太阳能电池工作原理及特性参数

1、PRESERVE RESOURCES, SECURE FUTURE, CREATE LOCAL VALUE - WORLDWIDE太阳能电池工作原理及特性参数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2022-2-4背景背景太阳能电池工作原理太阳能电池工作原理太阳能电池特性参数太阳能电池特性参数太阳能电池应用太阳能电池应用目录目录2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University2背景背景太阳能电池工作原理太阳能电池工作原理太阳能电池特性参数太阳能电池特

2、性参数太阳能电池应用太阳能电池应用目录目录2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University32022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University4背景太阳能利用优势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 X 200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

3、境问题2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University5背景太阳能电池是太阳能利用的重要途径之一太阳能电池是太阳能利用的重要途径之一背景背景太阳能电池工作原理太阳能电池工作原理太阳能电池特性参数太阳能电池特性参数太阳能电池应用太阳能电池应用目录目录2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University6太阳能电池太阳能电池：也称光伏电池

4、，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基本工作原理光光生伏特效应生伏特效应：半导体材料吸收光能后在PN结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2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University7太阳能电池工作原理PN结的形成结的形成2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devi

5、ces and Technique of Nankai University8太阳能电池工作原理PNPN结特点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+PNPN结结N NP P1 1、产生产生光照产生电子空穴对。光子能量大于禁带宽度hvEg2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University10太阳能电池工作原理+PNPN结结N NP P2 2、输、输运运产生的电子空穴对向势场区

6、运动（扩散或漂移）2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University11太阳能电池工作原理+PNPN结结N NP P3 3、分离、分离电子和空穴在内建电场作用下向反方向运动分离2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University12太阳能电池工作原理+PNPN结结N NP P产生光生电动势产生光生电动势2022-2-4Institute

7、 of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University13太阳能电池工作原理+PNPN结结N NP P光生电场光生电场空间电荷层减小，空间电荷层减小，PN结势垒降低结势垒降低2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University14太阳能电池工作原理+PNPN结结N NP P光生电场光生电场背景背景太阳能电池工作原理太阳能电池工作原理太阳能电池特性参数太阳能电池特性参数太阳能

8、电池应用太阳能电池应用目录目录2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University151、开路电压、开路电压Voc：受光照光照的PN结如果处于开路开路状态，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2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University16太阳能电池特性参数+N NP P光生电场光生电

9、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2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University17太阳能电池特性参数+2、短路电流、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。2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai Univer

10、sity18太阳能电池特性参数N NP P光生电场光生电场+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02022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University19太阳能电池特性参数3、转换效率、转换效率：最大输出功率（Pmax）和输入光功率（Pin）之比。 = Pmax/Pin2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Tech

11、nique of Nankai University20太阳能电池特性参数+P Pmaxmax光生电场光生电场+0-I-V特性曲线特性曲线4、填充、填充因子因子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/VocIsc = Pmax/Pin=FF*IscVoc/Pin2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University21太阳能电池特性参数背景背景太阳能电池工作原理太阳能电池工作原理太阳能电池特性参数太阳能电池特性参数太阳能电池应用太阳能电池应用目录目录2022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University222022-2-4Institute of Photo-electronics Thin Film Devices and Technique of Nankai University23太阳能电