太阳能光电转换 西安交通大学PPT.pptx

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1、可再生能源转化与利用任课教师：李明涛，赵亮2015.11.20第四章太阳能光电转换第1节概论第2节光电转换的理论基础第3节太阳能电池的基本特性第4节几种典型的太阳能电池第5节太阳能光伏系统什么是太阳能光电转换？太阳能光电转换是直接将太阳能转换为电能，实现转换的主要部件是太阳能电池。太阳能电池也称光伏电池，它没有任何运动的机械部件，在能量转换中具有重要的地位，被认为是“最优雅的能量转换器”。太阳能电池的发展历程1839年法国科学家贝克勒尔发现“光生伏打效应”。1883年CharlesFritts在锗半导体上覆上金层形成半导体异质结，成功制备第一块太阳能电池，效率只有1%19

2、54年美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳能电池，效率6%，为光伏发电大规模应用奠定了基础；同年，首次发现了砷化镓有光伏效应，制成了第一块薄膜太阳电池。1958年太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。1958年我国开始了太阳能电池的研制工作，1971年首次发射了用太阳能电池作为电池的人造卫星。1959年第一个多晶硅太阳电池问世，效率达5%。1978年美国建成100kWp太阳地面光伏电站。太阳能电池的发展历程1980年单晶硅太阳电池效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。1990年德国提出“2000个光伏屋顶计划”，每个

3、家庭的屋顶装3~5kWp光伏电池。1997年日本“新阳光计划”提出到2010年生产43亿Wp光伏电池。100万户，每户安装3~5kWp。1998年单晶硅光伏电池效率达25%。荷兰政府提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划”，到2020年完成。2010年，商业化单晶硅太阳能电池效率为18.3%，多晶硅15.8%2010年，晶体硅电池的价格下降到2＄/Wp，电价达到11￠kWh；预计2020年晶体硅电池价格下降到1＄/Wp，电价达到5.3￠kWh，达到与其他发电方式相当的水平。太阳能电池的利用情况日本、欧洲、美国一直是发展和利用太阳能电池的主要国家和地区。世界太阳能电池历年产量峰值

4、（单位：MW）太阳能电池的利用情况新千年开始，世界其他国家和地区的太阳能电池产业发展速度明显加快了。年份区域200220032004200520062007中国1010502004001088欧洲135193.43144706571062日本251363.9602833928920美国120103.2140154202266.1其他5583.81393387131751.9总计561744.311951795250040002002-2007年世界太阳能电池产量峰值（单位：MW）第四章太阳能光电转换第1节概论第2节光电转换的理论基础第3节太阳能电池的基本特性第4节几种典型

5、的太阳能电池第5节太阳能光伏系统光生伏特效应光生伏特效应是太阳能光电转换的基本过程。太阳光是由光子组成的，光子的能量和太阳光谱的波长相对应。光照射到太阳能电池板上，可以被反射、吸收或者透射，其中被吸收的光子就可以产生电能。本节内容：◆半导体的内部结构和导电性◆半导体禁带宽度和光学特性◆半导体的掺杂特性◆p-n结◆太阳能电池的工作原理半导体室温下电阻率处于10-3~109Ω·cm范围内的材料，其电子激发能隙处在0到大约3ev之间。或者说导电性介于金属和绝缘体之间的一种材料。元素半导体—Si、Ge、Te等化合物半导体—GaN、GaAs、InP、CdS、CdTe、PbS等合金半

6、导体—Si1-xGex、AlxGa1-xAs等有机半导体—分子晶体、有机络合物、高分子材料金属电阻率：10-8Ω·m绝缘体电阻率：1014~1020Ω·m半导体电阻率：10-4~107Ω·m半导体一些重要特性，主要包括：温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降.如室温附近的纯硅(Si)，温度每增加8℃，电阻率相应地降低50%左右.微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力.以纯硅中每100万个硅原子掺进一个Ⅴ族杂质（比如磷）为例，这时硅的纯度仍高达99.9999%，但电阻率在室温下却由大约214,000Ωcm降至0.2Ωcm以下.适当波长的光照可以改变半导体的导电能力.如在

7、绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜，无光照时的暗电阻为几十MΩ，当受光照后电阻值可以下降为几十KΩ.此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变半导体的内部结构和导电性半导体的导电能力介于导体和非导体之间，其依靠电子-空穴对导电，导电性能非常独特。这些独特的导电性是由其内部的微观物质结构所决定的。下面以半导体硅为例来进行介绍。独特不同温度不同强度的光加入微量杂质导电能力相差很大半导体的内部结构和导电性硅原子有14个电子，其最外层有4个电子，称为价电子，在光生伏特效应中起重要作用。硅的原子结构示意图价电子原子核半导体的内