太阳能电池的原理及种类
第25卷第2期
2011年3
月
POWER EQU IPM EN T
Vol.25,No.2
Mar.2011
收稿日期:2010208224
作者简介:许伟民(1981),男,工程师,主要从事工业工程设计。
E 2mail :xuwm @https://www.360docs.net/doc/001982666.html,
太阳能电池的原理及种类
许伟民1, 何湘鄂2, 赵红兵1, 冯秋红1
(1.中国联合工程公司,杭州310022; 2.浙江大学信息与电子工程学系,杭州310027)
摘 要:介绍太阳能电池的原理和种类,分析了各类太阳能电池的优缺点,比较了各类太阳能电池的转换效率、制造难易程度和发展前景。
关键词:太阳能电池;原理;种类;光电转换效率
中图分类号:TM615 文献标识码:A 文章编号:16712086X (2011)022*******
Working Principles and Type of Solar Cells
XU Wei 2min 1
, H E Xia ng 2e 2
, Z HAO Hong 2bing 1
, F EN G Qiu 2hong 1
(1.China U nited Engineering Corp oration ,Ha ngzhou 310022,China ;
2.Dep art ment of I nf or mation Science and Elect ronic Engineering ,Zhejiang U niversity ,
Hangzhou 310027,China )
Abstract :A n int roduction is being p resented t o wor king p rinciples a nd category of solar cells ,t oget her wit h a n analysis t o adva ntages and disadva ntages of each typ e a nd a comp arison of p hot oelect ric conversion efficie ncy ,ma nuf acturing complexity a nd develop ment p rosp ect a mong various cells.
K eyw ords :solar cell ;p rinciple ;typ e ;p hot oelect ric conversion efficie ncy
太阳能是人类取之不尽、用之不竭的能源。
在目前创导节能减排、保护环境的形势下应大力提倡太阳能利用。本文对太阳能电池的原理及种类作一概括的介绍。
1 太阳能发电方式
1.1光热电转换方式
利用太阳辐射产生的热能发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质(蒸汽)的势能和动能,再驱动汽轮机发电。前一个过程是光热转换过程;后一个过程是热电转换过程,与普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高,其投资估计至少要比普通火电站高5～10倍。一座1000MW 的太阳能热电站需要投资20～25亿美元,平均每千瓦的投资为2000～2500美元。因此,目前只能小规模地应用于特殊的场合,而大规模利用在经济上很不合算,还不能与普通的火电站或核电站相竞争。1.2光电直接转换方式
该方式是利用光电效应,将太阳辐射能直接
转换成电能,光电转换的基本装置就是太阳能电池。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,太阳能电池工作原理见图1
。
图1 太阳能电池工作原理
当许多个电池串联或并联起来,就可以成为较大输出功率的太阳能电池方阵[12]。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
第25卷
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;太阳能电池可以大中小并举,大到百万千瓦的中型电站,小到只供一户用的太阳能电池组,这是其他电源无法比拟的。
2 对太阳能电池材料的要求
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,以其他材料为基础的太阳能电池也越来越显示出诱人的前景[1
3]
。
3 太阳能电池分类
根据所用材料的不同,太阳能电池可分为: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、纳米晶太阳能电池和有机太阳能电池等,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[23]
。
3.1硅太阳能电池
硅太阳能电池又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。
3.1.1单晶硅太阳能电池
硅系列太阳能电池中,单晶硅太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熟的加工处理工艺基础上的。现在,单晶硅的电池工艺一般都采用表面结构化、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。光电的转化效率主要取决于单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工
艺,在这方面,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,将电池表面结构化,制成倒金字塔结构;并在表面把13nm 厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合;改进电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率。通过以上措施制得的电池转化效率超过23%,最大值可达23.3%。Kyo 2cera 公司制备的大面积(225cm 2)单晶硅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 ×2cm )转换效率达到19.79%,刻槽埋栅电极晶体硅电池(5cm ×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单晶硅太阳
能电池仍占据主导地位,但由于受单晶硅材料价格及繁琐的电池工艺影响,致使单晶硅太阳能电池成本价格居高不下,要想大幅度降低其成本是非常困难的。
3.1.2多晶硅薄膜太阳能电池
为了节省高质量材料,薄膜太阳能电池就成了单晶硅电池的替代产品,其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶体硅薄膜太阳能电池就是典型代表。实验室的最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。
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,从20世纪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太小,未能制成有价值的太阳能电池。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(L PCVD )和等离子增强化学气相沉积(PECVD )工艺。此外,液相外延法(L PPE )和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。化学气相沉积主要是以Si H 2Cl 2、Si HCl 3、SiCl 4或Si H 4为反应气体,在一定的保
护气氛下反应生成硅原子,并沉积在加热的衬底上,衬底材料一般选用Si 、SiO 2或Si 3N 4等。但研究发现,在非硅衬底上很难形成较大的晶粒,并且容易在晶粒间形成空隙,解决这一问题的办法是先用L PCVD 在衬底上沉积一层较薄的非晶硅层,再将这层非晶硅层退火,得到较大的晶粒,然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜,因此,再结晶技术无疑是很重要的一个环节,目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外,另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术,这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。德国费莱堡太阳能系统研究所采用区域再结晶技术在FZ Si 衬底上制得的多晶硅电池转换效率为19%,日本三菱公司用该法制备的电池效率达16.42%。液相外延(L PE )法的原理是通过将硅
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第2期许伟民,等:太阳能电池的原理及种类
熔融在母体里,降低温度析出硅膜。美国Ast ro2 power公司采用L PE制备的电池效率达12.2%。中国光电发展技术中心采用液相外延法在冶金级硅片上生长出硅晶粒,并设计了一种类似于晶体硅薄膜太阳能电池的新型太阳能电池,称之为“硅粒”太阳能电池,但有关性能方面的报道还未见到。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅材料远较单晶硅少,又无效率衰退问题,并且有可能在廉价衬底材料上制成,其成本远低于单晶硅电池,而效率高于非晶体硅薄膜电池,因此,预计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。
3.1.3非晶体硅薄膜太阳能电池
由于非晶体硅薄膜太阳能电池的成本低,便于大规模生产,普遍受到人们的重视并得到迅速发展。早在20世纪70年代初,Carlson等就已经开始了对非晶体硅电池的研制工作,目前世界上己有许多公司生产这种产品。非晶体硅作为太阳能电池材料尽管是一种很好的材料,但由于其光学带隙为1.7eV,使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感,这就限制了非晶体硅太阳能电池的转换效率。此外,其光电效率会随着光照时间的延续而衰减,即所谓的光致衰退S2W效应,使得电池性能不稳定。解决这些问题的途径就是制备叠层太阳能电池,叠层太阳能电池是在制备的p2i2n层单结太阳能电池上再沉积一个或多个p2i2n子电池制得的。
叠层太阳能电池能提高转换效率、解决单结电池的不稳定性,其关键在于:
(1)把不同禁带宽度的材料组合在一起,提高了光谱的响应范围;
(2)顶电池的i层较薄,光照产生的电场强度变化不大,保证i层中的光生载流子抽出;
(3)底电池产生的载流子约为单电池的一半,光致衰退效应减小;
(4)叠层太阳能电池各子电池是串联在一起的。
非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法有很多,其中包括反应溅射法、PECVD法、L PCVD法等,反应原料气体为H2稀释的Si H4,衬底主要为玻璃及不锈钢片,制成的非晶体硅薄膜经过不同的电池工艺过程可分别制得单结电池和叠层太阳能电池。
目前非晶体硅太阳能电池的研究取得两大进展:
(1)三叠层结构非晶体硅太阳能电池转换效率达到13%,创下新的记录;
(2)三叠层太阳能电池生产能力达5MW。
美国联合太阳能公司(VSSC)制得的单结太阳能电池最高转换效率为9.3%,三带隙三叠层电池最高转换效率为13%,上述最高转换效率是在小面积(0.25cm2)电池上取得的。曾有文献报道,单结非晶体硅太阳能电池转换效率超过12.5%,日本中央研究院采用一系列新措施,制得的非晶体硅电池的转换效率为13.2%。国内关于非晶体硅薄膜电池特别是叠层太阳能电池的研究并不多,南开大学的耿新华等采用工业用材料,以铝背电极制备出面积为20cm×20cm、转换效率为8.28%的a2Si/a2Si叠层太阳能电池。
非晶硅太阳能电池由于具有成本低、重量轻、转换效率较高和便于大规模生产等而有极大的发展潜力。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。如果能进一步解决其稳定性问题和提高转换率问题,那么,非晶体硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
3.2多元化合物薄膜太阳能电池
多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐,主要有砷化镓III2V族化合物电池、硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池和铜铟硒薄膜电池。
3.2.1硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池
硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶体硅薄膜太阳能电池效率高,成本较单晶硅电池低,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。
3.2.2砷化镓(GaAs)III2V化合物电池
GaAs属于III2V族化合物半导体材料,其能降为1.4eV,正好为高吸收率太阳光的值,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,转换效率可达28%,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GaAs电池的普及。GaAs等III2V化合物薄膜电池的制备主要采用MOV PE和L PE技术,其中MOV PE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错、反应压力、III2V比率、总流量等诸多参数的影响。除GaAs外,其他III2V族化合物,如GaSb、GaInP等电池材料也得到了开发。1998年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的GaAs太阳能电池转换效率为24.2%,
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第25卷
为欧洲记录。首次制备的Ga InP 电池转换效率为14.7%。另外,该研究所还采用堆叠结构制备GaAs/GaSb 电池,该电池是将两个独立的电池堆叠在一起,GaAs 作为上电池,下电池用的是GaSb ,所得到的电池效率达到31.1%。3.2.3铜铟硒薄膜电池
铜铟硒薄膜电池(简称CIS )材料的能降为1.1eV ,适于太阳光的光电转换。另外,CIS 薄膜
太阳能电池不存在光致衰退问题,因此,CIS 用作高转换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们的注意。CIS 电池薄膜的制备主要有真空蒸镀法和硒化法。真空蒸镀法是采用各自的蒸发源蒸镀铜、铟和硒,硒化法是使用H 2Se 叠层膜硒化,但该法难以得到组成均匀的CIS 。CIS 薄膜电池从20世纪80年代最初8%的转换效率发展到目前的15%左右。日本松下电气工业公司开发的掺镓的CIS 电池,其光电转换效率为15.3%(面积1cm 2)。1995年美国可再生能源研究室研制出转换效率为17.l %的CIS 太阳能电池,2000年CIS 电池的转换效率达到20%,相当于多晶硅太阳能电池。CIS 作为太阳能电池的半导体材料,具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点,将成为今后太阳能电池发展的一个重要方向,唯一的是材料的来源问题,由于铟和硒都是比较稀有的元素,因此,这类电池的发展必然受到限制。3.3聚合物多层修饰电极型太阳能电池
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、材料来源广泛和成本低等优势,从而对大规模利用太阳能有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究刚开始,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。3.4纳米晶太阳能电池 纳米TiO 2晶体化学能太阳能电池是新近发展的,优点在于其廉价的成本、简单的工艺及稳定的性能,其光电效率稳定在10%以上,制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10,寿命能达到20年以上。但此类电池的研究和开发刚刚起步,估计不久的将来会逐步走上市场。
4 结语
目前批量生产的太阳能电池里,95%以上是硅基的,而剩下的不到5%也是由其他无机材料制成的。
太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式两大类,而前者又分为单结晶型和多结晶型;按材料可分为硅薄膜型、化合物半导体薄膜型和有机膜型,而化合物半导体薄膜型又分为非结晶型(a 2Si :H ,a 2Si :H :F ,a 2Six 2Gel 2x :H 等)、Ⅲ2V 族(GaAs ,InP 等)、Ⅱ2Ⅵ族(Cds 系)和磷化锌(Zn 3P2)等。
开发太阳能电池的两大关键问题是提高转换效率和降低成本。随着对太阳能发电的深入研究和应用,必将使太阳能发电技术得到进一步发展。参考文献:
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料导报:综述篇,2010,24(5):1262131.
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《发电设备》2011年征订启事
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电设备成套设计研究院编辑出版。《发电设备》为双月刊,大16开,单月的15日出版。每期定价8元,全年60元(包括邮费)。邮发代号:4622。
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(整理)大物实验太阳能电池.
实验62 太阳能电池特性研究 根据所用材料的不同，太阳能电池可分为硅太阳能电池，化合物太阳能电池，聚合物太阳能电池，有机太阳能电池等。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。本实验研究单晶硅，多晶硅，非晶硅3种太阳能电池的特性。 【实验目的】 1． 太阳能电池的暗伏安特性测量 2． 测量太阳能电池的开路电压和光强之间的关系 3． 测量太阳能电池的短路电流和光强之间的关系 4． 太阳能电池的输出特性测量 【实验原理】 太阳能电池利用半导体P-N 结受光照射时的光伏效应发电，太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面P-N 结，图1为P-N 结示意图。 P 型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有自由 电子。N 型半导体中有相当数量的自由电子，几乎没有空穴。当两种半导体结合在一起形成P-N 结时，N 区的电子（带负电）向P 区扩散， P 区的空穴（带正 电）向N 区扩散，在P-N 结附近形成空间电荷区与势垒电场。势垒电场会使载流子向扩散的反方向作漂移运动，最终扩散与漂移达到平衡，使流过P-N 结的净电流为零。在空间电荷区内，P 区的空穴被来自N 区的电子复合，N 区的电子被来自P 区的空穴复合，使该区内几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。 当光电池受光照射时，部分电子被激发而产生电子－空穴对，在结区激发的电子和空穴分别被势垒电场推向N 区和P 区，使N 区有过量的电子而带负电，P 区有过量的空穴而带正电，P-N 结两端形成电压，这就是光伏效应，若将P-N 结两端接入外电路，就可向负载输出电能。 在一定的光照条件下，改变太阳能电池负载电阻的大小，测量其输出电压与输出电流，得到输出伏安特性，如图2实线所示。 负载电阻为零时测得的最大电流I SC 称为短路电流。 负载断开时测得的最大电压V OC 称为开路电压。 太阳能电池的输出功率为输出电压与输 出电流的乘积。同样的电池及光照条件，负载电 阻大小不一样时，输出的功率是不一样的。若以 输出电压为横坐标，输出功率为纵坐标，绘出的 P-V 曲线如图2点划线所示。 输出电压与输出电流的最大乘积值称为最大 输出功率P max 。 填充因子F.F 定义为： sc oc I V P F F ?=?max （1） 空间电荷区 图1 半导体P-N 结示意图 I V
硅太阳能电池的结构及工作原理
一.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。 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。 全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW，较2005年成长19％，整个市场产值已正式突破100亿美元大关。2007年全球太阳能电池产量达到3436MW，较2006年增长了56%。 中国对太阳能电池的研究起步于1958年，20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。 目前，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。 中国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入，但投入仍然不够，与国外差距还是很大。政府应加强政策引导和政策激励，尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时可借鉴国外的成功经验，在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能，充分发挥政府的示范作用，推动国内市场尽快起步和良性发展。 太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总 绿色环保节能太阳能 能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显
太阳能光伏电池检验测试结果与分析
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 近代光学创新实验 实验名称：太阳能光伏电池测试与分析院系： 专业： 姓名： 学号： 指导教师： 实验时间： 哈尔滨工业大学
一、实验目的 1、了解pn结基本结构和工作原理； 2、了解太阳能电池的基本结构，理解工作原理； 3、掌握pn结的IV特性及IV特性对温度的依赖关系； 4、掌握太阳能电池基本特性参数测试原理与方法，理解光源强度、波长、环境温度等因素对太阳能 电池特性的影响； 5、通过分析PN结、太阳能电池基本特性参数测试数据，进一步熟悉实验数据分析与处理的方法，分 析实验数据与理论结果间存在差异的原因。 二、实验原理 1、光生伏特效应 半导体材料是一类特殊的材料，从宏观电学性质上说它们导电能力在导体和绝缘体之间，导电能力随外界环境（如温度、光照等）发生剧烈的变化。半导体材料具有负的带电阻温度系数。从材料结构特点说，这类材料具有半满导带、价带和半满带隙，温度、光照等因素可以使价带电子跃迁到导带，改变材料的电学性质。通常情况下，都需要对半导体材料进行必要的掺杂处理，调整它们的电学特性，以便制作出性能更稳定、灵敏度更高、功耗更低的电子器件。基于半导体材料电子器件的核心结构通常是pn结，pn结简单说就是p型半导体和n型半导体的基础区域，太阳能电池本质上就是pn结。 常见的太阳能电池从结构上说是一种浅结深、大面积的pn结，如图1所示，它的工作原理的核心是光生伏特效应。光生伏特效应是半导体材料的一种通性。当光照射到一块非均匀半导体上时，由于内建电场的作用，在半导体材料内部会产生电动势。如果构成适当的回路就会产生电流。这种电流叫做光生电流，这种内建电场引起的光电效应就是光生伏特效应。 非均匀半导体就是指材料内部杂质分布不均匀的半导体。pn结是典型的一个例子。N型半导体材料和p型半导体材料接触形成pn结。pn结根据制备方法、杂质在体内分布特征等有不同的分类。制备方法有合金法、扩散法、生长法、离子注入法等等。杂质分布可能是线性分布的，也可能是存在突变的，pn结的杂质分布特征通常是与制备方法相联系的。不同的制备方法导致不同的杂质分布特征。
太阳能电池分类
太阳能电池分类 太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式（以下表示为a-）两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。 按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形（a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等）、ⅢV族（GaAs,InP等）、ⅡⅥ族（Cds 系）和磷化锌 (Zn 3 p 2 ）等。 太阳能电池根所用材料的不同，太阳能电池可分为：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、有机太阳能电池、塑料太阳能电池，其中硅太阳能电池是发展最成熟的，在应用中居主导地位。 1、太阳能电池硅太阳能 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作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、太阳能电池多晶体薄膜 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
太阳能电池板原理
太阳能电池板原理
随着全球能源日趋紧张，太阳能成为新型能源得到了大力的开发，其中我们在生活中使用最多的就是太阳能电池了。太阳能电池是以半导体材料为主，利用光电材料吸收光能后发生光电转换，使它产生电流，那么太阳能电池的工作原理是怎么样的呢？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。当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子—空穴对。这样，光能就以产生电子—空穴对的形式转变为电能。
一、太阳能电池的物理基础 当太阳光照射ｐ－ｎ结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子——空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向型区，空穴被驱向Ｐ型区，从而使凡区有过剩的电子，Ｐ区有过剩的空穴。于是，就在ｐ－ｎ结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。 如果半导体内存在P—N结，则在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P—N结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。 制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。下
面我们以硅太阳能电池为例，详细介绍太阳能电池的工作原理。 1、本征半导体 物质的导电性能决定于原子结构。导体一般为低价元素，它们的最外层电子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子，在外电场的作用下产生定向移动，形成电流。高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如橡胶），它们的最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子，所以导电性极差，成为绝缘体。常用的半导体材料硅（Si）和锗（Ge）均为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚的那么紧，因而其导电性介于二者之间。 将纯净的半导体经过一定的工艺过程制成单晶体，即为本征半导体。晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，相邻的原子形成共价键。
太阳能电池板标准测试方法
太阳能电池板标准测试方法 (2011-03-14 21:30:56) 转载 标签： 杂谈 太阳能电池板标准测试方法 （模拟太阳能光） 一、开路电压：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为3.8~4.0万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，直接测试值为开路电压； 二、短路电流：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为3.8~4.0万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，直接测试值为短路电流； 三、工作电压：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为3.8~4.0万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，正负极并联一个相对应的电阻，（电阻值的计算：R=U/I），测试值为工作电压； 四、工作电流：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为3.8~4.0万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，串联一个相对应的电阻，（电阻值的计算：R=U/I），测试值为工作电流。 问:太阳能电池板在阴天或日光灯下能产生电吗? 答:准确的说法是产生很小的电流.基本上可以说是忽略不计. 问:在白炽灯下或阳光下能产生多大电流? 答:在白炽灯下距离远近都是有差别的.同样阳光下上午,中午,下午,产生的电流也是不同的. 问:太阳能测试标准是什么?在白炽灯下多大灯泡多远距离测试算标准呢?
答:太阳能测试标准光照强度为:40000LUX,温度:25度.我们做过测试一般 白炽灯100W, 距离0.5-1CM,这样测试和标准测试相差不大. 问:太阳能电池板寿命是多长时间? 答:一般封装方式不同使用寿命会不同,一般钢化玻璃/铝合金外框封装寿命20年以上.环氧树脂封装15年以上. 问:为什么太阳能电池在太阳底下和出厂测试参数不同? 答: 99%工厂用流明计测出的是光通量的数值.但是实际上太阳能电池板是根据照度来转换电能的，照度越强功率值越大 太阳能电池和电池板测试解决方案 已有 158 次阅读2011-6-25 11:51|个人分类:光伏文档|关键词:解决方案太阳能电池电池板 迅速增长的太阳能产业对太阳能电池及电池板测试有极为紧迫的需要。如今的解决方案大体又有两种： 一是全套专用的系统， 二是利用现有标准化仪器及软件进行系统集成。集成的方案能建造更低成本的测试系统，并可根据测试要求的变化修改测试系统。例如，如果您的测试要求更高精度或更宽电流范围，需要更换的就只是测试系统中的个别仪器，而不是整个系统。此外，标准化的硬件和软件也可用于其它的测试系统。太阳能电池在研发、质量保证和生产中都需要测试。虽然对于不同的行业和应用，如用于太空或在地面上，测量精度、速度和参数的重要性会有不同，但有一些在任何测试环境都必
太阳能电池板选择
太阳能电池板选择
太阳能电池的最大功率 Pmax=开路电压×短路电流， 这是它们的理想功率， 而平时大家衡量太阳能电池的是额定功率 Pm。实际中额定功率是小于最大功率 的，主要是由于太阳能电池的输出效率 u 只有 70%左右。在使用中由于受光强 度的不同，所以不同时刻的功率也是不同的，根据实验数据它的实际平均功率 P=0.7Pm。如果太阳能电池要直接带动负载，并且要使负载长期稳定的工作， 则负载的额定功率为 Pr=0.7Pm。 如果按照负载的功率选择太阳能电池的功率则 电池的功率为： Pm=1.43Pr。 就是说太阳能电池的功率要是负载功率的 1.43 倍。 在选择太阳能电池的功率时,应合理选择负载的耗电功率,这样才能使发电功 率与耗电功率处于一种平衡状态。当然太阳能电池的发电功率也会受到季节、气 候、地理环境和光照时间等多方面因素的制约。
蓄电池的使用（这里仅以夏季为例,介绍太阳能电池与蓄电池在一般情况下的使用）
蓄电池是一种储存电能的容器,常被作为其它电路的“能源基地”。由于太 阳能电池所产生的电力有限，因此要尽可能的扩大“基地”的储电容量，但也不 能无限扩大，因为太阳能电池只能在白天发电，其日发电量 M＝发电功率（最 大输出功率）×有效光照时间×发电时间，由此它的日电量等于输出电流与有效 光照时间的乘积,即:C=IH(Ah)。而蓄电池的容量则使放电时间和放电电流的乘 积，因此计算公式为：C=IH(单位 Ah，就是额定 1A 的电流放电一小时)。那么 太阳能电池和蓄电池在容量和电量上使如何计算的呢？我们可以通过电功率公 式:P=IU 演化为:P=Iuh/h=CU/h。
太阳能电池板标准测试方法
太阳能电池板标准测试方法（模拟太阳能光） 一、开路电压：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为3.8~4.0万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，直接测试值为开路电压； 二、短路电流：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为3.8~4.0万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，直接测试值为短路电流； 三、工作电压：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为3.8~4.0万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，正负极并联一个相对应的电阻，（电阻 值的计算：R=U/I），测试值为工作电压； 四、工作电流：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为3.8~4.0万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，串联一个相对应的电阻，（电阻值的计算：R=U/I），测试值为工作电流。 问:太阳能电池板在阴天或日光灯下能产生电吗? 答:准确的说法是产生很小的电流.基本上可以说是忽略不计. 问:在白炽灯下或阳光下能产生多大电流? 答:在白炽灯下距离远近都是有差别的.同样阳光下上午,中午,下午,产生的电流也是不同的. 问:太阳能测试标准是什么?在白炽灯下多大灯泡多远距离测试算标准呢? 答:太阳能测试标准光照强度为:40000LUX,温度:25度.我们做过测试一般白炽灯100W, 距离0.5-1CM,这样测试和标准测试相差不大. 问:太阳能电池板寿命是多长时间? 答:一般封装方式不同使用寿命会不同,一般钢化玻璃/铝合金外框封装寿命20年以上. 环氧树脂封装15年以上. 问:为什么太阳能电池在太阳底下和出厂测试参数不同? 答: 99%工厂用流明计测出的是光通量的数值.但是实际上太阳能电池板是根据照度来 转换电能的，照度越强功率值越大 迅速增长的太阳能产业对太阳能电池及电池板测试有极为紧迫的需要。如今的解决方 案大体又有两种：一是全套专用的系统，二是利用现有标准化仪器及软件进行系统 集成。集成的方案能建造更低成本的测试系统，并可根据测试要求的变化修改测试系统。例如，如果您的测试要求更高精度或更宽电流范围，需要更换的就只是测试系统 中的个别仪器，而不是整个系统。此外，标准化的硬件和软件也可用于其它的测试系统。太阳能电池在研发、质量保证和生产中都需要测试。虽然对于不同的行业和应用，
(整理)薄膜太阳能电池种类
薄膜太阳能电池种类 为了寻找单晶硅电池的替代品，人们除开发了多晶硅，非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族化合物，硫化镉，碲化镉及铜锢硒薄膜电池等。 上述电池中，尽管硫化镉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。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。 砷化镓太阳能电池 GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙为1.4eV，正好为高吸收率太阳光的值，与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在250℃的条件下，光电转换性能仍很良好，其最高光电转换效率约30%，特别适合做高温聚光太阳电池。 砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同，砷化镓需要采用磊晶技术制造，这种磊晶圆的直径通常为4—6英寸，比硅晶圆的12英寸要小得多。 磊晶圆需要特殊的机台，同时砷化镓原材料成本高出硅很多，最终导致砷化镓成品IC成本比较高。磊晶目前有两种，一种是化学的MOCVD，一种是物理的MBE。 GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LPE技术，其中 MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错，反应压力，III-V比率，总流量等诸多参数的影响。GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。用GaAs作衬底的光电池效率高达29.5%(一般在19.5%左右) ，产品耐高温和辐射，但生产成本高，产量受限，目前主要作空间电源用。以硅片作衬底，MOCVD技术异质外延方法制造GaAs电池是降用低成本很有希望的方法。已研究的砷化镓系列太阳电池有单晶砷化镓，多晶砷化镓，镓铝砷--砷化镓异质结，金属-半导体砷化镓，金属--绝缘体--半导体砷化镓太阳电池等。 砷化镓材料的制备类似硅半导体材料的制备，有晶体生长法，直接拉制法，气相生长法，液相外延法等。由于镓比较稀缺，砷有毒，制造成本高，此种太阳电池的发展受到影响。除GaAs外，其它III-V化合物如Gasb，GaInP等电池材料也得到了开发。 1998年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的GaAs太阳能电池转换效率为 24.2%，为欧洲记录。首次制备的GaInP电池转换效率为14.7%。另外，该研
#什么是太阳能电池量子效率,如何测试
什么是太阳能电池量子效率,如何测试 请教大家,什么是太阳能电池量子效率啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池量子效率和太阳能电池光谱响应,太阳能电池IPCE有什么区别啊?spectral response, IPCE, Incident Photon to Charge Carrier Efficiency 太阳能电池这些特性如何测试啊? 什么是太阳能电池量子效率?如何测试啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池的量子效率是指太阳能电池的电荷载流子数目和照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率。因此，太阳能电池的量子效率和太阳能电池对照射在太阳能电池表面的各个波长的光的响应有关。太阳能电池的量子效率和光的波长或者能量有关。如果对于一定的波长，太阳能电池完全吸收了所有的光子，并且我们搜集到由此产生的少数载流子（例如，电子在P型材料上），那么太阳能电池在此波长的量子效率为1。对于能量低于能带隙的光子，太阳能电池的量子效率为0。理想中的太阳能电池的量子效率是一个正方形，也就是说，对于测试的各个波长的太阳能电池量子效率是一个常数。但是，绝大多数太阳能电池的量子效率会由于再结合效应而降低，这里的电荷载流子不能流到外部电路中。影响吸收能力的同样的太阳能电池结构，也会影响太阳能电池的量子效率。比如，太阳能电池前表面的变化会影响表面附近产生的载流子。并且，由于短波长的光是在非常接近太阳能电池表面的地方被吸收的，在前表面的相当多的再结合将会影响太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。类似的，长波长的光是被太阳能电池的主体吸收的，并且低扩散深度会影响太阳能电池主体对长波长光的吸收能力，从而降低太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。用稍微专业点的术语来说的话，综合器件的厚度和入射光子规范的数目来说，太阳能电池的量子效率可以被看作是太阳能电池对单一波长的光的吸收能力。 太阳能电池量子效率，有时也被叫做IPCE，也就是太阳能电池光电转换效率(Incident-Photon-to-electron Conversion Efficiency)。 太阳能电池（光伏材料）光谱响应测试、量子效率QE（Quantum Efficiency）测试、光电转换效率IPCE (Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency) 测试等。广义来说，就是测量光伏材料在不同波长光照条件下的光生电流、光导等。 测试原理 用强度可调的偏置光照射太阳能电池，模拟其不同的工作状态，同时测量太阳能电池在不同波长的单色光照射下产生的短路电流,从而得到太阳能电池的绝对光谱响应和量子效率。
太阳能电池分类知识总结
太阳能电池分类知识总结太阳能电池，也称为光伏电池，是将太阳光辐射能直接转换为电能的器件。由这种器件封装成太阳能电池组件，再按需要将一定数量的组件组合成一定功率的太阳电池方阵，经与储能装置、测量控制装置及直流—交流变换装置等相配套，即构成太阳电池发电系统，也称为光伏发电系统。更多资讯请关注光伏英才网，最权威专业的光伏人才招聘太阳能求职网。 太阳能光伏发电最核心的器件是太阳能电池。而太阳能电池的发展历史已经经过了160多年的漫长的发展历史。从总的发展来看，基础研究和技术进步都起到了积极推进的作用，至今为止，太阳能电池的基本结构和机理没有发生改变。 1.按结构分类：同质节太阳能电池、异质节太阳能电池、肖特基太阳能电池 2.按材料分类：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、有机化合物太阳能电池、敏化纳米晶太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池 3.按工作方式分类：平板太阳能电池、聚光太阳能电池、分光太阳能电池 第一代：单晶硅和多晶硅两种，大约占太阳能电池产品市场的89.9％。第一代太阳能电池基于硅晶片基础之上，主要采用单晶体硅、多晶体硅为材料。其中，单晶硅电池转换效率最高，可达到18－20％，但生产成本高。 第二代：薄膜太阳能电池，占太阳能电池产品市场的9.9%，第二代太阳能电池基于薄膜技术基础之上，主要采用非晶硅及氧化物等为材料。效率比第一代低，最高的的转化效率为13％，但生产成本最低。 第三代：铜铟硒（CIS）等化合物薄膜太阳能电池及薄膜Si系太阳能电池。主要
处于实验室生产状态，由于其的高效率，低成本而存在潜在庞大的经济效应。 1.硅太阳能电池可分为：单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池 单晶硅太阳能电池，是以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池，其转换效率最高，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热加工处理工艺基础上。 非晶硅薄膜太阳能电池所采用的硅为a-Si。其基本结构不是pn结而是pin结。掺硼形成p区，掺磷形成n区，i为非杂质或轻掺杂的本征层。 突出特点：材料和制造工艺成本低、制作工艺为低温工艺（100-300℃），耗能较低、易于形成大规模生产能力，生产可全流程自动化、品种多，用途广。 存在问题：光学带隙为1.7eV→对长波区域不敏感→转换效率低。光致衰退效
太阳能电池的种类特点及发展趋势
太阳能电池的种类特点及发展趋势一、种类 按照材料分类 硅太阳能电池：以硅为基体材料（单晶硅、多晶硅、非晶硅） 化合物半导体太阳能电池：由两种或两种以上的元素组成具 半导体特性的化合物半导体材料制成的太阳能电池(硫化镉、 砷化稼、碲化镉、硒铟铜、磷化铟) 有机半导体太阳能电池：用含有一定数量的碳－碳键且导电 能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的电池(分子 晶体、电荷转移络合物、高聚物) 单晶硅太阳电池 特点 硅系列太阳能电池中，单晶硅的光电转换效率最高，技术也最成熟，高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关成熟的加工工艺基础上。提高转换效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。单晶硅太阳能电池的转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍旧占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本据高不下，严重影响了其广泛应用。 单晶硅太阳能电池的特点是对于大于0.7μm的红外光也有一定的灵敏度。以p 型单晶硅为衬底，其上扩散n型杂质的太阳能电池与n型单晶硅为衬底的太阳能电池相比，其光谱特性的峰值更偏向左边（短波长一方）。它对从蓝到紫色的短波长（波长小于0.5μm）的光有较高的灵敏度，但其制法复杂，成本高，仅限于空间应用。此外，带状多晶硅太阳能电池的光谱特性也接近于单晶硅太阳能电池的光谱特性。 1. 铸造多晶硅 结晶形态分 单晶硅 多晶硅 非晶硅 高纯多晶硅 薄膜多晶硅 带状多晶硅 区熔单晶硅 直拉单晶硅
多晶硅太阳电池 特点 单晶硅太阳能电池的缺点是制造过程复杂，制造电池的能耗大。为解决这些问题，用浇铸法或晶带法制造的多晶硅太阳能电池的开发取得了进展。在1976年证明用多晶硅材料制作的太阳能电池的转换效率已超过10%，对大晶粒的电池，有报道效率可达20%。这种低成本的多晶硅太阳能电池已经大量生产，目前，它在太阳能电池工业中所占的分额也相当大。 但是多晶硅材料质量比单晶硅差，有许多 晶界存在，电池效率比单晶硅低； 晶向不一致，表面织构化困难。 单晶、多晶与非晶的区别 多晶：短程有序（团体有序），成百上千个原子尺度，通常是在微米的量级； 非晶：局部有序（个体有序），微观尺度，几个原子、分子尺度，一般只有十几埃至几十埃的范围； 单晶：长程有序（整体有序），宏观尺度，通常包含了整块固体材料。 尽管多晶硅材料由于存在晶粒间界而不利于太阳能电池转换效率的提高。但因为制备多晶硅材料比制备单晶硅材料要便宜得多，所以研究人员正致力于减少颗粒间界的影响以期得到低成本多晶硅太阳能电池。 发展趋势 晶硅太阳电池向薄片化方向发展 硅片减薄 硅片是晶硅电池成本构成中的主要部分。 降低硅片厚度是结构电池降低成本的重要 技术方向之一。 铸造多晶硅 结晶形态分 单晶硅 多晶硅 非晶硅 高纯多晶硅 薄膜多晶硅 带状多晶硅 区熔单晶硅 直拉单晶硅
太阳能电池板原理(DOC)
随着全球能源日趋紧张，太阳能成为新型能源得到了大力的开发，其中我们在生活中使用最多的就是太阳能电池了。太阳能电池是以半导体材料为主，利用光电材料吸收光能后发生光电转换，使它产生电流，那么太阳能电池的工作原理是怎么样的呢？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。当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子—空穴对。这样，光能就以产生电子—空穴对的形式转变为电能。 一、太阳能电池的物理基础 当太阳光照射ｐ－ｎ结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子——空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向型区，空穴被驱向Ｐ型区，从而使凡区有过剩的电子，Ｐ区有过剩的空穴。于是，就在ｐ－ｎ结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。 如果半导体内存在P—N结，则在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P—N结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。
制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。下面我们以硅太阳能电池为例，详细介绍太阳能电池的工作原理。 1、本征半导体 物质的导电性能决定于原子结构。导体一般为低价元素，它们的最外层电子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子，在外电场的作用下产生定向移动，形成电流。高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如橡胶），它们的最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子，所以导电性极差，成为绝缘体。常用的半导体材料硅（Si）和锗（Ge）均为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚的那么紧，因而其导电性介于二者之间。 将纯净的半导体经过一定的工艺过程制成单晶体，即为本征半导体。晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，相邻的原子形成共价键。
晶硅太阳能电池的特点和种类
晶体硅太阳能电池的种类及特点 太阳能电池已经有30多年的发展历史。目前世界各国研制的硅太阳能电池种类繁多，；主要系列有单晶、多晶、非晶硅几种。其中单晶硅太阳能电池占50％，多晶硅电池占20％、非晶占30％。我国光伏发电发展需解决的关键问题。太阳能光伏发电发展的瓶颈 是成本高。为此，需加大研发力度，集中在降低成本和提高效率的关键技术上有所突破，主要包括：a)晶体硅电池技术。降低太阳硅材料的制备成本：开发专门用于晶体硅太阳 能电池的硅材料，是生产高效和低成本太阳电池的基本条件；同时实现硅材料国产化和 提高性能，从产业链的源头，抓好降低成本工作。提高电池／组件转换效率：高效钝化 技术，高效陷光技术，选择性发射区，背表面场，细栅或者单面技术，封装材料的最佳 折射率等高效封装技术等。光伏技术的发展以薄膜电池为方向，高效率、高稳定性、低 成本是光伏电池发展的基本原则。 单晶硅在太阳能的有效利用当中，太阳能光电利用是近些年来发展最快，也是最具 活力的研究领域。而硅材料太阳能电池无疑是市场的主体，硅基(多晶硅、单晶硅)太阳 能电池占80％以上，每年全世界需消费硅材料3000t左右。生产太阳能电池用单晶硅， 虽然利润比较低，但是市场需求量大，供不应求，如果进行规模化生产，其利润仍然很 可观。目前，中国拟建和在建的太阳能电池生产线每年将需要680多吨的太阳能电池用 多晶硅和单晶硅材料，其中单晶硅400多吨，而且，需求量还以每年15％～20％的增长 率快速增长。硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池在实验室里最高的转换效率为23％，而规模生产的单晶硅太阳能电池，其效率为15％，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熟的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅 的电池工艺已近成熟，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 主要是靠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。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％。单晶硅具有完整的金刚石结构。通过掺杂得到n，P型单晶硅，进而制备出p／n结、二极管及晶体管，从而使硅材料有了真正的用途。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。 多晶硅众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但 目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳电池的光 电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的最大目标，从目前国际太阳电池的发展过 程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料(包括微晶硅基薄膜、化合 1
太阳能电池工作原理和应用
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
太阳能电池测试原理
太阳能电池测试原理 太阳电池的测量与太阳辐照度测量密切相关。地面上的太阳辐照每时每刻都在变化，这一变化不仅体现在总辐照度上，而且其内在的光谱辐照度细节也在不断的变化，这给最初的太阳电池测量带来了极大的困难。由于太阳电池是光谱选择性元件，其光电灵敏度随太阳光谱分布变化而变化，在总辐照度相同而光谱辐照度不同的光源下，太阳电池的电性能输出会有很大的不同。为了实现太阳电池测量量值的统一，国际电工委员会首先对标准太阳光谱辐照度进行了规定。所有地面用太阳电池的计量标准条件是采用AM1.5标准太阳光谱分布。 太阳电池的主要技术参数是太阳电池的光谱响应，短路电流和开路电压以及太阳电池的光电转换效率。作为太阳电池计量项目，通常进行如下两方面内容的测试工作：标准太阳电池在标准太阳光谱条件下的短路电流标定和在太阳模拟器下测量太阳电池的伏-安特性测量，进而计算出标准太阳光谱条件下太阳电池的光电转换效率。由于无法得到与标准AM1.5太阳光谱分布相一致的人工模拟光源，因此无法直接测量出太阳电池在标准太阳辐照条件下的短路电流。 太阳电池的I-V特性测量方法是，首先采用与被测太阳电池光谱响应相似的标准太阳电池来设定太阳模拟器的标准测试条件下的辐 照度，然后在太阳模拟器下测量被测太阳电池的I-V特性曲线。由于被测太阳电池与标准太阳电池的光谱响应相似，因此这种替代测量方
法可以克服掉由于太阳模拟器的光谱分布与标准AM1.5太阳光谱分布不匹配造成的光谱失配误差。 When you are old and grey and full of sleep, And nodding by the fire, take down this book, And slowly read, and dream of the soft look Your eyes had once, and of their shadows deep; How many loved your moments of glad grace, And loved your beauty with love false or true, But one man loved the pilgrim soul in you, And loved the sorrows of your changing face; And bending down beside the glowing bars, Murmur, a little sadly, how love fled And paced upon the mountains overhead And hid his face amid a crowd of stars. The furthest distance in the world Is not between life and death But when I stand in front of you Yet you don't know that I love you.
太阳能电池的基本原理
太阳能电池的基本原理 光-电直接转化是目前将太阳能转化为电能的最佳途径,它是将太阳辐射的光能直接转化为电能,实现这种转化的装置称为太阳能电池。太阳能电池具有清洁性和灵活性等优点,它可大到百万千瓦的中型电站,也可小到只供一家之需的电池组,这是其他电源很难做到的。本文举例介绍两类太阳能电池的基本结构及原理：无机硅太阳能电池和有机聚合物双层异质结太阳能电池。 一、硅太阳能电池 硅太阳能电池的基本结构如图1所示，它的核心结构是N型硅/P型硅构成的活性层。通过特殊工艺向硅晶体中掺入少量的三价硼(一般107个原子·cm-3～1019个原子·cm-3)就可以构成P(positive)型硅。未掺杂的硅晶体中，每个硅原子通过共价键与周围4个硅原子相连。掺入少量硼后，硼原子取代某些硅原子的位置，并且在这些硅原子的位置上也与周围4个硅原子形成共价键。因为硼原子只有3个价电子，与周围4个硅原子成键时缺少1个电子，它需要从硅晶体中获取1个电子才能形成稳定结构。结果，硼原子变成负离子，硅晶体中形成空穴(空穴带一个单位的正电荷)。如果向硅晶体中掺入少量五价磷或者砷就构成了N(negative)型硅，例如掺入磷(107个原子·cm-3～1019个原子·cm-3)。掺入的磷原子同样取代硅原子的位置，并与周围的4个硅原子形成共价键。因为磷原子有5个价电子，成键后剩下1个价电子，这个电子受到的束缚力比共价键上的电子小得多，很容易脱离磷原子，成为自由电子，结果该磷原子成为正离子。需要说明的是，P型和N型硅都是电中性的。 当把P型硅与N型硅通过一定方式结合在一起时，发生如图2所示的PN结形成过程。在N区(N型硅一侧)与P区(P型硅一侧)的交界面附近，N区的自由电子较多空穴较少，P区则是空穴较多自由电子较少，这样在P区和N区之间出现空穴和自由电子的浓度差。浓度差导致空穴从P区向N区扩散，自由电子从N区向P区扩散，二者在界面附近复合。P区界面附近带正电荷的空穴离开后，留下带负电荷的硼，因此形成1个负电荷区。同理，在N区界面附近出现1个正电荷区。通常把交界面附近的这种正、负电荷区域叫做空间电荷区。空间电荷区中的正、负电荷产生1个由N区指向P区的内建电场。在内建电场的作用下，空穴和电子发生漂移，方向与它们各自的扩散方向相反，即电子从P区漂移到N 区，空穴从N区漂移到P区。显然，内建电场同时又起着阻碍电子和空穴继续扩散的作用。随着扩散的进行，空间电荷逐渐增多，内建电场逐渐增强，空穴和电子的漂移也逐渐增强，但空穴和电子的扩散却逐渐变弱。无外界影响时，空穴和电子的扩散和漂移最终达到动态平衡。此时，空间电荷的数量一定，空间电荷区不再扩展，内建电场的大小就确定下来。 当具有一定能量的光子入射到PN结表面时，光子在硅表面及体内激发产生大量的电子-空穴对。由于入射光的强度因材料的吸收而不断衰减，因而沿着光照方向，材料内部电子-空穴对的浓度逐渐降低，这导致电子–空穴对向内部扩散。当电子-空穴对扩散到PN结边界时，在内建电场的作用下，空穴、电子被分别