單晶硅硅太陽(yáng)能電池

單晶硅硅太陽(yáng)能電池第一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史1單晶硅太陽(yáng)能電池與多晶硅太陽(yáng)能電池的差異

2單晶硅太陽(yáng)能電池的工作原理

3目錄5光照對(duì)單晶硅太陽(yáng)能電池的影響

65溫度對(duì)單晶硅太陽(yáng)能電池的影響

4單晶硅太陽(yáng)能電池的基本特性參數(shù)

第二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日一、太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史1839年法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾首次發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)。1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一個(gè)單晶硅太陽(yáng)能電池。1958年我國(guó)研制出了首塊硅單晶，研發(fā)出的電池主要用于空間領(lǐng)域。70年代末，我國(guó)與國(guó)際同期開(kāi)展了砷化鎵太陽(yáng)能電池研究，該電池具有很高的光吸收系數(shù)，1999年，2×2cm2電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)22％。1975年寧波、開(kāi)封先后成立太陽(yáng)電池廠，電池制造工藝模仿早期生產(chǎn)空間電池的工藝，太陽(yáng)能電池的應(yīng)用開(kāi)始從空間降落到地面。80年代末期，國(guó)內(nèi)先后引進(jìn)了多條太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線(xiàn)，生產(chǎn)能力由原來(lái)的幾百KW（千瓦）一下子提升到4.5MW，這種產(chǎn)能一直持續(xù)到2002年，產(chǎn)量則只有2MW左右。1999年，保定天威英利新能源有限公司承建了“多晶硅太陽(yáng)能電池及應(yīng)用系統(tǒng)示范工程”項(xiàng)目，2003年12月正式通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，全線(xiàn)投產(chǎn)，填補(bǔ)了我國(guó)不能商業(yè)化生產(chǎn)多晶硅太陽(yáng)能電池的空白。第三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日2002年9月，尚德第一條10MW太陽(yáng)電池生產(chǎn)線(xiàn)正式投產(chǎn)，產(chǎn)能相當(dāng)于此前四年全國(guó)太陽(yáng)電池產(chǎn)量的總和，一舉將我國(guó)與國(guó)際光伏產(chǎn)業(yè)的差距縮短了15年。2004年1月19日，中國(guó)第一臺(tái)12對(duì)棒多晶硅高效節(jié)能大還原爐在中硅高科試驗(yàn)成功，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。至此，中國(guó)人掌握了由美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)壟斷20余年的多晶硅生產(chǎn)核心技術(shù)。2005年，國(guó)內(nèi)第一個(gè)300噸多晶硅生產(chǎn)項(xiàng)目在洛陽(yáng)中硅建成投產(chǎn)，拉開(kāi)了中國(guó)多晶硅大發(fā)展的序幕。2005年12月14日，無(wú)錫尚德在美國(guó)紐約證券交易所掛牌，成為中國(guó)內(nèi)地首家在紐交所掛牌上市的民營(yíng)高科技企業(yè)。從此，國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)和研發(fā)也駛?cè)肓丝燔?chē)道。2007年，我國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的三分之一，成為世界第一大太陽(yáng)能電池生產(chǎn)國(guó)。結(jié)語(yǔ)：盡管我國(guó)從2007年開(kāi)始成為世界生產(chǎn)太陽(yáng)能電池最多的國(guó)家，但與國(guó)外還有不少的差距。而且，在各種新型太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)上，我們還處在起步的階段，而國(guó)外已經(jīng)有了很大的發(fā)展，因此，我國(guó)太陽(yáng)能電池的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。第四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、單晶硅太陽(yáng)能電池與多晶硅太陽(yáng)能電池的差異單晶硅和多晶硅都是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。單晶硅即原子排列得非常整齊，晶格位向完全一致，且無(wú)任何缺陷存在。多晶硅即由許多位向不同的晶格組成，且其內(nèi)部還存在著多種晶體缺陷。多晶硅是制造單晶硅的原料。單晶是采取直拉發(fā)生產(chǎn)，直拉過(guò)程就是一個(gè)原子結(jié)構(gòu)重組的過(guò)程。而多晶多采用澆注法生產(chǎn)，就是直接把硅料倒入坩堝中融化定型。單晶硅片為方圓形，多晶硅為方形。對(duì)太陽(yáng)電池來(lái)講，方形基片更合算，通過(guò)澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料。單晶硅電池具有電池轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高；多晶硅電池成本低，但轉(zhuǎn)換效率略低于單晶硅太陽(yáng)能電池。第五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日多晶硅：硅錠——硅片——電池片——組件單晶硅：硅棒——硅片——電池片——組件第六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、單晶硅太陽(yáng)能電池的工作原理

單晶硅太陽(yáng)能電池片的結(jié)構(gòu)主要包括：正面梳狀電極、減反射膜、N型層、PN結(jié)、P型層、背面電極等，如下圖所示：第七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日工作原理：當(dāng)太陽(yáng)光照射到太陽(yáng)電池上并被吸收時(shí)，其中能量大于禁帶寬度的光子能把價(jià)帶中電子激發(fā)到導(dǎo)帶上去，形成自由電子，價(jià)帶中留下帶正電的自由空穴，即電子一空穴對(duì)；自由電子和空穴在不停的運(yùn)動(dòng)中擴(kuò)散到P-N結(jié)的空間電荷區(qū)，被該區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)分離，電子被掃到電池的N型一側(cè)，空穴被掃到電池的P型一側(cè)，從而在電池上下兩面(兩極)分別形成了正負(fù)電荷積累，產(chǎn)生“光生電壓”，即“光伏效應(yīng)”，若在電池兩側(cè)引出電極并接上負(fù)載，負(fù)載中就有“光生電流”通過(guò)。工作原理圖第八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日四、單晶硅太陽(yáng)能電池的基本特性參數(shù)

開(kāi)路電壓UOC，即將太陽(yáng)能電池置于100mW/cm2的光源照射下，在兩端開(kāi)路時(shí)，太陽(yáng)能電池的輸出電壓值。短路電流ISC，就是將太陽(yáng)能電池置于標(biāo)準(zhǔn)光源的照射下，在輸出端短路時(shí)，流過(guò)太陽(yáng)能電池兩端的電流。最大輸出功率Pm，如果選擇的負(fù)載電阻值能使輸出電壓和電流的乘積最大，即可獲得最大輸出功率。填充因子FF，他是最大輸出功率與開(kāi)路電壓和短路電流乘積之比，是代表太陽(yáng)能電池在帶最佳負(fù)載時(shí)，能輸出的最大功率的特性。轉(zhuǎn)換效率η指在外部回路上連接最佳負(fù)載電阻時(shí)的最大能量轉(zhuǎn)換效率。伏安特性，工作狀態(tài)下太陽(yáng)電池的電壓-電流特性。第九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D示：在給定的日照和溫度下短路電流ISC

、開(kāi)路電壓UOC、輸出功率Pm與填充因子FF的關(guān)系。實(shí)線(xiàn)部分是I-V（伏安）曲線(xiàn)，虛線(xiàn)部分為P-V（伏瓦）曲線(xiàn)。UocIsc第十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日五、溫度對(duì)單晶硅太陽(yáng)能電池的影響溫度對(duì)I-V特性的影響第十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日溫度對(duì)短路電流的影響圖1短路電流與溫度的關(guān)系

Isc隨溫度上升而緩慢上升，這是由于串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻的存在，光電流流過(guò)Rs要產(chǎn)生一定壓降，當(dāng)測(cè)量短路電流時(shí)在Rsh上也要損失部分電流，而且隨著電流的增大，兩者的影響也加大，從而抑制了Isc的增加。第十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日溫度對(duì)它的輸出開(kāi)路電壓影響大，溫度越高，開(kāi)路電壓越低。溫度對(duì)開(kāi)路電壓的影響圖2開(kāi)路電壓與溫度的關(guān)系第十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日在這一溫度范圍內(nèi)，輸出功率出現(xiàn)一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，并不是朝一個(gè)方向變化。在305K左右，電池的輸出功率最大。通過(guò)最大值以后輸出功率隨溫度的增加而降低。溫度對(duì)輸出功率的影響圖3輸出功率與溫度的關(guān)系第十四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日串、并聯(lián)電阻對(duì)填充因子有較大影響，串聯(lián)電阻越大，填充因子也隨之減少的越多；并聯(lián)電阻越小，填充因子隨之也下降的越多，在這一溫度范圍內(nèi)，填充因子出現(xiàn)一個(gè)最大值，填充因子隨著溫度的變化而變化。

溫度對(duì)填充因子的影響圖4填充因子與溫度的關(guān)系第十五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日六、光照對(duì)單晶硅太陽(yáng)能電池的影響

基本量的測(cè)定在不加偏壓用白光照射時(shí)(暗箱中光源到太陽(yáng)能電池的距離保持為20cm，裝置如下圖所示)，測(cè)量太陽(yáng)能電池在不同負(fù)載電阻R下通過(guò)太陽(yáng)能電池的輸出電流I和輸出電壓U，并由此確定當(dāng)太陽(yáng)能電池輸出功率為Pmax時(shí)相應(yīng)的負(fù)載電阻R，并繪制I-U關(guān)系圖和P-R關(guān)系圖。再?gòu)腎-U圖中找出短路電流Isc和開(kāi)路電Uoc，從P-R圖中找出最大輸出功率Pmax及相應(yīng)的負(fù)載電阻，計(jì)算可得到填充因子FF。第十六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日在不加偏壓時(shí)，以白色光照射太陽(yáng)能電池，電路原理圖如圖A所示。測(cè)得在不同負(fù)載電阻R下流過(guò)太陽(yáng)能電池的電流I和太陽(yáng)能電池的輸出電壓U，分析所得數(shù)據(jù)可得到電流I和電壓U的變化關(guān)系，如圖B所示。同理，太陽(yáng)能電池的輸出功率P與負(fù)載電阻R的關(guān)系如圖C所示：+太陽(yáng)能電池—VA光照?qǐng)DA電路原理圖第十七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)DB圖C由圖B可知，ISC=0.722mA；UOC=3.78V。由圖C可知，Pmax=1.887mW；此時(shí)R=5400Ω。算出填充因子：第十八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日光照效應(yīng)在暗箱中，取定J0作為標(biāo)準(zhǔn)的光照強(qiáng)度，在本實(shí)驗(yàn)中，取自光源水平距離20cm處光強(qiáng)作為標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度，用光度計(jì)測(cè)量該處的光照強(qiáng)度J0。通過(guò)改變太陽(yáng)能電池到光源的距離d，來(lái)改變光照強(qiáng)度J。而J/J0是太陽(yáng)能電池接受的相對(duì)光強(qiáng)度。通過(guò)測(cè)量Isc、Uoc與J/J0

，可得出Isc、Uoc分別與J/J0之間的近似函數(shù)關(guān)系，如圖D、圖E所示。圖DISC-J/J0的函數(shù)關(guān)系圖第十九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)DEUOC-J/J0的函數(shù)關(guān)系圖

從圖D圖E得到Isc、Uoc與相對(duì)光強(qiáng)度J/J0的函數(shù)關(guān)系式為：相關(guān)系數(shù)

相關(guān)系數(shù)

第二十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日輸出功率和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系通過(guò)改變光照強(qiáng)度，也就是單晶硅太陽(yáng)能電池與光源之間的距離d變化，測(cè)量幾組不同的輸出電壓和輸出電流數(shù)值，可以得到在不同的光照下的輸出功率，進(jìn)而得到輸出功率和光照強(qiáng)度的關(guān)系，如下圖所示：第二十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日本章總結(jié)：圖示：隨著光照的變化I-V曲線(xiàn)和P-V曲線(xiàn)的變化圖，從圖中可以看出，短路電流隨光照的增強(qiáng)呈線(xiàn)性增長(zhǎng)，開(kāi)路電壓變化很小，但輸出功率因?yàn)槎搪冯娏鞯挠绊懽兓@著。

I-V曲線(xiàn)P-V曲線(xiàn)第二十二頁(yè)，共二