光伏原理考点总结

.太阳能发电的优点和缺点；优点能量取之不尽用之不竭随地取无污染，环保安全成本低缺点：能量密度低，占地面积大，转换率低，间歇性工作，受气候影响大.太阳光能量主要集中的波长范围，及能量分布最大值对应的波长；波长：0.22-4um99%.大气质量，AM0,AM1,AM1.5;AM0太阳常数90°零辐射AM1垂直入射地球表面，一个标准大气质量AM1.5:48.2°角入射功率1kw/m2.地面和航天用太阳电池的标准测试条件；地面：25+2C,1kw/m2AM1.5航天：25+1C,1353w/m2AM0.光伏电池；将光能转化为电能的光电元件。.太阳电池性能的影响因素；晶体结构日照温度负载电阻光谱响应遮挡.太阳电池对材料选择要求；1,禁带不能太宽2,有较高的光电转换率3,便于生产，材料性能稳定.独立光伏发电系统的主要组成部分；光伏组件，储能装置，变换装置，控制系统，负载.太阳电池组件、方阵；.光伏建筑一体化及其技术特点；分布式，自发自用余电上网.太阳能建筑中的关键技术；.光伏扶贫及其技术特点；.分布式光伏发电；.光生伏特效应；Pn结势垒区的自建电场作用下，p区光生电子穿过pn结进入n区，使n区带负电，n区光生空穴穿过pn结进入p区使p区带正电，最终使pn结两端产生光生电动势和光生电流就是光伏效应。pn结势垒区存在自n区指向p区的内建电场口在该电场作用下，b1乂的光生电子穿过pn结进入n区，使n|X：带负电，n区的光生空穴进入p|乂，使p区带正电，于是在P」i结两端形成了光生电动外V《或称光生电压）和从n区到p区光生电流k0该现象称为p-n结的光生伏特效应c由于光照在p-n结两端产生光生电动势，相当于在p-n结两端加正向电压V,使势垒降低qVD-qV,产生正向电流If（内部从P区指向“区）口.半导体光电器件能产生光生电动势的条件；半导体材料对一定波长的入射光有足够大的吸收系数，具有光伏结构，即有有一个内建电场所对应的势垒区。.光生电流大小的决定因素；载流子的生成率和收集率共同决定提高途径：提高光生载流子的产生率，增加各区少子寿命，减少表面复合.太阳电池工作时的三股电流及流经负载的电流表达式；如光电池与负载通阳接成通路，则通过负载的电流为：.太阳电池的I-V特性曲线;M——池耐电茂•由原特性曲线.短路电流、开路电压定义及其决定因素;短路电流：开路电压：开路下电池两端的电压影响：（np区净掺杂浓度，温度，禁带宽度，光照强度）反向饱和电流和短路电流开路电压的大小U接触必丹第v口仃关口%=2-瓦）=竽口等

qhni""fexp（-霜…需+q爵N区和P区的洋搀杂浓度,掺杂浓度和趣大，接触电势殖（或内拉电Vm技后e也池开路电压通常也过高匚&）机险.温度越高.本征我流广区废nr越大.。械小,电,池的开路电压降低.0-□<3>半导体材料的禁带宽度,禁带宽度挺大.今致本征我流『浓度越小，V&越大，开路电压魁高。开路电东指在开路情况下太阳电池两端的电选令1=0.I=令1=0.I=lsexp=^OC=qV-1一勿管+】）Voc取决太阳电池的反向饱和电流和短路电流-.通常太阳电池所标明的功率即为在标准工作条件下最大功率点所对应的功率;

曲线上M点为该太阳电池的最佳工作点（或最大功率点），1nl为最佳I：作'电流,—为最佳工作电压,%为最齐佳负载电阻・对应的最大输出功率为mPm=Anhn=Knax输出中一流通常太阳电池所标明的功率即为在标准工作条件卜.最大功率*所对应Pm=Anhn=Knax输出中一流FF二电。尤Vockc^ochc22.光电转换效率公式;转换效率可太阳光辐照强度/（FF二电。尤Vockc^ochc22.光电转换效率公式;转换效率可太阳光辐照强度/（kWJcm"）x受光面积/（nf）乂100%yx7xFF“江工”-乂100%太阳辐射功率.理想和实际太阳电池的等效电路;理想：七：0U百

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后:a或aOOG©@'j®；0：©：Gro©*©•©；©1•••0|G>0.0：0-r二、—I内比业场£此生电场ft理想太阳电池可等效为一恒流源（光生电流）与,正向二极管并联.无光照时类似二极管特性，有光照时产生光牛.电流【L，”.为负载◎」=，i卜P倦）-1

实际RsK、11sh分别为太阳电池中的串、并联电阻口实际太阳电池的出流与电压美系为q(V+/星)

k°TV+/R§Rsh.实际RsK、11sh分别为太阳电池中的串、并联电阻口实际太阳电池的出流与电压美系为q(V+/星)

k°TV+/R§Rshq(V+IKs)O.Q0」01OJ04Q.5Qh0.7q(V+IKs)O.Q0」01OJ04Q.5Qh0.7胆看电选V串联电网对电流电氐特性的霰响乐意图3\q(N+lRs)Y«香至印V+//?-\q(N+lRs)Y«香至印V+//?-1RD«07电池电Hl并胧电阻对电流电历特性的影响示意图IQE0L)=EQEW1-KOI)一丁⑶并联电阻不会影晌电池的短路电流，而对填充因子的影响较大进而影响开路电压。.内、外量子效率及二者的关系；内量子效率：被太阳电池吸收的波长为r的光子能对外电路提供一个电子的概率。反映对短路电流有贡献的光生载流子数与被电池吸收的光子数。（考虑了反射损失，电池的实际吸收，IQE）外量子效率：对整个太阳光谱，入射到太阳能电池表面的波长为r的光子能对外电路提供一个电子的概率。（不考虑反射损失，EQE两者关系：其中，及为由池中球先反时率，T为电池半球透射率匕如果电池足够厚，T为零。.光电转换效率的测定方法;第三章.硅为间接带隙半导体，带隙为1.12eV;.单晶、多晶和非晶的特点；单晶：晶格缺陷少，电池效率高；多晶：转换效率比单晶低，但价格低非晶，无规则外形，内部不存在长程有序.单晶和多晶硅片在外观上的区别；???.直拉法制备单晶硅的简单流程;加料一熔化T缩颈生长T放肩生长一等径生长T尾部生长.晶体硅太阳电池的基本结构;1,表面栅线2,绒面3,蓝色氮化硅4,扩散层5,硅基体6,铝硅形成背面（铝背场）太阳电池的J舌木结构.太阳电池表面织构化的形式及其作用；作用：通过增加太阳光在硅片内部的有效运动长度，进而增加光线被吸收的机会形式：金字塔，倒金字塔（嗷）.影响太阳电池减反膜的因素，常用的减反膜材料；概念：界面上的反射光相互干涉降低反射率主要材料：MgF2SiO2,A12O3,SiO影响因素：透明度高，相匹配的折射率，稳定性，机械牢固度（贴合衬底）.单晶硅太阳电池的特点；1,完整的结晶，效率高2,不容易产生光之衰退效应3,发电特性稳定4,硅原料丰富5,承受应力强.光致衰退效应；a-Si:H薄膜较长时间强光照或强电流通过后，其内部产生缺陷使电池性能下降效应。原因：光照导致带隙中产生了新的悬挂键，影响了费米能级位置，电子的复合过程，从而改变电池性能。.晶体硅太阳电池表面钝化处理的必要性及常用钝化方式；必要性：在表面，晶体周期性破坏产生悬挂键，会引入大量缺陷能级，表面复合增加，降低了电池性能。而表面钝化可以降低表面复合速率，提高电池性能。（饱和悬挂键,降低表面活性，增加表面清洁有序）方式：1,化学钝化，使界面各种缺陷饱和，减少复合中心。2,场效应钝化，使电荷积累，在界面处形成静电场，降低少子浓度。.PECVD（等离子体增强化学气相沉积，钝化膜制备方法）；概念：利用辉光放电的物理作用来激活粒子的一种化学气相沉淀反应。机理：释放的原子态氢可以饱和界面上的悬挂键；且沉淀膜中会有正电的悬挂键,正电荷会产生场效应钝化作用降低表面复合效率。.太阳电池对电极的要求；1,接触电阻小；2,收集效率高3,稳定性好4,成本低5,易于引线，可焊性好6,能与硅形成牢固的接触.太阳电池铝背场的作用；.丝网印刷机所用金属丝网的开口率、吐出量的公式;

②开11;线和线之间间隔的数值③口数：I平方英寸内网孔的个数④开口率：空间面积与全体面积的比率⑤吐出量（透墨量）:隹网单位面积内油墨透过网孔的总量.开口率（％户（开口/（开口+线径）＞x100例）325n、线径28川11,开口50口11（5Q/（50+28））2X100=41%口上出出（pm尸开口率X丝网厚度例）325目、线径28Hm、厚度60四】0.41X60pm=24.6pm.丝网印刷电极所用浆料的成分；导电相：一般是ag粉末有机载体：调节浆料的流动性等有利于印刷有机结合剂：固定金属粉末玻璃粉：用于刻蚀反应，帮助银粉与硅表面结合。.丝网印刷电极后续的烧结目的；目的：干燥硅片上的浆料，燃尺浆料的有机成分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接.纵观硅基太阳电池的发展历程，光电转换效率大幅提高主要是由于在哪两个方面的重大改进；??第四章CRN\..能与实验结果符合较好的非晶硅连续无规网络模型（CNR模型）；概念：任一原子周围有四个原子，只是键长和键角不同，因此长程无序

CRN\..非晶态固体的电子本征态；由于长程无序，不能再用BLOch函数表述分为：扩展态波函数（可延伸到整个材料）；定域态波函数（限制在一局域范围，指数衰减）46.迁移率边;概念:随着无序程度的增加，定域态与犷展态的交界处向能带中部移动,Ec和相互接近，最后相遇F能带中部,整个能带中的态都变为定域态。对于能量在定域态范围的电子,在T=OK时电子的迁移率为。，当能量改变进入扩展态时，电子的迁移率g突然瑜至一个有限值，因此把能带中扩展态和定域态的交界处心和耳，叫做迁移率边.47.非晶半导体的能带模型;»非晶半导体的能带模型①每个原子的价键要求被满足，保持了与晶态同样的共价键数Ec导带或近邻有序，形成基本的能带;②由于缺乏长程序，即键长和键帆的涨落，形成定域态带尾;③在带尾定域态与扩展态之间存在明显的分界线，叩迁移率边Ec和Ev;⑷由于悬键等缺陷造成能隙中间

的缺陷定域带（带隙态）。带隙态价带短程有序一基本能带长程无存一定域态带尾悬挂键一带隙中间形成隙态48.非晶硅中掺入氢的作用；降低材料中的缺陷，饱和悬挂键49.本征非晶硅的电导类型。1,扩展态电导2,带尾态跳跃电导3,费米能级附近近程跳跃电导4,变程跳跃电导3.立流电导与温度的关系图5,6昨履硅直流电时率的御度依幢关系鹏上式第一项是犷展态电导，第二项是带尾态电导，第三项是费米能级附近局域态的近程跳跃电导,最后一项是极低温下的变程跳跃电导。以In%对1”作图,由各段直线的斜率可分别求出E。一班，场一%+忆及明06-,0Ti'k./.非晶硅材料最重要的特点，也是能够成为低价格太阳能电池的最主要因素。由于非晶态长程无序，非晶硅的吸收系数大一个量级.a-Si:H光吸收的三个区域。♦本征吸收区（A区A由电子吸收能量大于光学带隙的光子从价带内部向导带内部跃迁而产生的吸收。在此区域，a-Si:H的吸收系数较大，通常在UcnW以上，随光f能垦的变化具有案指数特征，在可见光谱范围内，的吸收系数要比品体硅大得多（而1-2个数最级），而太阳能电池主要是符可见光部分的光能（L6eW3.6eV）转化成电能,这也是非晶硅太阳能电池可取代晶体硅太阳能电池的重要原因之♦带尾吸收区（B区X这个区域的吸收对应电子从价带边扩展态到导带尾态的跃迁，或者电子从价带尾态到导带边犷展态的跃迁.在此区域，l<a<10^cm-i,与hv呈指数关系，所以也称指数吸收区.♦次带吸收X（C区）：通常位于近红外区的低能吸收，对应于电子从价带到带隙态或从带隙态到导带的跃迁.此区域的吸收系数口很小，又称为非本征吸收，其特点是a随光子能量的减小趋于平缓。导带L本征吸收区cmJ）hv>Eg,不受准动量守恒的限制口导带非晶硅的本征光吸收>>晶体娃的本征光吸收2.带边（指数）吸收区（l<avl（）4cm1）（iocexp（hv/F；0）带尾态的指数分布（Ubach带尾）Eg—Ubach能量，1标志带尾的宽度和结构无序的程度3,次带（带隙态）吸收区（a<10cnr】）提供带隙态的信息..光致退化效应。光致退化效应是非晶硅作为光伏材料的主要缺点，也是制约其大发展的主要障碍。.晶体硅与非晶硅基本特征的比较。1,晶体长程有序，非晶短程有序，长程无序2,晶体硅由连续共价键组成，非晶共价键连续无规3,单晶硅各向异性，非晶硅各向同性4,非晶有更高的晶格势能5,晶体硅是间接带隙结构，非晶硅是直接带隙结构，宽1.5ev.微晶硅。概念：电导率高，尺寸在1-10纳米自嵌于非晶硅基中（uc-Si）制备：等离子体增强化学气相沉淀.非晶硅薄膜太阳电池的优缺点。优点：光吸收系数高，制造成本低，禁带宽度大，开路电压高，力学性能好，便于生产，衬底选择多，光伏一体前景大缺点：效率低，稳定性差（光致衰退）.非晶硅薄膜太阳电池采用p-i-n结构，而不采用单晶硅太阳电池的p-n结构的原因。Pn缺陷多，载流子扩散长度短，容易被复合而要求材料要薄，薄导致光吸收不足，光生电流小Pin中i层为光吸收层，光吸收效率高，光生电流大简单来说pn扩散决定器件，pin是漂移决定器件。（i为本征非晶硅材料）.p-i-n型非晶硅薄膜太阳电池一般沉积在玻璃衬底上，以p、i、n的顺序连续沉积各层而得，说明各层的作用。透明导电氧化物膜（TCO：透光，电极.为什么非晶硅薄膜太阳电池的p层总在迎光面？一方面空穴扩散长度短，p层受光便于收集空穴，另一方面，电子扩散长度长，n区背光电子收集损失小.衡量透明导电膜的三个重要指标。1,电导