太阳电池理论基础知识培训 盛健.ppt

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1、太阳电池基础知识培训盛健2010.5.11第一章:太阳电池发展简介第二章:太阳光第三章:半导体物理基础第四章:P-N结第五章:电池重要参数Confidential第一章:太阳电池发展简介1.1太阳电池发展概况1839年,法国科学家Becquerel首先报导了太阳电池的光伏效应;1876年,在硒的全固态系统中也观察到了光伏效应现象;1954年,出现了第一块硅太阳电池(6%Bellab),标志太阳电池研制工作的重大进展;1958年,太阳电池首次在空间应用,装备美国先锋1号卫星;1959年,第一个多晶硅太阳电

2、池问世,效率达5%;1960年,硅太阳电池首次实现并网运行;1975年,非晶硅太阳电池问世;1998年,单晶硅光伏电池效率达24.7%,多晶硅太阳电池产量第一次超过单晶硅太阳电池而成为世界光伏电池之王;1999年,日本太阳电池总产量第一次超过美国而居世界之首,其中85%用于太阳能光伏建筑集成。ConfidentialConfidential单晶硅太阳能电池转换效率的发展过程第二章:太阳光2.1阳光的物理来源2.2太阳光的属性2.3大气层对太阳辐射的影响Confidential2.1阳光的物理来源太阳是距

3、离地球最近的一颗恒星.日地距离为1.49597892x108Km.太阳直径为1.392x106Km,是地球的109倍;体积比地球大130多万倍.太阳平均密度为1.4g/cm3,即比水的密度大50%,太阳内部密度约160g/cm3,因此日心引力比地心引力大29倍左右.太阳的物质组成:就质量而言,H78.4%;He19.8%;金属和其他元素,总计占1.8%.Confidential2.2太阳光的属性Confidential我们所见到的太阳光只是太阳光入射在地球上很少一部分太阳辐射能的来源—电磁辐射太阳光是一

4、种电磁波,具有波粒二相性光子能量计算2.3大气层对太阳辐射的影响Confidential地球大气层对太阳辐射的影响大气层的吸收、散射和反射对太阳辐射有削弱作用；一些特定波长的吸收、散射会改变太阳光谱；散射或间接成份的传入对太阳辐射的影响；大气的局部变化(水汽、云、环境污染物)会对太阳光的入射功率、光谱以及入射方向有附加的影响；2.3大气层对太阳辐射的影响Confidential大气质量,大气层对太阳光线通过大气程路程对到达地球表面的太阳辐射的影响AM0—地球大气层外的太阳辐射AM1—穿过1个大气层的太阳

5、辐射（太阳入射角为0）AM1.5—太阳入射角为48°的太阳辐射第三章:半导体物理基础3.1基础材料理论3.1.1半导体材料3.1.2能带3.1.3掺杂3.2光吸收特性3.2.1光吸收条件3.2.2光吸收系数3.2.3光吸收深度3.2.4光吸收率Confidential3.3复合3.3.1复合类型3.3.2少子寿命3.3.3扩散长度3.3.4表面复合3.4载流子输运3.4.1扩散3.4.2漂移3.1.1半导体材料何为半导体?导体?绝缘体?半导体分类?半导体可以是元素，如硅（Si）和锗（Ge），也可以是化合

6、物，如硫化镉（CdS）和砷化镓（GaAs），还可以是合金，如GaxAL1-xAs，其中x为0-1之间的任意数。许多有机化合物，如蒽也是半导体。IV族元素III-V族化合物II-VI族化合物Confidential半导体与导体区别半导体的电阻率较大（约10-5ρ107m），而金属的电阻率则很小（约10-810-6m），绝缘体的电阻率则很大（约ρ108m）。半导体的电阻率对温度的反应灵敏,金属的电阻率随温度的变化则较小金属中含有少量杂质时，看不出电阻率有多大的变化，但在半导体里掺入微量的

7、杂质时，却可以引起电阻率很大的变化3.1基础材料理论ConfidentialSchematicrepresentationofcovalentbondsinasiliconcrystallattice.对于太阳能电池最重要的半导体材料参数:禁带宽度;可用于导电的自由载流子数量当光照射时自由载流子的产生和复合速率选择硅作为广泛应用的太阳能电池材料地壳中的储量比较大禁带宽度相对比较适合高纯硅制备技术成熟3.1.2能带导带?禁带?价带?硅禁带宽度1.12eV导电需要的条件?(可演示)电子在很小的电场作用下就能

8、移动到离允许带少许上方的另一个能级，成为自由电子，而使电导率变得很大，这种物质称为导体。所谓半导体，即是天然具有和绝缘体一样的能带结构，但禁带宽度较小电子在一定的条件下可以从价带激发进入导带的物质。所谓绝缘体,是指禁带宽度太大或者电子无法从价带激发进入导带的物质Confidential3.1.3掺杂施主掺杂N型半导体定义?多子？少子？（演示）受主掺杂P型半导体定义?多子？少子？（演示）本征半导体定义?本征载流子浓度?电子热激发产生的载流