單晶硅硅太陽能電池

單晶硅硅太陽能電池第1頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一太陽能電池的發(fā)展歷史1單晶硅太陽能電池與多晶硅太陽能電池的差異

2單晶硅太陽能電池的工作原理

3目錄5光照對單晶硅太陽能電池的影響

65溫度對單晶硅太陽能電池的影響

4單晶硅太陽能電池的基本特性參數(shù)

第2頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一一、太陽能電池的發(fā)展歷史1839年法國物理學(xué)家貝克勒爾首次發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)。1954年美國貝爾實驗室制成第一個單晶硅太陽能電池。1958年我國研制出了首塊硅單晶，研發(fā)出的電池主要用于空間領(lǐng)域。70年代末，我國與國際同期開展了砷化鎵太陽能電池研究，該電池具有很高的光吸收系數(shù)，1999年，2×2cm2電池的轉(zhuǎn)換效率達22％。1975年寧波、開封先后成立太陽電池廠，電池制造工藝模仿早期生產(chǎn)空間電池的工藝，太陽能電池的應(yīng)用開始從空間降落到地面。80年代末期，國內(nèi)先后引進了多條太陽能電池生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力由原來的幾百KW（千瓦）一下子提升到4.5MW，這種產(chǎn)能一直持續(xù)到2002年，產(chǎn)量則只有2MW左右。1999年，保定天威英利新能源有限公司承建了“多晶硅太陽能電池及應(yīng)用系統(tǒng)示范工程”項目，2003年12月正式通過國家驗收，全線投產(chǎn)，填補了我國不能商業(yè)化生產(chǎn)多晶硅太陽能電池的空白。第3頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一2002年9月，尚德第一條10MW太陽電池生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，產(chǎn)能相當于此前四年全國太陽電池產(chǎn)量的總和，一舉將我國與國際光伏產(chǎn)業(yè)的差距縮短了15年。2004年1月19日，中國第一臺12對棒多晶硅高效節(jié)能大還原爐在中硅高科試驗成功，各項技術(shù)指標均達到國際先進水平。至此，中國人掌握了由美國、日本、德國等國壟斷20余年的多晶硅生產(chǎn)核心技術(shù)。2005年，國內(nèi)第一個300噸多晶硅生產(chǎn)項目在洛陽中硅建成投產(chǎn)，拉開了中國多晶硅大發(fā)展的序幕。2005年12月14日，無錫尚德在美國紐約證券交易所掛牌，成為中國內(nèi)地首家在紐交所掛牌上市的民營高科技企業(yè)。從此，國內(nèi)太陽能電池的生產(chǎn)和研發(fā)也駛?cè)肓丝燔嚨馈?007年，我國太陽能電池產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的三分之一，成為世界第一大太陽能電池生產(chǎn)國。結(jié)語：盡管我國從2007年開始成為世界生產(chǎn)太陽能電池最多的國家，但與國外還有不少的差距。而且，在各種新型太陽能電池的開發(fā)上，我們還處在起步的階段，而國外已經(jīng)有了很大的發(fā)展，因此，我國太陽能電池的發(fā)展任重而道遠。第4頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一二、單晶硅太陽能電池與多晶硅太陽能電池的差異單晶硅和多晶硅都是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。單晶硅即原子排列得非常整齊，晶格位向完全一致，且無任何缺陷存在。多晶硅即由許多位向不同的晶格組成，且其內(nèi)部還存在著多種晶體缺陷。多晶硅是制造單晶硅的原料。單晶是采取直拉發(fā)生產(chǎn)，直拉過程就是一個原子結(jié)構(gòu)重組的過程。而多晶多采用澆注法生產(chǎn)，就是直接把硅料倒入坩堝中融化定型。單晶硅片為方圓形，多晶硅為方形。對太陽電池來講，方形基片更合算，通過澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料。單晶硅電池具有電池轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高；多晶硅電池成本低，但轉(zhuǎn)換效率略低于單晶硅太陽能電池。第5頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一多晶硅：硅錠——硅片——電池片——組件單晶硅：硅棒——硅片——電池片——組件第6頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一三、單晶硅太陽能電池的工作原理

單晶硅太陽能電池片的結(jié)構(gòu)主要包括：正面梳狀電極、減反射膜、N型層、PN結(jié)、P型層、背面電極等，如下圖所示：第7頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一工作原理：當太陽光照射到太陽電池上并被吸收時，其中能量大于禁帶寬度的光子能把價帶中電子激發(fā)到導(dǎo)帶上去，形成自由電子，價帶中留下帶正電的自由空穴，即電子一空穴對；自由電子和空穴在不停的運動中擴散到P-N結(jié)的空間電荷區(qū)，被該區(qū)的內(nèi)建電場分離，電子被掃到電池的N型一側(cè)，空穴被掃到電池的P型一側(cè)，從而在電池上下兩面(兩極)分別形成了正負電荷積累，產(chǎn)生“光生電壓”，即“光伏效應(yīng)”，若在電池兩側(cè)引出電極并接上負載，負載中就有“光生電流”通過。工作原理圖第8頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一四、單晶硅太陽能電池的基本特性參數(shù)

開路電壓UOC，即將太陽能電池置于100mW/cm2的光源照射下，在兩端開路時，太陽能電池的輸出電壓值。短路電流ISC，就是將太陽能電池置于標準光源的照射下，在輸出端短路時，流過太陽能電池兩端的電流。最大輸出功率Pm，如果選擇的負載電阻值能使輸出電壓和電流的乘積最大，即可獲得最大輸出功率。填充因子FF，他是最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比，是代表太陽能電池在帶最佳負載時，能輸出的最大功率的特性。轉(zhuǎn)換效率η指在外部回路上連接最佳負載電阻時的最大能量轉(zhuǎn)換效率。伏安特性，工作狀態(tài)下太陽電池的電壓-電流特性。第9頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一圖示：在給定的日照和溫度下短路電流ISC

、開路電壓UOC、輸出功率Pm與填充因子FF的關(guān)系。實線部分是I-V（伏安）曲線，虛線部分為P-V（伏瓦）曲線。UocIsc第10頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一五、溫度對單晶硅太陽能電池的影響溫度對I-V特性的影響第11頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一溫度對短路電流的影響圖1短路電流與溫度的關(guān)系

Isc隨溫度上升而緩慢上升，這是由于串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻的存在，光電流流過Rs要產(chǎn)生一定壓降，當測量短路電流時在Rsh上也要損失部分電流，而且隨著電流的增大，兩者的影響也加大，從而抑制了Isc的增加。第12頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一溫度對它的輸出開路電壓影響大，溫度越高，開路電壓越低。溫度對開路電壓的影響圖2開路電壓與溫度的關(guān)系第13頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一在這一溫度范圍內(nèi)，輸出功率出現(xiàn)一個最大值和一個最小值，并不是朝一個方向變化。在305K左右，電池的輸出功率最大。通過最大值以后輸出功率隨溫度的增加而降低。溫度對輸出功率的影響圖3輸出功率與溫度的關(guān)系第14頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一串、并聯(lián)電阻對填充因子有較大影響，串聯(lián)電阻越大，填充因子也隨之減少的越多；并聯(lián)電阻越小，填充因子隨之也下降的越多，在這一溫度范圍內(nèi)，填充因子出現(xiàn)一個最大值，填充因子隨著溫度的變化而變化。

溫度對填充因子的影響圖4填充因子與溫度的關(guān)系第15頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一六、光照對單晶硅太陽能電池的影響

基本量的測定在不加偏壓用白光照射時(暗箱中光源到太陽能電池的距離保持為20cm，裝置如下圖所示)，測量太陽能電池在不同負載電阻R下通過太陽能電池的輸出電流I和輸出電壓U，并由此確定當太陽能電池輸出功率為Pmax時相應(yīng)的負載電阻R，并繪制I-U關(guān)系圖和P-R關(guān)系圖。再從I-U圖中找出短路電流Isc和開路電Uoc，從P-R圖中找出最大輸出功率Pmax及相應(yīng)的負載電阻，計算可得到填充因子FF。第16頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一在不加偏壓時，以白色光照射太陽能電池，電路原理圖如圖A所示。測得在不同負載電阻R下流過太陽能電池的電流I和太陽能電池的輸出電壓U，分析所得數(shù)據(jù)可得到電流I和電壓U的變化關(guān)系，如圖B所示。同理，太陽能電池的輸出功率P與負載電阻R的關(guān)系如圖C所示：+太陽能電池—VA光照圖A電路原理圖第17頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一圖B圖C由圖B可知，ISC=0.722mA；UOC=3.78V。由圖C可知，Pmax=1.887mW；此時R=5400Ω。算出填充因子：第18頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一光照效應(yīng)在暗箱中，取定J0作為標準的光照強度，在本實驗中，取自光源水平距離20cm處光強作為標準光照強度，用光度計測量該處的光照強度J0。通過改變太陽能電池到光源的距離d，來改變光照強度J。而J/J0是太陽能電池接受的相對光強度。通過測量Isc、Uoc與J/J0

，可得出Isc、Uoc分別與J/J0之間的近似函數(shù)關(guān)系，如圖D、圖E所示。圖DISC-J/J0的函數(shù)關(guān)系圖第19頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一圖EUOC-J/J0的函數(shù)關(guān)系圖

從圖D圖E得到Isc、Uoc與相對光強度J/J0的函數(shù)關(guān)系式為：相關(guān)系數(shù)

相關(guān)系數(shù)

第20頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一輸出功率和光照強度之間的關(guān)系通過改變光照強度，也就是單晶硅太陽能電池與光源之間的距離d變化，測量幾組不同的輸出電壓和輸出電流數(shù)值，可以得到在不同的光照下的輸出功率，進而得到輸出功率和光照強度的關(guān)系，如下圖所示：第21頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一本章總結(jié)：圖示：隨著光照的變化I-V曲線和P-V曲線的變化圖，從圖中可以看出，短路電流隨光照的增強呈線性增長，開路電壓變化很小，但輸出功率因為短路電流的影響變化顯著。

I-V曲線P-V曲線第22頁，共24頁