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《光伏产品工艺教学课件作者张存彪绪论课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、绪 论本书以光伏电池组件的生产过程为导向,把整个生产工艺流程融入教学过程中,具有情景真实性、过程可操作性的特点。1.光伏电池的发电原理光伏电池在没有光照时,其特性可视为一个二极管,在没有光照时其正向偏压U与通过电流I的关系式为图0-1 半导体能带图图0-2 光伏电池的理论模型图0-3 理想光伏电池电路模型2.影响光伏电池发电的因素(1)标准测试条件1)光源辐照度:1000W/m2。2)测试温度:(25±20)℃。3)AM1.5地面太阳光谱辐照度分布。(2)光伏电池的等效电路1)理想光伏电池的等效电路(见图0-4)。相当于一个电流为Iph的
2、恒流电源与一只正向二极管并联,流过二极管的正向电流称为暗电流Id,流过负载的电流为I,负载两端的电压为U。2)实际光伏电池的等效电路(见图0-5)。由于漏电流等产生的旁路电阻Rsh,体电阻和电极的电阻产生的串联电阻Rs在Rsh两端的电压为图0-4 理想的光伏电池等效电路图0-5 实际的光伏电池等效电路Uj=(U+Irs)=Iph-Ioo[exp(qUj/A0kT)-1]在负载短路时,即Uj=0(忽略串联电阻),便得到短路电流,其值恰好与光电流相等,即=Isc-Ioo[exp(qUj/A0kT)-1]当负载R→∞时,输出电流→0,便得到开路电
3、压Uoc,其值由下式确定:图0-6 不同辐照度下电池的伏安特性曲线3)伏安特性曲线(见图0-6)。受光照的光伏电池,在一定的温度和辐照度以及不同的外电路负载下,流入负载的电流I和电池端电压U的关系曲线称为伏安特性曲线。4)开路电压。在一定的温度和辐照度条件下,光伏发电器在空载(开路)情况下的端电压称为开路电压,通常用Uoc来表示。光伏电池的开路电压与电池面积大小无关,通常单晶硅光伏电池的开路电压约为450~600mV,光伏电池的开路电压与入射光谱辐照度的对数成正比。5)短路电流。在一定的温度和辐照条件下,光伏发电器在端电压为零时的输出电流称
4、为短路电流,通常用Isc来表示。Isc与光伏电池的面积大小有关,面积越大,Isc越大。一般1cm2的光伏电池Isc值约为16~30mA。Isc与入射光的辐照度成正比。6)最大功率点。在光伏电池伏安特性曲线上对应最大功率的点称为最大功率点,又称最佳工作点。7)最佳工作电压。光伏电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电压称为最佳工作电压,通常用Um表示。8)最佳工作电流。光伏电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电流称为最佳工作电流,通常用Im表示。9)转换效率。受光照光伏电池的最大功率与入射到该光伏电池上的全部辐射功率的百分比称为转换效率,通常用
5、η表示。η=UmIm/AtPin(0-6)10)填充因子(曲线因子)。光伏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=ImUm/IscUoc(0-7)11)电流温度系数。在规定的试验条件下,被测光伏电池温度每变化1K,光伏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,有α=0.1%/K12)电压温度系数。在规定的试验条件下,被测光伏电池温度每变化1K,光伏电池开路电压的变化值,通常用β表示。对于一般晶体硅电池,有β=-0.38%/K图0-7 常规光伏电池简单装置1839年,法国的Becquerel第
6、一次在化学电池中观察到光伏效应。1876年,在固态硒(Se)的系统中也观察到了光伏效应,随后开发出Se/CuO光电池。有关硅光电池的报道出现于1941年。贝尔实验室Chapin等人于1954年开发出效率为6%的单晶硅光电池,现代硅光伏电池时代从此开始。硅光伏电池于1958年首先在航天器上得到应用。在随后的10多年里,硅光伏电池在空间应用不断扩大,工艺不断改进,电池设计逐步定型。这是硅光伏电池发展的第一个时期。第二个时期开始于20世纪70年代初,在这个时期,背表面场、细栅金属化、浅结表面扩散和表面织构化开始引入到电池的制造工艺中,光伏电池转换
7、效率有了较大提高。与此同时,硅光伏电池开始在地面应用,而且不断扩大,到20世纪70年代末地面用光伏电池产量已经超过空间电池产量,并促使成本不断降低。20世纪80年代初,硅光伏电池进入快速发展的第三个时期。这个时期的主要特征是把表面钝化技术、降低接触复合效应、后处理提高载流子寿命、改进陷光效应引入到电池的制造工艺中。以各种高效电池为代表,电池效率大幅度提高,商业化生产成本进一步降低,应用不断扩大。在太阳电池的整个发展历程中,先后出现过各种不同结构的电池,如肖特基(Ms)电池,MIS电池,MINP电池;异质结电池(如ITO(n)/Si(p),a
8、-Si/c-Si,Ge/Si)等,其中同质PN结电池结构自始至终占主导地位,其他结构对太阳电池的发展也有重要影响。1.地面应用推动各种新型电池的出现和发展晶硅电池在20世纪70年
