《清洁能源概论》太阳能光伏发电ppt课件.ppt

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1、太阳能电池的基本原理太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”。1太阳能电池的物理基础本征半导体和掺杂半导体电子和空穴的输运P-N结的光伏效应太阳能电池的工作原理21.固体的能带理论能带理论是解释金属内部结构的一种理论。能级（EnegyLevel）：在孤立原子中，原子核外的电子按照一定的壳层排列，每一壳层容纳一定数量的电子。每个壳层上的电子具有分立的能量值，也就是电子按能级分布。一、太阳

2、能电池的物理基础31.固体的能带理论电子的共有化运动：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，这种现象称为电子的共有化运动。一、太阳能电池的物理基础41.固体的能带理论能带（EnegyBand）：电子的共有化运动使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。每一条能带有许多极其相近的能级组成。一、太阳能电池的物理

3、基础51.固体的能带理论禁带（ForbiddenBand）：能带允许被电子占据的称为允带，允带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。一、太阳能电池的物理基础61.固体的能带理论原子壳层中的内层允带总是被电子先占满，然后再占据能量更高的外面一层的允带。被电子占满的允带称为满带或者价带。每一个能级上都没有电子的能带称为空带。未被电子填满的能带或者空带称为导带。一、太阳能电池的物理基础71.固体的能带理论实际晶体的能带和孤立原子能级间的关系非常复杂。有时，两个分立的能级会相互交杂，或变为互相叠

4、合的能带而禁带消失；或分裂为另外两组能带。这种过程称为轨道的杂化。硅原子的导带和价带就是轨道杂化而成。一、太阳能电池的物理基础82.导体、绝缘体和半导体导体：导体的导带和价带相邻或者重叠，禁带消失。价带中的电子在电场作用下可以自由地进入导带，表现为良好的导电能力。一、太阳能电池的物理基础92.导体、绝缘体和半导体绝缘体：绝缘体的导带和价带之间的禁带很宽，Eg达5～7eV(1eV为1.602×10-19J或96.48kJ·mol-1)，导带几乎是空的，若电场既不能使位于价带的电子移动，也不能使其跃

5、迁到导带，因此不能导电。一、太阳能电池的物理基础102.导体、绝缘体和半导体半导体：半导体的导带和价带之间禁带的宽度较小，一般Eg≤3eV。在一定能量（例如外电场）的激发下，价带中的电子总会被激发到空带中，使之成为导带，而在价带中留下空穴。半导体就是利用这种方式传导电流的。一、太阳能电池的物理基础111.本征半导体由同一种原子组成的半导体称元素半导体，两种以上原子组成的半导体称化合物半导体。完全纯净和结构完整的半导体为本征半导体，是共价键晶体。二、本征半导体和掺杂半导体121.本征半导体二、本征

6、半导体和掺杂半导体以硅为例，如图中每个硅原子最外层有四个价电子，这些价电子的轨道通过适当的杂化，恰好与最近邻的四个硅原于形成四面体型共价键结构。当共价键中的电子因热、光、电场等因素的作用获得足够的能量时，能够克服共价键的束缚从价带跃迁到导带而成为自由电子。131.本征半导体二、本征半导体和掺杂半导体这时在原来的共价键位置上就留下一个空位，而周围近邻键上的电子随时可能跳过来填补这个空位，因而使空位又转移到了邻近的键上去，这种可移动的空位称为空穴。141.本征半导体二、本征半导体和掺杂半导体半导体就

7、是这样靠着电子和空穴的移动来导电的，所以电子（电子浓度n）和空穴（空穴浓度p）皆为半导体的载流子。本征载流子浓度随温度升高而增加，随禁带宽度的增加而减小。152.掺杂半导体二、本征半导体和掺杂半导体根据需要在本征半导体中掺入其它杂质以后就得到掺杂半导体。162.掺杂半导体二、本征半导体和掺杂半导体在晶体硅中加进Ⅴ族元素磷后，磷原子除了拿出4个价电子和周围最邻近的4个硅原子组成共价键外，还多余一个价电子，使磷原子电离成正离子。172.掺杂半导体二、本征半导体和掺杂半导体只要很小的能量，就可以使多余

8、的价电子跳到导带上，因此，其禁带要比纯硅晶体窄得多。掺杂硅中的磷元素全部电离时可提供同等数量的导电电子。这种提供电子的杂质称为施主，对应的半导体称为N型半导体。182.掺杂半导体二、本征半导体和掺杂半导体在晶体硅中加进Ⅲ族元素硼后，硼原子在和周围最邻近的4个硅原子组成共价键时，还缺少一个价电子，因而很容易从别处夺来一个价电子，自身电离成负离子。可以认为硼原子带着一个容易电离的空穴。192.掺杂半导体二、本征半导体和掺杂半导体只要很小的能量，就可以使空穴跳至价带上，因此，其禁带要比纯硅晶体也要窄得