太陽能電池工作原理及特性參數(shù)

1、太陽能電池工作原理及特性參數(shù)南開大學(xué)光電子所：陳培專2022/7/27背景太陽能電池工作原理太陽能電池特性參數(shù)太陽能電池應(yīng)用目錄2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University2背景太陽能電池工作原理太陽能電池特性參數(shù)太陽能電池應(yīng)用目錄2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University32022/7/27Institute of

2、 Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University4背景太陽能利用優(yōu)勢取之不盡用之不竭地球1天接收的太陽能=世界1年能源消耗總量 X 200倍利用方便有光照的地方就有太陽能清潔無廢渣、廢水、廢氣無噪音、大氣污染、影響生態(tài)平衡等環(huán)境問題2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University5背景太陽能電池是太陽能利用的重要途徑之一背景太陽能電池工作原理太陽能電池特性參數(shù)太陽能電

3、池應(yīng)用目錄2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University6太陽能電池：也稱光伏電池，是吸收太陽能并將其直接轉(zhuǎn)換為電能的器件基本工作原理光生伏特效應(yīng)：半導(dǎo)體材料吸收光能后在PN結(jié)上產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)1839年，法國物理學(xué)家貝勒克爾發(fā)現(xiàn)（E.Becquerel）PN結(jié)：P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體實現(xiàn)原子級接觸（冶金學(xué)接觸）所形成的結(jié)構(gòu)2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Techni

4、que of Nankai University7太陽能電池工作原理PN結(jié)的形成2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University8太陽能電池工作原理PN結(jié)特點擴(kuò)散與漂移作用平衡，流過PN結(jié)的凈電流為零PN結(jié)的厚度一定內(nèi)建電場由N指向P接觸電位一定（約零點幾伏）9太陽能電池工作原理+PN結(jié)NP1、產(chǎn)生光照產(chǎn)生電子空穴對。光子能量大于禁帶寬度hvEg2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices

5、and Technique of Nankai University10太陽能電池工作原理+PN結(jié)NP2、輸運產(chǎn)生的電子空穴對向勢場區(qū)運動（擴(kuò)散或漂移）2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University11太陽能電池工作原理+PN結(jié)NP3、分離電子和空穴在內(nèi)建電場作用下向反方向運動分離2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai Universi

6、ty12太陽能電池工作原理+PN結(jié)NP產(chǎn)生光生電動勢2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University13太陽能電池工作原理+PN結(jié)NP光生電場空間電荷層減小，PN結(jié)勢壘降低2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University14太陽能電池工作原理+PN結(jié)NP光生電場背景太陽能電池工作原理太陽能電池特性參數(shù)太陽能電池應(yīng)用目錄2022

7、/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University151、開路電壓Voc：受光照的PN結(jié)如果處于開路狀態(tài)，光生載流子只能積累于PN結(jié)兩側(cè)產(chǎn)生光生電動勢，此時在電池外測得的電位差稱為光生電壓2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University16太陽能電池特性參數(shù)+NP光生電場+VVocVoc是太陽能電池可能獲得的最大電壓Voc的大小和PN結(jié)

8、性質(zhì)及光照強(qiáng)度有關(guān)2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University17太陽能電池特性參數(shù)+2、短路電流Isc：光照狀態(tài)下把PN結(jié)從外部短路，則PN結(jié)附近的光生載流子將通過這個途徑流通，這時流過太陽電池的叫短路電流。2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University18太陽能電池特性參數(shù)NP光生電場+A+非平衡載流子不再積累于PN

9、結(jié)兩側(cè)，PN結(jié)恢復(fù)平衡狀態(tài)電流方向從PN結(jié)內(nèi)部看，從N區(qū)指向P區(qū)光生電動勢為02022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University19太陽能電池特性參數(shù)3、轉(zhuǎn)換效率：最大輸出功率（Pmax）和輸入光功率（Pin）之比。 = Pmax/Pin2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University20太陽能電池特性參數(shù)+Pmax光生電場+0

10、-I-V特性曲線4、填充因子FF：最大輸出功率Pmax占以Isc和Voc為邊長的矩形面積的比率。FF=Pmax/VocIsc=ImVm/VocIsc = Pmax/Pin=FF*IscVoc/Pin2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University21太陽能電池特性參數(shù)背景太陽能電池工作原理太陽能電池特性參數(shù)太陽能電池應(yīng)用目錄2022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University222022/7/27Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai Universit