太陽能電池工作原理及特性參數(shù)課件

太陽能電池工作原理及特性參數(shù)南開大學光電子所：陳培專2023/8/10太陽能電池工作原理及特性參數(shù)南開大學光電子所：陳培專2023背景太陽能電池工作原理太陽能電池特性參數(shù)太陽能電池應用目錄2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity2背景目錄2023/8/1InstituteofPhoto背景太陽能電池工作原理太陽能電池特性參數(shù)太陽能電池應用目錄2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity3背景目錄2023/8/1InstituteofPhoto2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity4背景2023/8/1InstituteofPhoto-ele太陽能利用優(yōu)勢取之不盡用之不竭地球1天接收的太陽能=世界1年能源消耗總量X200倍利用方便有光照的地方就有太陽能清潔無廢渣、廢水、廢氣無噪音、大氣污染、影響生態(tài)平衡等環(huán)境問題2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity5背景太陽能電池是太陽能利用的重要途徑之一太陽能利用優(yōu)勢2023/8/1InstituteofPh背景太陽能電池工作原理太陽能電池特性參數(shù)太陽能電池應用目錄2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity6背景目錄2023/8/1InstituteofPhoto太陽能電池：也稱光伏電池，是吸收太陽能并將其直接轉換為電能的器件基本工作原理光生伏特效應：半導體材料吸收光能后在PN結上產(chǎn)生電動勢的效應1839年，法國物理學家貝勒克爾發(fā)現(xiàn)（E.Becquerel）PN結：P型半導體和N型半導體實現(xiàn)原子級接觸（冶金學接觸）所形成的結構2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity7太陽能電池工作原理太陽能電池：也稱光伏電池，是吸收太陽能并將其直接轉換為電能的PN結的形成2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity8太陽能電池工作原理PN結的形成2023/8/1InstituteofPhoPN結特點擴散與漂移作用平衡，流過PN結的凈電流為零PN結的厚度一定內建電場由N指向P接觸電位一定（約零點幾伏）9太陽能電池工作原理++++++++PN結NPPN結特點9太陽能電池工作原理++++++++PN結NP1、產(chǎn)生——光照產(chǎn)生電子空穴對。光子能量大于禁帶寬度hv>Eg2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity10太陽能電池工作原理++++++++PN結NP1、產(chǎn)生——光照產(chǎn)生電子空穴對。光子能量大于禁帶寬度hv>E2、輸運——產(chǎn)生的電子空穴對向勢場區(qū)運動（擴散或漂移）2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity11太陽能電池工作原理++++++++PN結NP2、輸運——產(chǎn)生的電子空穴對向勢場區(qū)運動（擴散或漂移）2023、分離——電子和空穴在內建電場作用下向反方向運動分離2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity12太陽能電池工作原理++++++++PN結NP3、分離——電子和空穴在內建電場作用下向反方向運動分離202產(chǎn)生光生電動勢2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity13太陽能電池工作原理++++++++PN結NP光生電場產(chǎn)生光生電動勢2023/8/1InstituteofPh空間電荷層減小，PN結勢壘降低2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity14太陽能電池工作原理++++PN結NP光生電場空間電荷層減小，PN結勢壘降低2023/8/1Institu背景太陽能電池工作原理太陽能電池特性參數(shù)太陽能電池應用目錄2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity15背景目錄2023/8/1InstituteofPhoto1、開路電壓Voc：受光照的PN結如果處于開路狀態(tài)，光生載流子只能積累于PN結兩側產(chǎn)生光生電動勢，此時在電池外測得的電位差稱為光生電壓2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity16太陽能電池特性參數(shù)++++NP光生電場+VVoc1、開路電壓Voc：受光照的PN結如果處于開路狀態(tài)，光生載流Voc是太陽能電池可能獲得的最大電壓Voc的大小和PN結性質及光照強度有關2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity17太陽能電池特性參數(shù)Voc是太陽能電池可能獲得的最大電壓2023/8/1Inst++++2、短路電流Isc：光照狀態(tài)下把PN結從外部短路，則PN結附近的光生載流子將通過這個途徑流通，這時流過太陽電池的叫短路電流。2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity18太陽能電池特性參數(shù)NP光生電場+A++++++++++++2、短路電流Isc：光照狀態(tài)下把PN結從外部短路，則非平衡載流子不再積累于PN結兩側，PN結恢復平衡狀態(tài)電流方向從PN結內部看，從N區(qū)指向P區(qū)光生電動勢為02023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity19太陽能電池特性參數(shù)非平衡載流子不再積累于PN結兩側，PN結恢復平衡狀態(tài)20233、轉換效率η：最大輸出功率（Pmax）和輸入光功率（Pin）之比。

η

=Pmax/Pin2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity20太陽能電池特性參數(shù)++++Pmax光生電場+0-∞3、轉換效率η：最大輸出功率（Pmax）和輸入光功率（PinI-V特性曲線4、填充因子FF：最大輸出功率Pmax占以Isc和Voc為邊長的矩形面積的比率。FF=Pmax/VocIsc=ImVm/VocIsc

η=Pmax/Pin=FF*IscVoc/Pin2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity21太陽能電池特性參數(shù)I-V特性曲線2023/8/1InstituteofPh背景太陽能電池工作原理太陽能電池特性參數(shù)太陽能電池應用目錄2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity22背景目錄2023/8/1InstituteofPhoto2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity23太陽能電池應用光伏