太阳能电池的发电原理

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1、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

2、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..PN结－＋－N型＋－＋＋－＋N区－＋－－－－－－－PN结合电势＋－＋＋＋＋＋＋＋－＋－P区＋－＋－＋－P型(2)太阳能电池种类空间用单晶硅电池转换效率:17%民用结晶类多晶硅电池转换效率:14%民用硅半导体转换效率:6-7%民用非晶类非晶硅电池太阳能电池3-5族化合物转换效率:24%空间用电池化合物半2-6族化合物民用转换效率:10%导体电池1-3-6族化合转换效率:8%物电池※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

3、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

4、)多晶硅太阳能电池的制造方法将经过还原后的金属硅原料注入铸造炉内,同基片厚度(220微米)时注入硅烷气体在高温熔化的同时进行化学反铸造2工艺高温冶炼冷却成锭破锭(150mm155mm)切片(线切割)(1400度以上)PN结合(正面N极,反通过电极,汇集电面P极)减反膜形成芯片工艺N极烧结电极印刷(正反芯片串,并联,形成设计需要玻璃(防冲的电流(一片芯片的电压05V)封EVA(缓冲)装芯片(发电)工艺EVA(缓冲)背垫(防湿)组配叠片层压模拟光源,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

5、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1000ｗ/㎡、分光分布AM1.5的模拟光源条件下的测试为标准测试状态.AM1AM1.5(标准测定状态)大气层θ=90度地面θ＝41.8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)

6、】短路电流Iｓｃ最大输出(PM):最大输出电压(Vpm)最大输出电流(Ipm)最佳动作点开路电压(Voc):开路状态的太阳能电池端子间的电压最大输出最佳输出动作电流短路电流(Isc):太阳能电池端子间的短路电流电流Ipm最大输出电压(Vｐｍ):最大输出状态时的动作电压最大输出动作电压Vｐｍ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/㎡0度600W/㎡电流电流25度400W/㎡50度75度电压电压【日照强度—最大输出特性】【温度-最大输出特性】120120最10

7、0100最大8080大输6060输出4040出%2020%0020040060080010001200-250255075100日照强度(W/㎡)温度(度)●太阳能电池的短路电流和日照强度成正●太阳能电池的输出随着池片的表面温度比上升而下降,●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●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从太阳能发电系统排放的二氧化碳,即使是考虑其生产NOｘSOｘ过程的排放量,也绝对少于传统的燃料发电设备,是防Co2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

8、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石油替代