太阳能电池的种类和原理.doc

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1、太阳能电池的种类和原理倪斌厦门大学物理与机电工程学院（厦门汉青信息技术有限公司）王亚军副教授厦门大学物理与机电工程学院贾迎春陈艳玲周珍富郭捷基金项目：1.福建省产学合作重大项目（2011H6025）、2.福建省科技重点项目（2012H0039）、3.福建省产学合作重大项目（2013H6024）.导师简介：王亚军（1969-），男，浙江慈溪人，副教授，硕士研究生导师，主要从事新能源、半导体照明方面的研究.作者简介：倪斌（1982-），男，福建厦门人，硕士研究生，主要从事柔性太阳能电池方面的研究.1、半导体世界上的物体如

2、果以导电的性能来区分，有的容易导电，有的不容易导电。容易导电的称为导体，如金、银、铜、铝、铅、锡等各种金属；不容易导电的物体称为绝缘体，常见的有玻璃、橡胶、塑料、石英等等；导电性能介于这两者之间的物体称为半导体，主要有锗、硅、砷化镓、硫化镉等等。众所周知，原子是由原子核及其周围的电子构成的，一些电子脱离原子核的束缚，能够自由运动时，称为自由电子。金属之所以容易导电，是因为在金属体内有大量能够自由运动的电子，在电场的作用下，这些电子有规则地沿着电场的相反方向流动，形成了电流。自由电子的数量越多，或者它们在电场的作用下有

3、规则流动的平均速度越高，电流就越大。电子流动运载的是电量，我们把这种运载电量的粒子，称为载流子。在常温下，绝缘体内仅有极少量的自由电子，因此对外不呈现导电性。半导体内有少量的自由电子，在一些特定条件下才能导电。半导体可以是元素，如硅（Si）和锗（Ge），也可以是化合物，如硫化镉（OCLS）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。半导体的电阻率较大（约10-5ρ107m），而金属的电阻率则很小（约10-810-6m），绝缘体的

4、电阻率则很大（约ρ108m）。半导体的电阻率对温度的反应灵敏，例如锗的温度从200C升高到300C，电阻率就要降低一半左右。金属的电阻率随温度的变化则较小，例如铜的温度每升高1000C，ρ增加40%左右。电阻率受杂质的影响显著。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杂质时，却可以引起电阻率很大的变化，例如在纯硅中掺入百万分之一的硼，硅的电阻率就从2.14103m减小到0.004m左右。金属的电阻率不受光照影响，但是半导体的电阻率在适当的光线照射下可以发生显著的变化。2、

5、太阳能电池的发电原理太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应。这也是“光伏”的由来，因此太阳能电池也称作光伏电池。所谓光生伏打效应就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，产生电子--空穴对，在半导体内部P-N结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内部电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，结果使n区储存了过剩的电子，p区有过剩的空穴。它们在p-n结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，

6、还使p区带正电，n区带负电，在n区和p区之间的薄层就产生电动势，这就是光生伏特效应。当把能量加到纯硅中时（比如以热的形式），它会导致几个电子脱离其共价键并离开原子。每有一个电子离开，就会留下一个空穴。然后，这些电子会在晶格周围四处游荡，寻找另一个空穴来安身。这些电子被称为自由载流子，它们可以运载电流。图1-2P-N结       这个电场相当于一个二极管，允许（甚至推动）电子从p侧流向n侧，而不是相反。 当光以光子的形式撞击太阳能电池时，其能量会使电子空穴对释放出来。  每个携带足够能量的光子通常会正好释放一个电子，

7、从而产生一个自由的空穴。如果这发生在离电场足够近的位置，或者自由电子和自由空穴正好在它的影响范围之内，则电场会将电子送到N侧，将空穴送到P侧。这会导致电中性进一步被破坏，如果我们提供一个外部电流通路，则电子会经过该通路，流向它们的原始侧（P侧），在那里与电场发送的空穴合并，并在流动的过程中做功。图1-3光生伏打效应3、太阳能电池的种类太阳能电池按形态可分为刚性太阳能电池和柔性太阳能电池；按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形；按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜

8、形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、ⅢV族(GaAs,InP等)、ⅡⅥ族(Cds系)和磷化锌(Zn3p2)等；太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电