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太阳能读书报告 太阳能读书报告 浅谈太阳能光伏 ----《理论专题物理选讲》读书报告 摘要：本文简单的介绍了太阳能方面的一些知识，有助于理解太阳能光伏的一些基础理 论和一些实际的应用。主要是叙述了太阳能电池发电原理、晶体硅太阳电池的制作过程、太 阳电池基本性质、太阳能“光电转换器”等方面的知识。 关键字：太阳能 晶体硅 电池 光 电转换器 1.太阳能电池发电原理: 太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能 产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅， 非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的 发电原理基本相同，现已晶体硅为例描述光发电过程。 p型晶体硅经过掺杂磷可得n型硅， 形成p-n结。 如图1所示。 当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子，使 电子发生了越迁，成为自由电子在p-n结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该 电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子 能量转换成电能的过程。 2、晶体硅太阳电池的制作过程: 硅是我们这个星球上储藏最丰富的材料之一。自从上个 世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维，20世纪 末，我们的生活中处处可见硅的身影和作用,晶体硅太阳电池是近15年来形成产业化最快的。 生产过程大致可分为五个步骤:a)提纯过程 b)拉棒过程 c)切片过程 d)制电池过程 e)封装 过程. 如下图所示： 3、太阳电池的应用: 上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术----- 通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直 接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院 灯，太阳能发电户用系统,村寨供电的独立系统，光伏水泵（饮水或灌溉）,通信电源，石油 输油管道阴极保护，光缆通信泵站电源,海水淡化系统，城镇中路标、高速公路路标等。在世 纪之交前后期间，欧美等先进国家光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然村落供电系统 纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。光伏电源系统的组成： a） a）直流负载系统b） 交流负载系统. 4、太阳电池基本性质: a） 光电转换效率η％:评估太阳电池好坏的重要因素。 目前： 实验室η≈24％，产业化：η≈15％。 b）单体电池电压v：0.4v---0.6v 由材料物理特性 决定。 c）填充因子ff％：评估太阳电池负载能力的重要因素。几何意义用i-v曲线图来表示：阴影部分为负载面积，填充因子的数学表达形式： ff=(im*vm)/(isc*voc)其中：isc--短路电流, voc--开路电压, im--最佳工作电流, vm--最佳工作电压; d）标 准光强与环境温度 地面：am1.5光谱,1000w/m2,t=25℃; e）温度对电池性质的影响 。 例 如：在标准状况下，am1.5光强， t=25℃ 某电池板输出功率测得为100wp，如果电池温度升 高至45℃时，则电池板输出功率就不到100wp. 5．太阳能“光电转换器”一束光照在半导体上和照在金属或绝缘体上效果截然不同。由于金属中自由电子如此之 多，以致光引起的导电性能的变化完全可忽略。绝缘体在很高温度下仍未能激发出更多的电 子参加导电。而导电性能介于金属和绝缘体之间的半导体对体内电子的束缚力远小于绝缘体， 可见光的光子能量就可以把它从束缚激发到自由导电状态，这就是半导体的光电效应。当半 导体内局部区域存在电场时，光生载流子将会积累，和没有电场时有很大区别，电场的两侧 由于电荷积累将产生光电电压，这就是光生伏特效应，简称光伏效应。太阳电池就是利用这 种效应制成的。 当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。 被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生 电子—空穴对。这样，光能就以产生电子—空穴对的形式转变为电能、如果半导体内存在p —n结，则在p型和n型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向n区，空穴驱向p区，从 而使得n区有过剩的电子，p区有过剩的空穴，在p—n结附近形成与势垒电场方向相反 光的生电场。光生电场的一部分除抵销势垒电场外，还使p型层带正电，n型层带负电， 在n区与p区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别在p型层和n型层焊上金属引线， 接通负载，则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来， 就能产生一定的电压和电流，输出功率。 制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术 最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。 所以，将入射太阳光能转换成电能的半