太陽能電池基本原理課件

太陽能電池發(fā)電原理

——光伏效應(yīng)太陽能電池發(fā)電原理

1傳統(tǒng)電池是一種通過反應(yīng)將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。傳統(tǒng)電池即一種化學電源，它由兩種電化學活性電極和電解質(zhì)組成，通過轉(zhuǎn)換內(nèi)部的化學能來供能，能量儲存很有限。化學電池可以分成兩個基本類型：原電池與蓄電池。原電池制成后即可以產(chǎn)生電流，但在放電完畢即被廢棄。蓄電池又稱為二次電池，可以多次使用。蓄電池充電時，電能轉(zhuǎn)換成化學能；放電時，化學能轉(zhuǎn)換成電能。傳統(tǒng)電池與太陽能電池原理區(qū)別傳統(tǒng)電池是一種通過反應(yīng)將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置2

太陽能電池是光能轉(zhuǎn)換為電能的器件。

太陽光照在半導體p-n結(jié)上，產(chǎn)生新的電子-空穴對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由p區(qū)流向n區(qū)，電子由n區(qū)流向p區(qū)，接通電路就形成電流。太陽能電池是一種物理性質(zhì)的電源，而傳統(tǒng)電池是一種化學性質(zhì)的電源！

太陽能電池是光能轉(zhuǎn)換為電能的器件。3太陽能電池主要由太陽能電池板，充電控制器，蓄電池，逆變器等部件組成。而太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，送往蓄電池中存儲起來。太陽能電池板的基本結(jié)構(gòu)是PN結(jié).太陽能電池主要由太陽能電池板，充電控制器，4太陽能電池PN結(jié)的形成多子的擴散運動內(nèi)電場少子的漂移運動濃度差P型半導體N型半導體

內(nèi)電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。

擴散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。

多數(shù)載流子的擴散和少數(shù)載流子的漂流達到動態(tài)平衡，形成穩(wěn)定的PN結(jié)?。?+++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空間電荷區(qū)太陽能電池PN結(jié)的形成多子的擴散運動內(nèi)電場少子的漂移運動濃度5太陽能電池光伏效應(yīng)

光伏效應(yīng)：當有適當波長的光照射到這個pn結(jié)太陽能電池時，在內(nèi)建電場的作用，光能直接轉(zhuǎn)化成電能的效應(yīng)。光伏效應(yīng)是半導體電池實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的理論基礎(chǔ)，也是光電器件工作的最重要的物理效應(yīng)。因此，我們將來仔細分析一下pn結(jié)的光伏效應(yīng)。太陽能電池光伏效應(yīng) 光伏效應(yīng)：當有適當波長的光照射到這個pn6設(shè)入射光垂直pn結(jié)面，光子將進入pn結(jié)區(qū)，甚至更深入到半導體內(nèi)部。能量大于禁帶寬度的光子，被PN結(jié)吸收產(chǎn)生電子-空穴對。在光激發(fā)下多數(shù)載流子濃度改變較小，而少數(shù)載流子濃度卻變化很大，因此應(yīng)主要研究光生少數(shù)載流子的運動。設(shè)入射光垂直pn結(jié)面，光子將進入pn結(jié)區(qū)，甚7

在pn結(jié)勢壘區(qū)的內(nèi)建電場的作用下，ＰＮ結(jié)兩邊的光生少數(shù)載流子受該場的作用，各自向相反方向運動：p區(qū)的電子穿過p-n結(jié)進入n區(qū)；n區(qū)的空穴進入p區(qū)，使p端電勢升高，n端電勢降低，在p-n結(jié)兩端形成了光生電動勢，這就是p-n結(jié)的光生伏特效應(yīng)。由于光照在p-n結(jié)兩端產(chǎn)生光生電動勢，相當于在p-n結(jié)兩端加正向電壓，使勢壘降低為，產(chǎn)生正向電流. 在pn結(jié)勢壘區(qū)的內(nèi)建電場的作用下，ＰＮ結(jié)兩邊的光生少數(shù)載流8

在pn結(jié)開路的情況下，光生電流和正向電流相等時，p-n結(jié)兩端建立起穩(wěn)定的電勢差Voc，（p區(qū)相對于n區(qū)是正的），這就是光電池的開路電壓。如將pn結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會有源源不斷的電流通過電路，p-n結(jié)起了電源的作用。這就是光電池的基本原理。 在pn結(jié)開路的情況下，光生電流和正向電流相等時，p-n結(jié)兩9太陽能發(fā)電大致分三個過程：1、光子的吸收，激發(fā)產(chǎn)生電子－空穴。２、在內(nèi)建電場作用下，載流子定向分布。３、電池板與外電路接觸形成通路電流，向外電路供電。太陽能發(fā)電大致分三個過程：1、光子的吸收，激發(fā)產(chǎn)生電子－10

由上面分析可以看出，為了使半導體光電器件產(chǎn)生光生電動勢（或光生積累電荷），它們應(yīng)該滿足以下兩個條件：1、要求入射光子的能量h大于或等于半導體材料的帶隙Eg，使該入射光子能被半導體吸收而激發(fā)出光生非平衡的電子空穴對。2、具有光伏結(jié)構(gòu)，即兩種晶格常數(shù)相近的半導體通過歐姆接觸形成PN結(jié)所對應(yīng)的勢壘區(qū)。勢壘區(qū)的重要作用是分離了兩種不同電荷的光生非平衡載流子，產(chǎn)生電流。在p區(qū)內(nèi)積累了非平衡空穴，而在n區(qū)內(nèi)積累起非平衡電子。 由上面分析可以看出，為了使半導體光電器件產(chǎn)生光生電動勢（或11

除了上述pn結(jié)能產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)外，金屬-半導體形成的肖特基勢壘層等其它許多結(jié)構(gòu)都能產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。其電子過程和pn結(jié)相類似，都是使適當波長的光照射材料后在半導體的界面或表面產(chǎn)生光生載流子，在勢壘區(qū)電場的作用下，光生電子和空穴向相反的方向漂移從而互相分離，在器件兩端積累產(chǎn)生光生電壓。其他原因引起光伏效應(yīng)除了上述pn結(jié)能產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)外，金12通常的發(fā)電系統(tǒng)如火力發(fā)電，就是燃燒石油或煤以其燃燒能來加熱水，使之變成蒸汽，推動發(fā)電機發(fā)電；原子能發(fā)電則是以核裂變放出的能量代替燃燒石油或煤，而水