光伏电池与特性

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1、第二章光伏电池及其特性1.PrincipleofSolarCells2.硅型光伏电池的电特性3.光伏电池的外特性4.光伏电池性能的检测5.光伏电池的结构和分类2.1PrincipleofSolarCells2.1.1半导体的基础知识半导体—导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体—纯净的半导体。如硅、锗单晶体。掺杂半导体--photovoltaiccellsWhatareSemiconductors?入门导带性界于导体与绝缘体之间的材料中阶电阻系数约为10-3~108.cm的材料进阶能隙约在4eV以下之的材料能带理论（补充内容）E2E3E5E4E

2、6E7E10EE~k曲线的表达图式能带理论的基本要点量子力学计算表明,固体中若有N个原子,由于各原子间的相互作用,对应于原来孤立原子的每一个能级,变成了N条靠得很近的能级,称为能带。能带宽度E,量级为E～eV，若N~1023,两能级的间距约10-23eV。越是外层电子，E越大。点阵间距越小，E越大。两个能带有可能重叠。Li原子电子构型是1s22s12s1s能量2s带半充满（导带）1s带全满（满带）Li能带示意图禁带能带中的电子分布满带：能带中所有能级（轨道）均有电子占据，为由充满电子的原子轨道能级所形成的低能量能带。空带：能带中所有能级（轨道）均

3、无电子占据。禁带：不允许有电子占据的能量范围。禁带宽度（满带与空带的能量间隔）称为带隙。能带中的电子分布价带：依据轨道能量高低顺序填充电子时，最后由价电子填充的（轨道）能带称为价带。导带：部分被价电子（可自由移动）占据的能带可称为导带。导带可以是由未充满电子的原子轨道组合而成的能带（价带），或（与满带重叠或能量相近）空带。导体、半导体和绝缘体导体价电子能带是半满的(如Li,Na)，或价电子能带是全满但有空的能带(Be,Mg)，而且两个能带能量间隔很小，彼此发生部分重叠。Eg导体、半导体和绝缘体导体金属钠金属镁导体、半导体和绝缘体绝缘体价电子都在满带，导

4、带是空的，而且满带顶与导带底之间的能量间隔（即禁带宽度）大。在外电场作用下，满带中的电子不能越过禁带跃迁到导带中，故不能导电。Eg禁带宽度≥5eV导体、半导体和绝缘体半导体满带被电子充满，导带是空的，便禁带宽度很窄。由于禁带宽度小，因此当光照或在外电场作用下，使满带上的电子，很容易跃迁到导带上，使原来空的导带充填电子，同时在满带上留下空穴。Eg禁带宽度≤3eVElementsemiconductor（元素半导体）Compoundsemiconductor（化合物半导体）Intrinsicsemiconductor（本征半导体）Extrinsicsem

5、iconductor（掺杂半导体）Directsemiconductor（直接半导体）Indirectsemiconductor（间接半导体）Degeneratesemiconductor（简并半导体）Non-degeneratesemiconductor（非简并半导体）Compensatedsemiconductor（补偿半导体）Non-compensatedsemiconductor（非补偿半导体）（1）Intrinsicsemiconductor完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。硅（锗）的原子结构Si284Ge28184简化模型+4

6、惯性核价电子(a)Diamondlattice.(b)Zincblendelattice.CovalenceBondsAtetrahedronbond(a)3-D.(b)2-D共价键共用电子对+4表示除去价电子后的原子本征激发Formationofintrinsiccarriers在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位（空穴）的过程。复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。漂移：自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。结论:1.本征半导体的电子空穴成对出现,且数量少；2.半导体中有电子和空穴两

7、种载流子参与导电；3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关。本征激发的特点（2）ExtrinsicSemiconductor在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。SiPSiSi硅原子磷原子多余电子自由电子浓度大于空穴浓度——多数载流子（多子）N型半導體+N型硅表示P-typeSemiconductor(P型半導體)空穴硼原子P型硅表示SiSiSiB硅原子空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动。N型半导体和P型半导体N型+5+4+4+4+4+4磷原子自由电子电子数>空穴数电子为多

8、数载流子(多子)空穴为少数载流子(少子)载流子数=电子数+空穴数电子数P型+3