳能原理与技术》，西安交通大学出版社，2009年； 熊绍珍 等主编，《太阳电池基础与应用》，科学出版社，2009年； 钱伯章 主编，《太阳能技术与应用/新能源技术丛书》，科学出版社，2010年； 赵雨等 主编，《太阳能电池技术及应用》，中国铁道出版社，2013年。
五、教师联系方式及答疑要求
8
1.1 引言
9
太阳能
半导体材料
电能
太阳能电池
太阳能电池工作原理： 光伏效应 (Photovoltaic effect )
光伏效应
10
光伏效应：光照使不均匀半导体不同部位之间产生电位差的现 象（PN结）。 太阳能电池工作原理：光能量转化为电能量。电池内形成电 压，如果将电池与一个负载连接起来，就会形成电流的回路。
12
20世纪50年代 第一个实用的光伏器件（硅电池） 60年代 应用于空间技术 70年代 石油危机推动光伏产业发展 80年代 发电效率不断提高（新工艺） . . .
太阳能电池发展概况
13
法国物理学家Edmond Becquerel于1839首先观察到，把光线 照到浸在电解液中且覆有感光材料AgCl的电极上产生光致电 压，进而检测到电流，这就是光伏效应，当时他仅19岁。

1.5 地球表面的日照强度
38
当入射到地球大气层的太阳辐射相对稳定时，影响地球表 面辐射的主要因素是（穿过大气层衰减30%）:
（1）大气效应，包括吸收和散射； （2）当地大气质量的不同，如水蒸气、云层和污染； （3）纬度位置不同，使得一年中季节不同； （4）一天里时间的不同。
大气效应
太阳光强
34
太阳的表面辐射功率强度Isun相当于6000K（5762 K± 50K） 黑体的辐射强度，其总的功率等于Isun乘于太阳表面积4πR2， R为太阳的半径。 越远离太阳表面，太阳 总的功率强度就被扩散到 越大的表面。 随着太空中物体与太阳 距离D的增加，照射到表 面的太阳光强减小。 太阳光照射在距离D处的球面面积为4πD2 ，入射到物体 的光强为： R2
I0
D
2
Isun
太阳光强
太阳光照射在距离D处的球面面积为4πD2 ，入射到物体 的光强为：
35
R2 I 0 2 Isun D
不同行星的太阳光强
行星 水星 金星 地球 火星 木球 土星 天王星 海王星 距离（x109m）太阳光（W/m2） 57 8908.0 108 2481.3 150 1286.3 227 561.7 778 47.8 1426 14.2 2868 3.5 4497 1.4
2hc 2 F ( ) hc 5 exp 1 kT
式中，λ是光的波长，T分别为黑体的温度，k为玻尔兹曼常数。 F的单位为W/ (m2μm) ，W/m2指的是波长为λ（μm）光的光强 （功率密度）。
不同温度下，黑体的光照度与波长的关系
31
温度 波长丰富 波峰移动 光照度增加
PN结内建电场方向：N→P 光生电场方向：P→N
太阳能电池的优缺点
优点： •取之不尽，用之不竭 •无污染 •免费取得，无运输费用 •安全 •适合太空等偏远地区 缺点： •面积大 •晚上无法发电，受云层等影响大 •转换为交流电将损失4%~12%的能量 •成本高
11
1.2 太阳能电池发展概况
1839年，贝克勒尔首先发现光伏效应
28
能量的单位： 电子伏特（eV） 19
1eV 1 . 602 10
J
能量与波长 E ( eV ) 1240 / 其中λ的单位为 nm 的关系：
1.4 太阳常数---太阳光 太阳是一个充满气体的热球 内核：核聚变反应
辐射
29
氢离子层：强烈吸收
热对流
光球层，温度6000K
辐射
low energy photons
三、成绩考核
成绩考核由以下部分组成： （一）平时成绩：出勤及课堂表现（10%）、作业（10%）。 （二）期末考试成绩:闭卷（80%），采用百分制。 （三）最终成绩=平时成绩（20%）+期末考试成绩（80%）
四、教材及参考资料
（一）教材 Martin A.Green，《太阳能电池工作原理、技术和系统应用》， 上海交通大学出版社，2010年。 （二）参考资料
太阳能电池的发展
14
1877年，Adams和Day研究了玻璃硒(Sekenium)的光伏效应。
将铂作为电极被放置在透明硒的两端，只需光照就能使玻 璃状的硒产生电流。这是首次全部利用固体来演示光电效应 的试验。他们认为光照射使得硒条的表面结晶化了。
太阳能电池的发展
1883年美国科学加Charles Fritts制造了第一个太阳能电 池。他用两种不同材料的金属板来压制融化的硒，硒与 其中一块板（如黄铜）紧紧黏住，并形成薄片。然后再 将金箔压在硒薄片的另一面，于是，历史第一块光伏器 件就制成了。这个薄膜器件大概有30cm2大，但能量转换 效率仅为1%。
1.3 阳光的物理来源
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光是一种电磁波， 具有波粒二象性 波包：绝对的平面波是不
存在的。 波包可以看成是许多 不同平面波长的平波的叠加， 强度只在有限区域中不为零。
热物体发出电磁辐 射，光谱或波长与 物体的温度有关。
光子的能量
光子的能量： E(J) hf hc /
h为普朗克常数，h 6.6261034 m2kg/s f为频率，c为光速，λ为真空中的波长。 光的能量与波长成反比。
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他也是第一个认识到光伏器件有巨大潜力的人。他知道 光伏器件制作成本较低，并且如果不是马上使用产生的电 流，可以用蓄电池储存起来，或者传送到另外一个地方。
太阳能电池的发展
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1927年，人们研究在铜Cu表面生长氧化亚铜Cu2O层的光伏 效应时，发现了铜-氧化亚铜交界处的整流效应。提出了利用 金属铜及半导体氧化铜接合所形成的太阳能电池，促进了大 面积光电池的发展。
这是基于铜-氧化亚铜结的早期光电池的简单结构图。一圈 圈的铅线作为电极连接在电池接收光的表面。后来改为在表 面溅射金属层，然后移走一部分，形成由金属线构成的网格。
太阳能电池的发展
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1931年Bergmann提高了硒电池的质量，证明这个电池比CuCu2O电池更好。 1939年，Nix发明砣-硫化物光电池。下图展示了由硒、砣-硫 化物和Cu-Cu2O共同组成的电池。
太阳能电池的发展
1990年以后，太阳能电池发电与民用发电相结合。
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德国弗赖堡
澳大利亚东海岸 蒙塔古小岛
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太阳能电池的发展
中国是太阳能电池生产大国。2009年3月，中国宣布了太阳 能补贴计划。继美国之后，2012年9月，欧盟对中国发起光 伏反倾销。
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德国是世界上太阳能电池最普及的国家，其次是日本和美国。
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第一章 太阳能电池和太阳光
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内容 (2学时)
1.1 引言 1.2 太阳能电池发展概况 1.3 阳光的物理来源 1.4 太阳常数 1.5 地球表面的日照强度 1.6太阳的视运动
1957年和1958年，苏联与 美国相继发射了第一颗人造 卫星。
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20世纪60年代，用在 人造卫星上的太阳能电 池都是采用类似的结构。 这样的结构沿用了10年 以上。
太阳能电池的发展
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1973 年，第一次石油危机后，太阳能应用转移到一般民用， 如手表、小型计算器。这些设备通常是利用太阳能给镍镉电 池充电。
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太阳常数AM0
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太阳常数，也叫作大气光学质量零辐射（optical air mass-zero radiation），记作AM0（书图1.3）：地球大气层之外，地球太阳平均距离处，垂直于太阳光方向的单位面积上的辐射功 率基本为一常数。 在光伏应用中，采用的太阳常数为：1.3661 kW/m2 地球以椭圆形轨道围绕太阳公转。由椭圆形轨道引起的改变 大概在3.4%左右，一月份时太阳光照度达到最大，最小时为 七月份。