最新晶体硅太阳能电池的基本原理分析课件PPT.ppt

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1、晶体硅太阳能电池的基本原理分析3.2太阳电池的分类工作原理太阳电池基本构造：半导体的PN结导体：铜（106/(Ω·cm)）绝缘体:石英（SiO2(10-16/(Ω·cm))）半导体:10-4——104/(Ω·cm)半导体元素：硅（SiO2）、锗（Ge）、硒（Se）等化合物：硫化镉（CdS）、砷化镓（GaAs）等合金：GaxAl1-xAs(x为0-1之间的任意数)有机半导体3.2.1半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4硅是四价元素，每个原子的最外层上有4个电子。这4个电子又被称为价电子硅晶体中，每个原子有4个相邻

2、原子，并和每一个相邻原子共有2个价电子，形成稳定的8原子壳层。满带：排满电子的能带空带：未排电子的能带未满带：排了电子但未排满的能带禁带：不能排电子的区域[1]满带不导电[2]未满能带才有导电性导带：最高的满带价带：最低的空带电子可以从价带激发到导带，价带中产生空穴，导带中出现电子，空穴和电子都参与导电成为载流子导体，在外电场的作用下，大量共有化电子很易获得能量，集体定向流动形成电流。绝缘体：在外电场的作用下，共有化电子很难接受外电场的能量，所以形不成电流。从能级图上来看，是因为满带与空带之间有一个较宽的禁带（Eg约

3、3～6eV），共有化电子很难从低能级（满带）跃迁到高能级（空带）上去。半导体：的能带结构,满带与空带之间也是禁带，但是禁带很窄（Eg约3eV以下)。导体半导体绝缘体Eg价带导带最高的满带最低的空带导带价带满带部分填充能带在本征半导体硅或锗中掺入微量的其它适当元素后所形成的半导体2掺杂半导体3.2.3杂质半导体1本征半导体无杂质，无缺陷的半导体本证载流子：电子、空穴均参与导电本征半导体中正负载流子数目相等，数目很少根据掺杂的不同，杂质半导体分为N型半导体P型半导体N型半导体：掺入五价杂质元素（如磷、砷）的杂质半导体P型

4、半导体：在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼等。空带满带施主能级EDEg空带Ea满带受主能级Eg掺入少量五价杂质元素磷+4+4+4+4+4+4+4+4P多出一个电子出现了一个正离子电子是多数载流子，简称多子;空穴是少数载流子，简称少子。施主杂质半导体整体呈电中性掺入少量三价杂质元素硼+4+4+4+4+4+4+4+4B空穴负离子空穴是多数载流子，简称多子;电子是少数载流子，简称少子。受主杂质半导体整体呈电中性3.2.5PN结半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动.在半导

5、体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层PN结①多子扩散运动形成空间电荷区由于浓度差，电子和空穴都要从浓度高的区域向…扩散的结果，交界面P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，N区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子，这样在交界面处出现由数量相等的正负离子组成的空间电荷区，并产生由N区指向P区的内电场EIN。PN结②内电场EIN阻止多子扩散，促使

6、少子漂移多子扩散空间电荷区加宽内电场EIN增强少子漂移促使阻止EINEIN空间电荷区变窄内电场EIN削弱扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的PN结173.2.6光生伏特效应当光照射p-n结，只要入射光子能量大于材料禁带宽度，就会在结区激发电子-空穴对。这些非平衡载流子在内建电场的作用下，空穴顺着电场运动，电子逆着电场运动，最后在n区边界积累光生电子，在p区边界积累光生空穴，产生一个与内建电场方向相反的光生电场，即在p区和n区之间产生了光生电压UOC，这就是p-n结的光生伏特效应。只要光照不停止，这个光生电压将永远存在

7、。3.2.7太阳电池的基本工作原理光电转换的物理过程：（1）光子被吸收，使PN结的P侧和N侧两边产生电子-空穴对（2）在离开PN结一个扩散长度以内产生的电子和空穴通过扩散到达空间电荷区（3）电子-空穴对被电场分离，P侧的电子从高电位滑落至N侧，空穴沿着相反的方向移动（4）若PN结开路，则在结两边积累的电子和空穴产生开路电压3.2.8晶硅太阳电池的结构由于半导体不是电的良导体，电子在通过p－n结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格

8、覆盖p－n结（如图栅状电极），以增加入射光的面积。另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜，将反射损失减小到5％甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池（通常是36个）并联或串联起来使用，形成太阳能光电板。3.3太阳能电池的电学性能3.3.1标准测试