太阳能电池介绍课件PPT

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1、第3章太阳能光伏电池何道清编制2011.12第3章太阳能光伏电池太阳能光伏电池——太阳能电能3.1太阳能光伏发电原理3.1.1半导体基础知识1.导体、绝缘体和半导体（1）自由电子与自由电子浓度物质由原子组成，原子由原子核和核外电子组成，电子受原子核的作用，按一定的轨道绕核高速运动。能在晶体中自由运动的电子，称为“自由电子”，它是导体导电的电荷粒子。自由电子浓度：单位体积中自由电子的数量，称为自由电子浓度，用n表示，它是决定物体导电能力的主要因素之一。（2）晶体中自由电子的运动由于晶体内原子的振动，自由电子在晶体中做杂乱

2、无章的运动。电流：导体中的自由电子在电场力作用下的定向运动形成电流。迁移率：在单位电场强度（1V/cm）下，定向运动的自由电子的“直线速度”，称为自由电子的迁移率，用表示，这也是决定物体导电能力的主要因素。电导率：表征物体导电能力的物理量，用表示,=en电阻：导体中的自由电子定向运动形成电流所受到的“阻力”，它也表征表征物体导电能力。导体的电阻特性用电阻率表示（=1/）。导体电阻3.1太阳能光伏发电原理3.1太阳能光伏发电原理（3）导体、绝缘体和半导体导体，导电能力强的物体，电阻率为10-9~l0-6cm

3、；绝缘体，不能导电或者导电能力微弱到可以忽略不计的物体，电阻率为108~l020cm；半导体，导电能力介于导体和绝缘体之间的物体，电阻率为10-5~l07cm。导电机理：金属导体导电是自由电子（n恒定）在电场力作用下的定向运动，电导率基本恒定；半导体导电是电子和空穴在电场力作用下的定向运动。电子和空穴的浓度随温度、杂质含量、光照等变化较大，影响其导电能力。3.1太阳能光伏发电原理2.硅的晶体结构（1）硅的原子结构硅(Si)原子，原子序数14，原子核外14个电子，绕核运动，分层排列：内层2个电子(满)，第二层8个电子

4、(满)，第三层4个电子(不满)，如图3-1所示。图3-1硅的原子结构及其原子能级3.1太阳能光伏发电原理（2）硅的晶体结构硅晶体中的硅原子在空间按面心立方晶格结构无限排列，长程有序。每个硅原子近邻有四个硅原子，每两个硅原子间有一对电子与这两个原子的原子核都有相互作用，称为共价键。基于共价键作用，是硅原子紧密地结合在一起，构成晶体。图3-2硅的晶胞结构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，

5、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。由许多小颗粒单晶杂乱无章地排列在一起的固体称为多晶体。非晶体没有上述特征，但仍保留了相互间的结合形式，如一个硅原子仍有四个共价键，短程看是有序的，长程无序，这样的材料称为非晶体，也叫做无定形材料。3.1太阳能光伏发电原理3.能级和能带图电子在原子中的轨道运动状态具有不同的能量—能级(E),单一的电子能级，分裂成能量非常接近但又

6、大小不同的许多电子能级，形成一个“能带”。图3-3单原子的电子能级对应的固体能带3.1太阳能光伏发电原理4.禁带、价带和导带电子只能在各能带内运动，能带之间的区域没有电子态,这个区域叫做“禁带”，用Eg表示。完全被电子填满的能带称为“满带”，最高的满带容纳价电子，称为“价带”,价带上面完全没有电子的称为“空带”。有的能带只有部分能级上有电子,一部分能级是空的。这种部分填充的能带,在外电场的作用下,可以产生电流。而没有被电子填满、处于最高满带上的一个能带称为“导带”。3.1太阳能光伏发电原理4.禁带、价带和导带(a)金属(b

7、)半导体(c)绝缘体图3-4金属、半导体、绝缘体的能带3.1太阳能光伏发电原理4.禁带、价带和导带图3-4晶体的能带3.1太阳能光伏发电原理4.禁带、价带和导带禁带宽度Eg价电子要从价带越过禁带跳跃到导带里去参与导电运动，必须从外界获得大于或等于Eg的附加能量，Eg的大小就是导带底部与价带顶部之间的能量差，称为“禁带宽度”或“带隙”表3-1半导体材料的禁带宽度材料SiGeGaAsCu(InGa)SeInPCdTeCdSEg/eV1.120.71.41.041.21.42.63.1太阳能光伏发电原理金属与半导体的区别：金属的

8、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