硅太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)模板教學(xué)課件2

第四章:硅太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)§41基礎(chǔ)太陽(yáng)能〓smc電池設(shè)計(jì)§42光學(xué)設(shè)計(jì)§43復(fù)合效應(yīng)的降低§44電阻損耗§45太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)2019/10/27§411基礎(chǔ)太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)包括明確電池結(jié)構(gòu)的參數(shù)以使轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大,以及設(shè)置一定的限制條件。這些條件由太陽(yáng)能電池所處的制造環(huán)境所決定。例如,如果用于商業(yè),即以生產(chǎn)最具價(jià)格優(yōu)勢(shì)的電池為目標(biāo),則需要著重考慮制造電池的成本問題。然而,如果只是用于以獲得高轉(zhuǎn)換效率為目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)研究,則主要考慮的便是最高效率而不是成本。2019/10/27§411基礎(chǔ)太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)Efficiencyofsiliconsolarc創(chuàng)(0194019501981970199019200硅太陽(yáng)能電池效率的演變§411基礎(chǔ)太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)理論上,光伏電池的最高轉(zhuǎn)換效率能達(dá)到90%以上。然而,這一數(shù)字的獲得是以幾個(gè)假設(shè)為前提的,這些假設(shè)在實(shí)際上很難或根本不可能達(dá)到,至少在現(xiàn)今人類的科技水平和對(duì)器件物理的理解上很難達(dá)到。對(duì)于硅太陽(yáng)能電池來說,其在一個(gè)太陽(yáng)照射下,比較實(shí)際的理論最高效率值大約為26%28%現(xiàn)今實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的硅太陽(yáng)能電池的最高效率為247%理論值與實(shí)際測(cè)量值之間的差距主要來自兩個(gè)方面因素首先,在計(jì)算理論最大效率時(shí),人們假設(shè)所有入射光子的能量都被充分利用了,即所有光子都被吸收,并且是被禁帶寬度與其能量相等的材料吸收了。為了獲得這種理論效果,人們想出一種由無(wú)限多層材料禁帶寬度不同的電池疊加在一起的模型,每一層都只吸收能量與其禁帶寬度相等的光子§411基礎(chǔ)太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)第二個(gè)因素是假設(shè)入射光有高聚光比。并假設(shè)溫度和電阻效應(yīng)對(duì)聚光太陽(yáng)能電池的影響很小,而光強(qiáng)的增加能適當(dāng)增加短路電流。因?yàn)殚_路電壓o受短路電流的影響,Voc隨著光強(qiáng)呈對(duì)數(shù)上升。再者,因?yàn)樘畛湟蜃右搽S著vc的提高而提高所以填充因子同樣隨著光強(qiáng)的增加而提高。因光強(qiáng)的增加而額外上升的voc和FF使聚光太陽(yáng)能電池獲得更高的效率。為獲得最高效率,在設(shè)計(jì)單節(jié)太陽(yáng)能電池時(shí),應(yīng)注意幾項(xiàng)原則:1.提高能被電池吸收并生產(chǎn)載流子的光的數(shù)量2.提高pn結(jié)收集光生載流子的能力3盡量減小黑暗前置電流4.提取不受電阻損耗的電流2019/10/27UNSW新南威爾士大學(xué)§421光學(xué)特性光的損耗光的損耗主要以降低短路電流的方式影響太陽(yáng)能電細(xì)n表面反射池的功率。被損耗的光包括電極所↓本來有能力在電池中產(chǎn)生電阻擋↓↑子空穴對(duì),但是被電池表面反射走的光線。對(duì)于大多數(shù)Theearsuram太陽(yáng)能電池來說,所有的可被電池的背面反射見光都能產(chǎn)生電子空穴對(duì),因此它們都能被很好地吸收。2019/10/27UNSW新南威爾士大學(xué)§421光學(xué)特性光的損耗有很多減少光損失的方法:·盡量使電池頂端電極覆蓋的面積達(dá)到最小(盡管這樣可能導(dǎo)致串聯(lián)電阻的增加)。這一點(diǎn)在串聯(lián)電阻一節(jié)中有詳細(xì)討論。在電池上表面加減反射膜表面制絨·增加電池的厚度以提高吸收(盡管任何在與pn結(jié)的距離大于擴(kuò)散長(zhǎng)度的區(qū)域被吸收的光,都因載流子的復(fù)合而對(duì)短路電流沒有貢獻(xiàn))通過表面制絨與光陷阱的結(jié)合來增加電池中光的路徑長(zhǎng)度2019/10/27UNSW新南威爾士大學(xué)s422光學(xué)特性減反射膜加在太陽(yáng)能電池上表面的減反射膜與在其他光學(xué)器件(如相機(jī)鏡頭)上的膜相似。它們包含了一層很薄的介電材料層,膜的厚度經(jīng)過特殊設(shè)計(jì),光在膜間發(fā)生干涉效應(yīng),避免了像在半導(dǎo)體表面那樣被反射出去。這些避免被反射出去的光與其它光發(fā)生破壞性干擾,導(dǎo)致被反射出電池的光強(qiáng)為零。除了減反射膜,干涉效應(yīng)還能在水面上的油膜上看到,它能產(chǎn)生彩虹般的彩色帶。2019/10/27UNSW新南威爾士大學(xué)s422光學(xué)特性減反射膜減反射膜的厚度經(jīng)過特殊設(shè)計(jì),剛好為入射光波長(zhǎng)的四分之一。計(jì)算過程如下,對(duì)于折射率為n1的薄膜材料,入射光真