2008新能源发电技术2_太阳能光伏发电技术3

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1、NorthChinaElectricPowerUniversity13-Jun-21李广凯Email:lgk@ncepu.edu.cn新能源发电技术第2章(3)电力工程系DepartmentofElectricalEngineering2.2太阳能电池工作原理2.2.3同质结太阳能电池(11)等效电路、输出功率和填充因数等效电路太阳能电池的理想状态等效电路理想状态：只有ISC和Id2.2.3同质结太阳能电池(12)等效电路、输出功率和填充因数等效电路太阳能电池的实际状态等效电路非理想状态：并联一个旁路电流支路等效电路2.2.3同

2、质结太阳能电池(13)等效电路、输出功率和填充因数输出功率:流进负载的电流为I，负载端电压为U2.2.3同质结太阳能电池(14)等效电路、输出功率和填充因数输出功率:流进负载的电流为I，负载端电压为U太阳能电池的负载特性曲线（输出特性）MImUmAUocIscO2.2.3同质结太阳能电池(15)等效电路、输出功率和填充因数输出功率:流进负载的电流为I，负载端电压为UPm=ImUm：最大输出功率M点：太阳能电池的最佳工作点或最大功率点Im：最佳工作电流Um：最佳工作电压Rm:最佳负载电阻填充因数(FF)最大输出功率与（Uoc×Is

3、c）之比四边形OImMUm与四边形OIscAUoc面积之比填充因数表征太阳能电池的优劣，一定光谱幅照度下，FF愈大，曲线愈方，输出功率愈高。2.2.3同质结太阳能电池(16)等效电路、输出功率和填充因数填充因数(FF)的相关因素入射光谱辐照度反向饱和电流I0A因子串连电阻Rs并联电阻Rsh2.2.3同质结太阳能电池(17)太阳能电池的效率效率定义：太阳能电池受光照射时，输出电功率与入射光功率之比η称为太阳能电池的效率，也称光电转换效率。At太阳能电池总面积Aa有效面积Pin单位面积入射光功率随温度升高太阳能电池效率下降2.2.3

4、同质结太阳能电池(18)太阳能电池的效率硅太阳能电池的效率分析美国普林斯理论效率：21.7%1970年代华尔夫20-22％(AM0光),后25％(AM1.0光)2.2.3同质结太阳能电池(19)1光的反射损失2光的透射损失3光的产生性损失4N+区产生7N+区前表面复合8N+区复合5空间电荷区产生9空间电荷区复合6P区产生10P区复合11P区背表面复合2.2.3同质结太阳能电池(20)12势垒高度损失13结中产生声子或微等离子效应14正向结电流15少子复合17并联电阻损耗16串联电阻损失18输出电能2.2.3同质结太阳能电池(21

5、)主要的损失指标反射损失3%长波损失：波长大于1.1µm(hνEg激发出光生载流子多余能量损失，43%光生空穴电子对在各区复合。16%光生载流子被P-N结分离时，产生结区损失26.3%串并联电阻损失，3%在最佳负载上得到的电功率，25%2.2.3同质结太阳能电池(22)影响效率的因素和提高效率的途径提高太阳能电池的效率要提高：Uoc,Isc和FF主要的影响因素有：基片材料、暗电流、高掺杂效应及串并联电阻的影响暗电流P-N节正向电流JD包括注入电流、复合电流和隧穿电流隧穿电流与温度无关对于宽禁带材料

6、或在低温、低光谱辐照度时，注入电流的影响大对于窄禁带材料或在高温、高光谱幅照度时，复合电流更重要2.2.3同质结太阳能电池(23)影响效率的因素和提高效率的途径暗电流一般太阳能电池的暗电流JD=J0(eqU/AkT-1)曲线因子A与工艺有关,品质优良的电池中A=1,劣质的电池中可能会A2减小A因子办法:(1)减小空间电荷区的复合能级(2)抑制高掺杂效应(3)增加各区少子寿命(4)加强漂移场，减少表面复合等2.2.3同质结太阳能电池(24)影响效率的因素和提高效率的途径高掺杂效应硅中杂质浓度高于1018/cm3高掺杂引起禁带收缩

7、，杂质不能全部电离和少子寿命下降等叫高掺杂效应2.2.3同质结太阳能电池(25)影响效率的因素和提高效率的途径提高效率的途径紫光电池：克服死层，提高蓝紫光响应绒面电池：减少反射损失,增加光生载流子量；增加P-N结面积背表面的光子反射层：发射到达底面的红光优质减反射膜的选择退火和吸杂：提高少子寿命正面高低结太阳能电池：附加结理想化的太阳能电池模型：希望25%的效率2.2.3同质结太阳能电池(26)太阳能电池的辐射损伤和耐辐射特性辐射环境地球磁场俘获的带电粒子，电子和质子太阳耀斑质子银河宇宙射线辐射损伤半导体受到高能粒子辐照后产生缺

8、陷的情况对材料减少了少子寿命对太阳能电池减少基区寿命耐辐照性能N-P电池优于P-N电池基体电阻率10cm电池优于2cm电池薄电池优于厚电池非背场电池优于背场电池2.2.3同质结太阳能电池(27)太阳能电池的辐射损伤和耐辐射特性相对损伤系数定义：某种类型与能量