太阳能电池工作原理及特性参数

PRESERVERESOURCES,SECUREFUTURE,CREATELOCALVALUE-WORLDWIDE太阳能电池工作原理及特性参数南开大学光电子所：陈培专2020/4/5背景太阳能电池工作原理太阳能电池特性参数太阳能电池应用目录2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity2背景太阳能电池工作原理太阳能电池特性参数太阳能电池应用目录2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity32020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity4背景太阳能利用优势取之不尽用之不竭地球1天接收的太阳能=世界1年能源消耗总量X200倍利用方便有光照的地方就有太阳能清洁无废渣、废水、废气无噪音、大气污染、影响生态平衡等环境问题2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity5背景太阳能电池是太阳能利用的重要途径之一背景太阳能电池工作原理太阳能电池特性参数太阳能电池应用目录2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity6太阳能电池：也称光伏电池，是吸收太阳能并将其直接转换为电能的器件基本工作原理光生伏特效应：半导体材料吸收光能后在PN结上产生电动势的效应1839年，法国物理学家贝勒克尔发现（E.Becquerel）PN结：P型半导体和N型半导体实现原子级接触（冶金学接触）所形成的结构2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity7太阳能电池工作原理PN结的形成2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity8太阳能电池工作原理PN结特点扩散与漂移作用平衡，流过PN结的净电流为零PN结的厚度一定内建电场由N指向P接触电位一定（约零点几伏）9太阳能电池工作原理++++++++PN结NP1、产生——光照产生电子空穴对。光子能量大于禁带宽度hvEg2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity10太阳能电池工作原理++++++++PN结NP2、输运——产生的电子空穴对向势场区运动（扩散或漂移）2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity11太阳能电池工作原理++++++++PN结NP3、分离——电子和空穴在内建电场作用下向反方向运动分离2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity12太阳能电池工作原理++++++++PN结NP产生光生电动势2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity13太阳能电池工作原理++++++++PN结NP光生电场空间电荷层减小，PN结势垒降低2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity14太阳能电池工作原理++++PN结NP光生电场背景太阳能电池工作原理太阳能电池特性参数太阳能电池应用目录2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity151、开路电压Voc：受光照的PN结如果处于开路状态，光生载流子只能积累于PN结两侧产生光生电动势，此时在电池外测得的电位差称为光生电压2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity16太阳能电池特性参数++++NP光生电场+VVocVoc是太阳能电池可能获得的最大电压Voc的大小和PN结性质及光照强度有关2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity17太阳能电池特性参数++++2、短路电流Isc：光照状态下把PN结从外部短路，则PN结附近的光生载流子将通过这个途径流通，这时流过太阳电池的叫短路电流。2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity18太阳能电池特性参数NP光生电场+A++++++++非平衡载流子不再积累于PN结两侧，PN结恢复平衡状态电流方向从PN结内部看，从N区指向P区光生电动势为02020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity19太阳能电池特性参数3、转换效率η：最大输出功率（Pmax）和输入光功率（Pin）之比。η=Pmax/Pin2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity20太阳能电池特性参数++++Pmax光生电场+0-∞I-V特性曲线4、填充因子FF：最大输出功率Pmax占以Isc和Voc为边长的矩形面积的比率。FF=Pmax/VocIsc=ImVm/VocIscη=Pmax/Pin=FF*IscVoc/Pin2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity21太阳能电池特性参数背景太阳能电池工作原理太阳能电池特性参数太阳能电池应用目录2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity222020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity23太阳能电池应用光伏建筑一体化光伏电站屋顶电站交通应用航空航天日常应用领域THEENDThankyouforattention2020/4/5InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity24