太阳能光电池的改进及应用简述

太阳能光电池的改进及应用简述摘要：太阳能光电池是利用太阳光发电的半导体器件，又被称作光伏电池。应用较多的光电池是用硅材料做成的，有单晶硅、多晶硅和非晶硅电池。也有采用CdS和/GaAlAsGaAs等材料制成的太阳能光电池。由于太阳能是可再生能源，因此研究太阳能光电池成为比较热的课题，而其效率低又成为研究的首要问题。ImprovedsolarcellsandapplicationofbriefBangZhongGu0804240214Abstract:TheuseofsolarPVcellsaresemiconductordevices,alsoknownasphotovoltaiccells.Applicationofmorelightbatteryismadeofsiliconmaterial,amonocrystallinesilicon,polycrystallinesiliconandamorphoussiliconcells.HaveadoptedCdS,/GaAlAsGaAsandothermaterialsofsolarcells.Becausesolarenergyisrenewableenergy,sotheresearchintosolarcellishottopic,anditslowefficiencyhasbecomearesearchpriority.关键词：太阳能、光电池、现状、发展、产业化一、引言可再生能源在社会中的重要性已经越来越明显，在各种各样的可再生能源中，太阳能是取之不尽、没有污染的绿色能源。太阳能光电池就成了当今的热点话题，而其效率低的问题也成了限制发展的瓶颈，各国研究人员都在努力解决这个问题。二、太阳能光电池原理1.PN结光生伏特效应当光线照射PN结时，光线可以透过P型半导体射入到PN结，甚至可以到达N型半导体一边。对于能量大于材料禁带宽度gE的光子，由于本征吸收，在光子所到之处就可能激发出电子——空穴对。产生于N区和P区的光生电子与空穴，它们对多数载流子的浓度影响不大，其作用可以忽略，但会使少数载流子的浓度产生明显的变化。离PN结较劲的由光产生的少数载流子，受到内建电场得分离，电子移向N区，空穴移向P区。PN结区的光生电子——空穴对被PN结势垒区较强的内建电场分离，空穴被移向P区，电子被移向N区。结果子啊N区将积累电子，P区将积累空穴，产生了一个与内建电场方向相反的光生电场，于是在P区和N区之间造成光生电势差，也称为光生电动势。光照越强，光生电动势U就越大。2.转换效率当PN结两端通过负载LR构成闭合回路时，就会有电流沿着P经外电路到N方向流动。对于输出的功率PUI，对其求极值，可以获得光电池存在一个最大输出功率mP，此时对应的最佳负载电阻为LmR，对应的电流为mpI，电压为mpU。mmpmpPUI光电池的转换效率为光电池输出的最大功率与入射光功率的比值，即输出最大功率入射光功率它表示了光电池把光转变为电信号的能力。三、太阳能光电池效率低的原因及改善方法1.太阳能光电池效率低的原因太阳能光电池在光照进PN结时，在PN结的反射、透射等是对太阳光的损耗，会降低转换效率。同时材料和工艺对太阳光的吸收、温度也可能降低转换效率，太阳光照的不稳定也会降低转换效率。在太阳光照进PN结那一刻到产生光生电动势，每一个环节的疏忽或者工艺的不精都会降低转换效率。2.改善方法在太阳光照进PN结到产生光生电动势的每个环节中，每个因素都会降低效率。针对每个环节作出的改善都会提高转换效率。下面仅针对PN结表面反射率的降低来提高转换效率。在太阳电池表面织构化可以有效降低太阳能电池的表面反射率，常采用光刻倒置金字塔结构和化学腐蚀制绒面。由于不同晶向的Si在碱性溶液中腐蚀的速率不同，利用这种差异可以用碱性溶液在31004晶向的Si片上腐蚀出类似金字塔不规则排列的绒面结构。入射光可以在金字塔的侧面上形成两次以上入射，从而大大降低了Si片上的反射率。‘入射光在单晶Si绒面结构上的光路图如图所示，经计算对于垂直入射光，由空气进入Si片，第一次反射光强是入射光强(Ⅰ)的33%,透射光强为67%；第二次反射光强是最初入射光强的呃1%，透射光强为它的22%，两次共透射89%，反射为11%，如果太阳电池Si片表面无绒面，只经过一次反射，反射光强为33%，透射光强为67%，所以Si片表面经过制绒后，其表面的总透射光强增加了。模拟金字塔形锥体如图所示，其四个边长为a的正三角形面积S之和为0S，即203144322SSaaa由此可见，有绒面的受光面比无绒面的受光面提高了3倍，即1.732倍。根据研究人员的研究，也可以在构成超薄硅薄膜的真面增加一种增透膜，并在背面增加多层反射膜和衍射光栅组成的精细结构。更深研究的是利用“量子点”来提高效率。四、太阳能光电池发展现状及产业化的构想最近，光伏电池组件的价格已经降到30元/Wp左右。单晶硅和多晶硅光伏电池的正常使用寿命是二十年。下表列出了几种不同电力的特点和近似价格，由下表所列的内容和特定应用领域的电能。在没有市电，又有充足阳光的地方，光伏电池是首选，与性能较好的蓄电池配合，能大大改善系统输出稳定性。迄今为止，已有数以万计的户用光伏系统进入家庭。LED照明和液晶电视都是低压直流供电的产品，能够大批量的应用在户用光伏系统上。除了户用光伏系统之外，在许多领域，其独立光伏系统也将光伏电力逆变，而采用低压直流供电。像太阳能草坪灯、太阳能路灯、太阳能公路标志灯、太阳能喷泉等，有些产品已经在大批量的出口。用光伏电力作为动力的产品也有了实际应用的示范产品，如太阳能游艇、游览车等，包括太阳能电动自行车也正在研制之中。有一项最具前景的太阳能应用，就是装在建筑物上的屋顶光伏系统，如“屋顶太阳能光伏供电的建筑照明标志系统”，打破了逆变应用的常规，大大提高了光伏系统的效率，降低了光伏系统的生产成本，使其在有市电供应的城市里，也受欢迎的产品。电源种类功率输出特性用电状态参考电价元/瓦小时市电功率大，达到兆瓦以上，用电稳定交流高压依赖于电力部门，需要架设线路，用电地方固定，用电安全问题要求较高0.001干电池功率很小，一般数瓦以内直流低压多为一次性使用，用于便携式设备，电力价格高，废弃电池易造成环境污染0.1~0.5蓄电池一般使用功率在数百瓦以内直流低压可流动性使用，不同种类蓄电池性能、价格差异大，需要反复充电，也存在环境污染问题0.002~0.05风力发电功率范围较宽交直流首风力影响，用电不稳定，不消耗能源并网后应用，用电类似市电0.001~0.005光伏电池功率范围较宽直流低压受阳光照度影响，发电不稳定，不消耗能源，安装简单，维护费少，无环境污染，城市使用可降低温室效应0.002~0.01五、参考文献1.《光电子器件》，汪贵华。北京：国防工业出版社，2009.2.《半导体物理学》，刘恩科，朱秉升，罗晋生。北京：国防工业出版社，2006.