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可再生能源转化与利用;第四章 太阳能光电转换;什么是太阳能光电转换?;太阳能电池的发展历程;太阳能电池的发展历程;太阳能电池的利用情况;太阳能电池的利用情况;第四章 太阳能光电转换;光生伏特效应;半导体;半导体一些重要特性,主要包括:
温度升高使半导体导电能力增强,电阻率下降.
如室温附近的纯硅(Si),温度每增加8℃,电阻率相应地降低50%左右.
微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力.
以纯硅中每100万个硅原子掺进一个Ⅴ族杂质(比如磷)为例,这时 硅的纯度仍高达99.9999%,但电阻率在室温下却由大约214,000Ωcm降至0.2Ωcm以下.
适当波长的光照可以改变半导体的导电能力.
如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜,无光照时的暗电阻为几十MΩ,当受光照后电阻值可以下降为几十KΩ.
此外,半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变;半导体的内部结构和导电性;半导体的内部结构和导电性;半导体的内部结构和导电性;半导体的内部结构和导电性;半导体的内部结构和导电性;半导体禁带宽度和光学特性;半导体禁带宽度和光学特性;半导体禁带宽度和光学特性;半导体禁带宽度和光学特性;半导体的掺杂特性;半导体的掺杂特性;半导体的掺杂特性;p-n结;p-n结;太阳能电池的工作原理;太阳能电池的工作原理;第四章 太阳能光电转换;太阳能电池等效电路;太阳能电池等效电路; 负载电阻上电流与电压的关系,也就是光电池的伏安特性方程。; 图中的曲线是负载从零变到 无穷大时,太阳能电池的负载特 性曲线。工作点( , )界 定的矩形面积是电池在该工作点 的输出功率。使 达到最大值的 工作点( , )称为最佳工 作点。
从上图可见,负载特性曲线不会超过开路电压 和短路电流 界定的矩形范围。这就意味着太阳能电池的输出特性曲线越充满该矩形越好。常用填充因子的大小来评价太阳能电池输出特性的优劣。;
填充因子
定义:电池最大输出功率与开路电压与短路电流乘积的比值。
光电转换效率
定义:太阳能电池的最大输出电功率与输入光功率之比。
其中: 是太阳能电池单位表面积上的入射太阳总辐射; 为太阳能电池的上表面积。;
光电转换效率
由开路电压、短路电流和太阳能电池表面的入射太阳辐射的关系,得
综上可得太阳能电池的效率为;
影响太阳能电池转换效率的因素主要有三类:
太阳能电池半导体材料的性质
包括基体材料性质和掺杂特性。材料性质影响到对光辐射的吸收和反射,禁带宽度,载流子的产生、扩散与复合等光电转换中的基本微观物理过程。
太阳能电池的制造工艺
制造工艺是否精良直接关系到电池的等效串联电阻和等效并联电阻。
太阳能电池的工作条件
如工作温度。;
光损耗
光损耗来自三个方面:
①入射光在太阳能电池表面受到反射;
②能量小于 的光子的能量变为热能损耗掉;
③光谱中长波一侧的一小部分辐射能量穿透电池片损失掉。
光谱因子:受入射光子激发而产生的光生载流子获得的能量与入射总光强度的比。;
复合损失
半导体电池在接受光照工作时,其内部可能同时存在三种机制的载流子复合:直接复合、中心复合和表面复合。载流子的复合导致被吸收能量的损失。
直接复合
在光生电池和热运动的作用下,有一部分电子少子和空穴少子分别向p型方向和n型方向作扩散运动,当一个少子在扩散运动中遇到一个多子时,就发生直接复合,电子从导带回归满带,实现了电子-空穴对的湮灭,同时释放出从辐射光获得的等于禁带宽度的能量,造成光电转换的能量损失。;
复合损失
中心复合
在内建电场力的作用下,从p型区和n型区运动到与p-n结边界的距离在扩散长度以内的多子被吸入势垒区;在这个区域范围内产生的少子被扫入势垒区;在势垒区里有电子-空穴对生成。此处电子与空穴的复合属于复合中心的复合,复合使电子释放出能量。
表面复合
由于电池的表面结构异常复杂,形成了大量的表面复合中心。光的辐照首先在电池表面层激发产生电子-空穴对,其中一部分少子还来不及向晶体内部扩散就被表面复合中心复合了,导致能量损失。;
电压因子损失
理论上,开路电压应等于p-n结的势垒:
实际上,由于电池的p-n结等处存在电流泄漏,使开路电压降低,从而造成效率损失。
常用电压损失因子来表示这种损失:;
串联电阻上的损失
太阳能电池串联电阻的存在直接影响填充因子的大小。在运行条件下,太阳能电池的填充因子永远不可能达到1。对于理想电池,填充因子
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