太阳能电池性能测试

1、LOGO太阳能电池测试技术Company Logo内容提要u一、太阳能电池技术背景u二、太阳能电池工作原理u三、太阳能电池类型u四、参考文献与课后习题一、太阳能电池技术背景世界能源结构1.1 能源危机化石能源（煤、石油、天然气）86.5%2012年一、太阳能电池技术背景中国与全球能源结构对比1.1 能源危机我国以煤炭为主一、太阳能电池技术背景1.1 能源危机化石能源储量有限，尽管储量还没有探明100年后，怎么办。一、太阳能电池技术背景1.2 环境污染电煤燃烧: SO2,NO2 酸雨：建筑腐蚀、皮肤伤害一、太阳能电池技术背景1.2 环境污染优：PM2.5 01873年，Mr. Willoughb

2、y Smith在英国“Societyof Telegraph Engineers（电报工程师学会）“第12次常规会议中报告，在Se固体中观察到光伏效应会议简介主席宣布好消息：有两位会员分别捐款100英镑1.5 发展历程一、太阳能电池技术背景Smith, Willoughby, The action of light on selenium (1873). Company Logo1873年，Mr. Willoughby Smith在英国“Societyof Telegraph Engineers（电报工程师学会）“第12次常规会议中报告，在Se固体中观察到光伏效应1.5 发展历程一、太阳能电池

3、技术背景Se: L/5cm10cm w/0.1cm0.15cmPtPt测试电阻随光照的变化Willoughby 描述电阻随光照变化的情况1.5 发展历程一、太阳能电池技术背景Smith, Willoughby, The action of light on selenium (1873). 挪开盖板后，由于光线的引入，导电率增加了15%-100%。如果用彩色玻璃遮挡光线，由于进光量的改变，电阻也会变化。1876年， Adams, W. G. Day, R. E. 在Se 晶体中观察到光伏效应1.5 发展历程一、太阳能电池技术背景W.G. Adams, M.A., et al, The acti

4、on of light on selenium (1876)./stable/109173?seq=1#page_scan_tab_contents Company LogoSe: L/5cm10cm w/0.1cm0.15cmPtPt光照是否产生电流1876年， Adams, W. G. Day, R. E. 在Se 晶体中观察到光伏效应1.5 发展历程一、太阳能电池技术背景第一次在固体中看到光伏效应Company LogoD. M. Chapin, C. S. Fuller, and G. L. Pearson,A New Silicon pn Jun

5、ction Photocell for Converting Solar Radiation into Electrical Power, Journal of Applied Physics 255, 676(1954)1.5 发展历程一、太阳能电池技术背景Efficiency=6%(AM1.5)Max= 22%1.2 eV贝尔实验室，第一块基于PN结的晶硅电池自由电子空穴AUINP1.5 发展历程一、太阳能电池技术背景Jianhua Zhao, M. A. Green, Applied Physics Letters 73,1991-1993(1998)Efficiency=24.4%(A

6、M1.5) Pre-estimated Max of 22%25% of newly estimated MaxArea4cm21.5 发展历程一、太阳能电池技术背景Panosonic, http:/ Area143.7cm2 Advantages: Passivation on Si base surface by amorphous Si, retarding surface recombination, increasing device performanceCompany Logo1.5 发展历程一、太阳能电池技术背景/ncpv/images/ef

7、ficiency_chart.jpgPerovskite solar cell2.1 太阳光谱二、太阳能电池工作原理AM1.5AM1.5GLawrence, L. Kazmerski, Renewable and Sustainable Energy Reviews,1,71(1997)太阳光谱大气质量常数 AM (air mass)2.1 太阳光谱二、太阳能电池工作原理Lawrence, L. Kazmerski, Renewable and Sustainable Energy Reviews,1,71(1997)EfEkEg价带顶HOMO导带底LUMO2.2 光吸收二、太阳能电池工作原理

8、二、太阳能电池工作原理P区N区内建场暗态下，多子扩散，形成内建场+光照下，少子扩散+飘移形成光生电压、电流P区N区内建场+2.3 电荷分离二、太阳能电池工作原理P区N区暗态下，PN结形成之前能带图P区N区内建场，Vbi暗态下，PN结形成后N区2.3 电荷分离二、太阳能电池工作原理N区内建场光照下，少子运动引起能带移动P区N区+电子-空穴移动: 削弱内建场，降低Vbi电子向N区移动: 提高Efn空穴向P区移动: 降低Efp2.3 电荷分离二、太阳能电池工作原理N区P区N区+开路时：Voc=(Efn-Efp) /qVoc电子-空穴移动: 短路时：短路电流2.3 电荷分离二、太阳能电池工作原理2.4

9、 伏安特性+光照下，少子扩散+飘移形成光生电压、电流P区N区内建场+等效电路恒电流源二极管寄生并联电阻寄生串联电阻二、太阳能电池工作原理2.4 伏安特性等效电路暗态下：0(e1)qVnkTdII理想情况Rs0，Rsh无穷大光照下：0(e1)phdqVnkTphIIIII Company Logo数字源表+-未知电学器件数字源表伏安特性扫描装置普通金属界面、PN结、太阳能电池1，双电极/四电极（并联降低接触电阻）2，电极在给出电压的同时，读取电流3，扫描方式：全自动4，测量电流范围：nAA二、太阳能电池工作原理2.4 伏安特性Company LogoOIV暗态下，正偏电流二、太阳能电池工作原理2

10、.4 伏安特性光照下，正偏电流0(e1)qVnkTphIII Company LogoOIVVoc二、太阳能电池工作原理2.5 性能参数IscmaxscocininIVIVFFEffPPmaxoutPIVmaxscocIVFFIVCompany Logo三、太阳能电池类型3.1 硅电池M.A. Green, Solar cell efficiency tables (Version 45)Progress in Photovoltaics, 23,1-9(2015)马丁格林教授： 2004年世界能源技术奖Company Logo三、太阳能电池类型3.1 单结电池晶硅电池III-V化合物电池非晶硅电池染料敏化太阳能电池有机太阳能电池Company Logo三、太阳能电池类型钙钛矿太阳能电池3.1 单结电池Company Logo三、太阳能电池类型3.2 多结电池多结电池，聚光条件下工作Company Logo三、太阳能电池类型3.3 发展方向稳定工作成本低廉柔性、便携便于集成光电转换效率高Company Logo需要你！Company Logo思考题1，如何计算