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太阳能电池的光谱响应 ppt课件

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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

光伏太阳能电池基本知识PPT课件

光伏太阳能电池基本知识PPT课件
材料特点：均为半导体。
7
太阳能电池的种类（按材料的种类区分）
8
各种太阳能电池的效率（实验室电池）
9
太阳能电池的发展趋势
太阳能电池发展瓶颈：效率、稳定性、成本。 以硅片为载体的光伏电池制造技术，其理论极限效率为29%，按目前的技术路线， 提升效率的难度已经非常大。 薄膜太阳能电池由于具有大面积沉积、低材料消耗及可在低成本基板上制作，有较大 的成本下降潜力的优点，其发展前景非常看好，成为阶段发展研究的重点。 第三代太阳能电池不断出现：染料敏化纳米晶太阳能电池成本仅为常规电池的1/8至 1/10。
19
太阳辐射——太阳辐照数据
重要的太阳辐射数据来源是从卫星图像上测得的太阳辐射。这些图像提供了特定 地区的云层覆盖水平的信息。云层覆盖水平的相关信息可以用来估算当地的日照度。
20
第三节 半导体基本知识
21
半导体基本知识
半导体，指常温下导电性能介于导体与绝 缘体之间的材料。
半导体材料可以来自元素周期表中的Ⅴ族 元素，或者是Ⅲ族元素与Ⅴ族元素相结合（叫 做Ⅲ -Ⅴ型半导体 ），还可以是Ⅱ族元素与Ⅵ 族元素相结合（叫做Ⅱ -Ⅵ型半导体 ）。硅是 使用最为广泛的半导体材料。
3
为什么要研究太阳能电池
1、化石燃料终将枯竭，太阳能是地 2、环境污染日益严重。 球上大多数能源的终极来源。
4
可再生能源简介
目前人类可利用的新能源包括太阳能、风能、地热能、水能、海洋能等。
太阳能发电
太阳能是最为 理想的可再生 能源和无污染能源。水力Leabharlann 电风力发电地热能发电
潮汐发电
5
太阳能电池的原理
A M co s 0 .50（ 5 9 1.0 7 67 2 9） 9 1 .3 .563 64

太阳能电池的光谱响应 ppt课件

太阳能电池的光谱响应 ppt课件
First Question
半导体光的吸收
本征吸收
理想半导体在绝对零度时，价带完全被电子占 满，因此价带内的电子不可能被激发到更高的能级， 唯一可能是吸收足够能量的光子使电子激发，越过 禁带跃迁入空的导带，而在价带中留下一个空穴， 形成电子-空穴对。这种由于带与带之间的跃迁形 成的吸收过程称为本征吸收。
c
0

1.24 Eg(eV )
微米（um）
对于硅而言，Eg=1.12eV， 0 1.1um
半导体光的吸收
布尔斯坦移动：重掺向 短波段移动 弗朗兹-克尔德什效应： 强电场作用下的光子诱 导的遂穿，向长波限移 动
内量子效率： EQE=（1-R）*IQE
半导体光的吸收
硅和锗是间接带隙半 导体。随着光子能量 的增加，吸收系数首 先上升到一段较平缓 的区域，这对应于间 接跃迁；向更短波方 向，随着hv的增加， 吸收系数再一次陡增， 发生强烈的光吸收， 表示直接跃迁的开始。
3.为什么高方阻会提高短波响应，短流 会提高，串阻也会提高？
半导体的吸收系数 太阳光的性质
太阳光具有波粒二象性
波动性→SiNx减反膜，利用光的干涉相消原理； 粒子性→光的吸收，产生能量的转移；
半导体的吸收系数
光强度I随传播距离x的变化关系：
I I0ex
物理意义：
1 相当于光在媒质中传播距离 1
firstquestion半导体光的吸收理想半导体在绝对零度时价带完全被电子占满因此价带内的电子不可能被激发到更高的能级唯一可能是吸收足够能量的光子使电子激发越过禁带跃迁入空的导带而在价带中留下一个空穴形成电子空穴对
太阳能电池的光谱响应
太阳能电池的光谱响应
Question
1.为什么光在硅片中存在吸收现象，而 在电介质中并不会出现？ 2.为什么短波主要在表面吸收，而长波主 要在硅片内吸收？

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

太阳能电池优秀课件

太阳能电池优秀课件

2 、光电导效应
电子能量
在光线作用下，电子吸收光
子能量从束缚状态过渡到自由
hv
状态，而引起材料电导率的变
导带 Eg
价带
化，这种现象被称为光电导效
应。
当光照射到半导体光电导材料上时，若光辐
射能量足够强，材料价带上的电子将被激发到导
带,从而使材料中的自由载流子增加，致使材料
的电导变大。
光电导产生的条件
6、温度效应
太阳能电池用半导体的禁带 宽度的温度系数为负，随温度 上升带隙变窄，会使短路电流 略有上升，但同时会使I0增加， Voc下降。
综合所有参数，转换效率随 温度上升而下降。
7、辐照效应 作为卫星和飞船的电源，太阳电池必然暴露
在外层空间的高能粒子的辐照下。高能粒子 辐照时通过与晶格原子的碰撞，将能量传给 晶格，当传递的能量大于某一阈值时，便使 晶格原子发生位移，产生晶格缺陷。这些缺 陷将起复合中心的作用，从而降低少子寿命。 大量研究工作表明，寿命参数对辐照缺陷最 为灵敏，也正因为辐照影响了寿命值，从而 使太阳电池性能下降。
理想情况下的效率
舍弃太阳光中波长大于长波限的光 谱，在理想情况下，能量大于禁带宽 度的光子全部被材料吸收形成光电流， 显然，最大短路电流Isc仅与材料的带隙 有关。
理想情况下Voc为：
Voc
kT q
ln
I ph I0
1
式中Iph为光生电流，I0为二 极管饱和电流：
I0
A
qDn
n2 i
LN nA
图一
将表面制成金字塔型的组织结构，以减少光的反射 量。
将金属电极埋入基板中，以减少串联电阻。(图二)
图二
减少背电极与硅的接触面积，以减少因金属与硅的 接合处引入的缺陷， (图三)

太阳能电池的光谱

太阳能电池的光谱
理想光谱
理想的光谱分布应该能够最大化太阳能电池的转换效率，通常是通 过优化不同光谱区域的透射和反射来实现。
光谱对稳定性的影响
紫外线辐射
紫外线辐射可能会引起太阳能电池组件的老化，降低其性能和稳定 性。
温度效应
光谱分布也会影响太阳能电池的温度效应，高温可能导致电池性能 下降。
抗老化处理
为了提高稳定性，太阳能电池通常需要进行抗老化处理，以增强其对 不同光谱和温度变化的适应性。
降低成本和提高生产效率的措施
优化生产工艺
通过优化生产工艺，降 低生产成本和提高生产 效率。例如，采用连续 生产线、自动化设备和 机器人等。
选用低成本材料
选用低成本、高效率的 材料，例如使用硅基材 料替代其他高成本材料。
扩大生产规模
通过扩大生产规模，降 低单位产品的成本，提 高生产效率。同时，大 规模生产有利于提高产 品质量和降低不良率。
06 结论与展望
研究结论
01
太阳能电池的光谱响应特性是影响其光电转换效率的关键因素 之一。
02
通过实验和模拟研究，发现不同类型和结构的太阳能电池在光
谱响应上存在差异。
优化太阳能电池的光谱设计可以提高其光电转换效率和稳定性。
03
未来研究方向和展望
01
深入研究太阳能电池光 谱响应的物理机制，探 索更有效的光谱调控方 法。
研究目的和意义
01
研究太阳能电池的光谱特性有助于深入了解其光电转换机制，提 高光电转换效率。
02
了解太阳能电池的光谱特性对于优化其设计和制造过程、 降低成本和提高市场竞争力等方面具有重要意义。
03
随着全球能源危机和环境污染问题的加剧，太阳能作为一 种清洁、可再生的能源，越来越受到人们的关注。太阳能 电池作为太阳能利用的关键技术之一，其光谱特性的研究 对于推动太阳能技术的发展和应用具有重要意义。

太阳能电池的测试ppt课件

知识回顾
光伏效应
太阳电池发电原理示意图
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
太阳电池的表征参数
光结电正流 向I电ph流ID
n
p
IIphIDIphI0exn q pB k D T V1
测量电池IV特性的原理
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
3.4 电性测试条件
1. 测试项目
为 了 规 范 事 业单位 聘用关 系，建 立和完 善适应 社会主 义市场 经济体 制的事 业单位 工作人 员聘用 制度， 保障用 人单位 和职工 的合法 权益
3.1太阳模拟器
太阳电池是将太阳能转变成电能的半导体器件，从应
用和研究的角度来考虑，其光电转换效率、输出伏安特性 曲线及参数是必须测量的，而这种测量必须在规定的标准 太阳光下进行才有参考意义。如果测试光源的特性和太阳 光相差很远，则测得的数据不能代表它在太阳光下使用时 的真实情况，甚至也无法换算到真实的情况，考虑到太阳 光本身随时间、地点而变化，因此必须规定一种标准阳光 条件，才能使测量结果既能彼此进行相对比较，又能根据 标准阳光下的测试数据估算出实际应用时太阳电池的性能 参数。
标准测试条件：标准太阳光（标准光谱和标准辐照度）、 标准测试温度
使用模拟阳光时，光谱取决于电光源的种类和滤光、反光系统 辐照度可以用标准太阳电池短路电流的标定值来校准。
为了减少光谱失配误差，模拟阳光的光谱应尽量接近标准阳 光光谱，或选用和被测量电池光谱响应基本相同的标准太阳 电池。

太阳能电池介绍ppt课件

金属与半导体的区别： 金属的导带和价带重叠在一起，不存在禁带，在一切条件 下具有良好的导电性。 半导体有一定的禁带宽度，价电子必须获得一定的能量 （>Eg）“激发”到导带才具有导电能力。激发的能量可以 是热或光的作用。 常温下，每立方厘米的硅晶体，导带上约有l010个电子， 每立方厘米的导体晶体的导带中约有1022个电子。 绝缘体禁带宽度远大于半导体，常温下激发到导带上的电 子非常少，固其电导率很低 。
3.1 太阳能光伏发电原理
硅晶体和所有的晶体都是由原子(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。在硅晶体中，每个硅原子 近邻有四个硅原子，每两个相邻原子之间有一对电子，它 们与两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。
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
3.1 太阳能光伏发电原理
8.载流子的输运 半导体中存在能够导电的自由电子和空穴，这些载流子 有两种输运方式：漂移运动和扩散运动。 载流子在热平衡时作不规则的热运动，与晶格、杂质、 缺陷发生碰撞，运动方向不断改变，平均位移等于零，这 种现象叫做散射。散射不会形成电流。 半导体中载流子在外加电场的作用下，按照一定方向的 运动称为漂移运动。外界电场的存在使载流子作定向的漂 移运动，并形成电流。 扩散运动是半导体在因外加因素使载流子浓度不均匀而 引起的载流子从浓度高处向浓度低处的迁移运动。 扩散运动和漂移运动不同，它不是由于电场力的作用产 生的，而是由于载流子浓度差的引起的。

太阳能电池原理PPT课件

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。
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半导体的吸收系数
光强度I随传播距离x的变化关系：
当于光在媒质中传播距离 1
时，
e 能量减弱到原来能量的
，即光在导电媒质中传播具有衰减现象
半导体的吸收系数
在电介质中，电磁波没有衰减的传播；而 在导电介质中，如在半导体和金属内，波的振 幅随着透入的深入而减小，即存在光的吸收。 这是由于，导电媒质内部有自由电子存在，波 在传播过程中子在媒质在激起传导电流，光波 的部分能量转换为电流的焦耳热。
c
0
1.24 Eg(eV )
微米（um）
对于硅而言，Eg=1.12eV， 0 1.1um
半导体光的吸收
布尔斯坦移动：重掺向 短波段移动 弗朗兹-克尔德什效应： 强电场作用下的光子诱 导的遂穿，向长波限移 动
内量子效率： EQE=（1-R）*IQE
半导体光的吸收
硅和锗是间接带隙半 导体。随着光子能量 的增加，吸收系数首 先上升到一段较平缓 的区域，这对应于间 接跃迁；向更短波方 向，随着hv的增加， 吸收系数再一次陡增， 发生强烈的光吸收， 表示直接跃迁的开始。
First Question
半导体光的吸收
本征吸收
理想半导体在绝对零度时，价带完全被电子占 满，因此价带内的电子不可能被激发到更高的能级， 唯一可能是吸收足够能量的光子使电子激发，越过 禁带跃迁入空的导带，而在价带中留下一个空穴， 形成电子-空穴对。这种由于带与带之间的跃迁形 成的吸收过程称为本征吸收。
半导体光的吸收
显然，要发生本征吸收，必须要满足：
hh0 Eg
h 0 是能够引起本征吸收的最低限度的光子能量。
在低频方面必然存在一个频率极限 0（或者
说低在于长 波（0 方或面波存长在大一于个 0波时长，界）限不可0 能）产。生当本频征率吸
收，吸收系数迅速下降。
本征吸收限
半导体光的吸收
hh0 Eg
太阳能电池的光谱响应
太阳能电池的光谱响应
Question
1.为什么光在硅片中存在吸收现象，而 在电介质中并不会出现？ 2.为什么短波主要在表面吸收，而长波主 要在硅片内吸收？
3.为什么高方阻会提高短波响应，短流 会提高，串阻也会提高？
半导体的吸收系数 太阳光的性质
太阳光具有波粒二象性
波动性→SiNx减反膜，利用光的干涉相消原理； 粒子性→光的吸收，产生能量的转移；
半导体光的吸收
Second Question
半导体光的吸收
d
Third Question