晶硅太阳电池简介.doc

 HYPERLINK  201409-晶硅太阳电池简介 原文地址：/view/091c05daedf084bc936532a1da66969e.html 晶硅太阳电池简介 陈世辉 7301012039 南昌大学 太阳能光伏学院 2014.09 提纲 二 晶硅太阳电池工作原理 三 晶硅太阳电池生产工艺 四 太阳电池发展趋势 2 一、晶硅太阳电池背景 3 一、晶硅太阳电池背景 4 一、晶硅太阳电池背景 ?1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳能电池，效率 为4%，于1958年应用到美国的先锋1号人造卫星上。 ?太阳能电池逐渐由航天等特殊的用电场合进入到地面应用中。一个 4KW的屋顶家用光伏系统可以满足普通家庭的用电需要，每年少排 放的CO2的数量相当于一辆家庭轿车的年排放量。 ?由于材料、结构、工艺等方面的不断改进，现在太阳能电池的价格不 到20世纪70年代的1%。预期10年内太阳能电池能源在美国、日本和 欧洲的发电成本将可与火力发电竞争。目前，太阳电池年均增长率 35%，是能源技术领域发展最快的行业。 5 一、晶硅太阳电池背景 电池种类 HIT太阳电池 转换效率（%） 25.6 研制单位 日本松下公司 备注 143.7cm2面积 单晶硅电池 多晶硅电池 多晶硅薄膜电池 非晶硅薄膜电池 纳米硅电池 背接触聚光硅电池 GaAs多结电池 InGaP/GaAs GaInP/GaAs/Ge 24.7±0.5 20.3±0.5 19.0±0.5 12.8±0.7 10.1±0.2 26.8±0.8 34.7±1.7 30.8±1.0 37.3±1.9 澳大利亚新南威尔士大学 德国弗朗霍夫研究所 德国斯图加特大学 美国USSC公司 日本钟渊公司 美国SunPower公司 Spectro lab 日本能源公司 Spectro lab 4cm2面积 1.002cm2面积 4.017cm2面积 0.27cm2面积 2微米膜厚（玻璃衬底） 96倍聚光 333倍聚光 4cm2面积 175倍聚光 CIGS CdTe 氧化钛有机纳米电池 20.1±0.5 16.5±0.5 11.0±0.5 美国可再生能源实验室 美国可再生能源实验室 EPFL 0.41cm2面积 1.032cm2面积 0.25cm2面积 6 一、晶硅太阳电池背景 7 ? ? 电池片 电池组件 电站 光伏组件 ? 光伏组件结构 密封胶 钢化玻璃 边框 EVA 背板 密封胶 灌封胶 电池片 焊带 接线盒 提纲 一 晶硅太阳电池背景 三 晶硅太阳电池生产工艺 四 晶硅太阳电池发展趋势 11 二、晶硅太阳电池工作原理 晶硅太阳电池结构示意图 12 二、晶硅太阳电池工作原理 硅（Si）片的导电类型分为n型和p型 N型：在硅晶格点阵中掺杂5价元素，常用的为磷（P），当P原子占据Si晶格点阵时，P原子最 外层5个电子中有4个电子与周边的4个Si原子形成化学键，多出来的1个电子成为自由电子，该 电子在电场作用下会发生漂移。N型半导体为电子导电类型。 P型：在硅晶格点阵中掺杂3价元素，常用的为硼（B），当B原子占据Si晶格点阵时，B原子最 外层3个电子与周边4个Si原子中的3个Si原子形成化学键，最后1个Si原子没有电子与其形成化学 键，最终导致该处形成一个带正电的空穴，空穴是虚拟出来的，该空穴在电场作用下会发生漂 移。P型半导体为空穴导电类型。 最外层5个电子 最外层3个电子 最外层4个电子 Si +14 P +15 B +5 Si P B 13 二、晶硅太阳电池工作原理 太阳光谱 14 二、晶硅太阳电池工作原理 1. Si的禁带宽度：1.12 eV 2. 能量 1.12 eV的光子才能被Si吸收 3. 光子能量 = 1240 / λ（ λ 为光子的波长） 波长为500 nm的光子的能量为: 1240 / 500 = 2.48 eV 4. 能被Si所吸收的光子的波长范围： 1240 / 1.12 = 1100 nm 晶硅太阳电池对太阳光谱响应示意图 15 二、晶硅太阳电池工作原理 当入射光照射到电池片时，能量大于硅禁带宽度的光子穿过减反射膜进入硅中，在N 区、空间电荷区和P区激发出光生电子-空穴对。 空间电荷区：光生电子-空穴对在空间电荷区中产生后，立即被内建电场分离，光生电 子被推进N区，光生空穴则被推进P区。 N区：光生电子 -空穴对在 N区产生以后，光生空穴便向 PN结边界扩散，一旦到达 PN 结边界，便立即受到内建电场作用，被电场力牵引做漂移运动，越过耗尽区进入 P区，光 生电子(多子)则被留在N区。 P区：光生电子-空穴对在P区产生以后，光生电子便向PN结边界扩散，一旦到达PN结 边界，便立即受到内建电场作用，被电场力牵引做漂移运动，越过耗尽区进入N区，光生 空穴(多