第六章 太阳能电池的基本的 结构 经典太阳电池基础课件.pptVIP

第六章 太阳能电池的基本机构; 太阳电池按结构分类主要有同质结、异质结和肖特基结三类。最常见也是最基本的是同质结太阳电池。它主要依靠p-n结的光生伏打效应来工作 ; 如果用包含hvEg的光子辐射照射到具有平衡p-n结的半导体表面，根据光生伏特效应，入射光在其透入深度范围内激发电子空穴对，在强内电场的作用下，电子和空穴定向运动，在p-n结两端形成光生电压。如果将包含负载的回路与p-n结相连，光生电压可以引起回路内产生电流，从而向负载输出一定的功率。 ;太阳电池的基本器件方程 ; 式中D为载流子扩散系数，L为扩散长度，L与D、?间的关系为 ;电池的理想伏安特性为;Im没？m;调节负载电阻到某一值Rm时，曲线上有一点M，满足功率输出Pm最大 ; 定义填充因子FF来表征电池I-V曲线“方形”的程度，这是衡量太阳电池输出特性好坏的重要指标之一 ;电池的输出电功率与入射光功率之比;当光照到半导体的表面时，有 R+A+T=1（R为反射率，A为吸收率，T为透过率） 对于高效太阳电池而言，反射率越小越好，为了降低反射率，通常需要使用减反膜或绒面等技术。 光穿过半导体时会衰减，入射光强为I0,在半导体内X处的光强为Ix，于是有： Ix= I0（1-R）EXP（-ax） a为吸收系数，它 在太阳电池的设计中是非常重要的，它确定了给定波长的光在离表面多远的地方被吸收掉。 半导体中的本征吸收是指价带中的电子被激发到导带，在价带产生空穴，同时伴随光子湮灭的过程。半导体的光吸收取决于带隙和能带结构。 ; 对于直接带隙的半导体当能量大于Eg时，在吸收边被强烈吸收，具有较大的吸收系数。 对于间接带半导体由于价带和导带的极值对应于不同的波矢，在电子吸收光子时，必须伴随着声子的吸收和发射，所以其吸收几率比直接带半导体要小的多。 ; 光照射时会产生电子-空穴对，此时载流子的浓度超过无照射时的浓度，如果去掉照射，光激发产生的载流子会很快被复合掉，载流子的浓度会衰减到平衡时的浓度，这个过程被称为复合过程。因此载流子的寿命很重要。 载流子的寿命取决于复合机理，复合机理主要包括以下几种： 1直接复合 电子在导带和价带之间的直接跃迁而引起的非平衡载流子的复合过程。 非平衡载流子的寿命(在小注入 的情况下）： t=1/r(n0+p0);r：复合概率，对于特定的材料是一特定的常数，n0，p0为平衡载流子的浓度。 在小注入的情况下t取决于复合概率。一般 而言带隙越小，温度越高，直接复合的概率越大，t还与多数载流子的浓度成反比。 ; 半导体中的杂质和缺陷在禁带中形成一定的能级，有促进非平衡载流子复合的作用，使其寿命明显缩短，这种杂质或缺陷称为复合中心，非平衡载流子通过这种复合 中心的复合称为间接复合。 tp=1/svtNt tn=1/svtNt tp，tn分别为n型和p型半导体的载流子的寿命， s为复合中心的俘获截面， ;vt载流子的热运动的平均速度， Nt为复合中心浓度。 以上说明载流子的寿命与复合中心的种类有关，截面越大，说明越短，其寿命与复合中心的浓度成反比，与载流子的热运动的平均速度成反比。 ; 载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子空穴复合时，把多余的能量传给另一个载流子并使之激发到较高的能级上去，当他重新跃迁到较低的能级时，多余的能量以声子的形式释放。 载流子的寿命随着掺杂浓度的增加而迅速减小。; 载流子的寿命在很大程度上受到半导体表面状态的影响，表面有促进复合的作用。表面的悬挂建，杂质及特有的缺陷等在禁带形成复合中心能级。就复合机制而言，表面复合仍是间接复合。;短路电流 ?太阳电池的短路电流等于其光生电流。 开路电压 ?当太阳电池处于开路状态时，对应光电流的大小产生电动势;制约光电池转换效率的因素;对于Si，温度每增加1°C，VOC下降室温值的0.4%，h也因而降低约同样的百分数。例如，一个硅电池在20°C时的效率为20%，当温度升到120°C时，效率仅为12％。又如GaAs电池，温度每升高1°C，VOC降低1.7mv 或降低0.2%。 ;转换效率 转换效率表示在外电路连接最佳负载电阻R时，得到的最大能量转换效率，其定义为，电池的最大功率输出与入射功率之比。 填充因子FF 最大输出功率与极限功率（VocIsc）之比 ;3复合寿命 ? 希望载流子的复合寿命越长越好，这主要是因为这样做ISC大。在间接带隙半导体材料如Si中，离结100mm处也产生相当多的载流子，所以希望它们的寿命能大于1ms。在直接带隙材料，如GaAs中，只要10ns的复合寿命