单晶硅硅太阳能电池

单晶硅硅太阳能电池第1页，共24页，2023年，2月20日，星期一太阳能电池的发展历史1单晶硅太阳能电池与多晶硅太阳能电池的差异

2单晶硅太阳能电池的工作原理

3目录5光照对单晶硅太阳能电池的影响

65温度对单晶硅太阳能电池的影响

4单晶硅太阳能电池的基本特性参数

第2页，共24页，2023年，2月20日，星期一一、太阳能电池的发展历史1839年法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应。1954年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅太阳能电池。1958年我国研制出了首块硅单晶，研发出的电池主要用于空间领域。70年代末，我国与国际同期开展了砷化镓太阳能电池研究，该电池具有很高的光吸收系数，1999年，2×2cm2电池的转换效率达22％。1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂，电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，生产能力由原来的几百KW（千瓦）一下子提升到4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。1999年，保定天威英利新能源有限公司承建了“多晶硅太阳能电池及应用系统示范工程”项目，2003年12月正式通过国家验收，全线投产，填补了我国不能商业化生产多晶硅太阳能电池的空白。第3页，共24页，2023年，2月20日，星期一2002年9月，尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产，产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和，一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了15年。2004年1月19日，中国第一台12对棒多晶硅高效节能大还原炉在中硅高科试验成功，各项技术指标均达到国际先进水平。至此，中国人掌握了由美国、日本、德国等国垄断20余年的多晶硅生产核心技术。2005年，国内第一个300吨多晶硅生产项目在洛阳中硅建成投产，拉开了中国多晶硅大发展的序幕。2005年12月14日，无锡尚德在美国纽约证券交易所挂牌，成为中国内地首家在纽交所挂牌上市的民营高科技企业。从此，国内太阳能电池的生产和研发也驶入了快车道。2007年，我国太阳能电池产量约占世界总产量的三分之一，成为世界第一大太阳能电池生产国。结语：尽管我国从2007年开始成为世界生产太阳能电池最多的国家，但与国外还有不少的差距。而且，在各种新型太阳能电池的开发上，我们还处在起步的阶段，而国外已经有了很大的发展，因此，我国太阳能电池的发展任重而道远。第4页，共24页，2023年，2月20日，星期一二、单晶硅太阳能电池与多晶硅太阳能电池的差异单晶硅和多晶硅都是单质硅的一种形态。单晶硅即原子排列得非常整齐，晶格位向完全一致，且无任何缺陷存在。多晶硅即由许多位向不同的晶格组成，且其内部还存在着多种晶体缺陷。多晶硅是制造单晶硅的原料。单晶是采取直拉发生产，直拉过程就是一个原子结构重组的过程。而多晶多采用浇注法生产，就是直接把硅料倒入坩埚中融化定型。单晶硅片为方圆形，多晶硅为方形。对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料。单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较高；多晶硅电池成本低，但转换效率略低于单晶硅太阳能电池。第5页，共24页，2023年，2月20日，星期一多晶硅：硅锭——硅片——电池片——组件单晶硅：硅棒——硅片——电池片——组件第6页，共24页，2023年，2月20日，星期一三、单晶硅太阳能电池的工作原理

单晶硅太阳能电池片的结构主要包括：正面梳状电极、减反射膜、N型层、PN结、P型层、背面电极等，如下图所示：第7页，共24页，2023年，2月20日，星期一工作原理：当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时，其中能量大于禁带宽度的光子能把价带中电子激发到导带上去，形成自由电子，价带中留下带正电的自由空穴，即电子一空穴对；自由电子和空穴在不停的运动中扩散到P-N结的空间电荷区，被该区的内建电场分离，电子被扫到电池的N型一侧，空穴被扫到电池的P型一侧，从而在电池上下两面(两极)分别形成了正负电荷积累，产生“光生电压”，即“光伏效应”，若在电池两侧引出电极并接上负载，负载中就有“光生电流”通过。工作原理图第8页，共24页，2023年，2月20日，星期一四、单晶硅太阳能电池的基本特性参数

开路电压UOC，即将太阳能电池置于100mW/cm2的光源照射下，在两端开路时，太阳能电池的输出电压值。短路电流ISC，就是将太阳能电池置于标准光源的照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流。最大输出功率Pm，如果选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最大，即可获得最大输出功率。填充因子FF，他是最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比，是代表太阳能电池在带最佳负载时，能输出的最大功率的特性。转换效率η指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率。伏安特性，工作状态下太阳电池的电压-电流特性。第9页，共24页，2023年，2月20日，星期一图示：在给定的日照和温度下短路电流ISC

、开路电压UOC、输出功率Pm与填充因子FF的关系。实线部分是I-V（伏安）曲线，虚线部分为P-V（伏瓦）曲线。UocIsc第10页，共24页，2023年，2月20日，星期一五、温度对单晶硅太阳能电池的影响温度对I-V特性的影响第11页，共24页，2023年，2月20日，星期一温度对短路电流的影响图1短路电流与温度的关系

Isc随温度上升而缓慢上升，这是由于串联电阻与并联电阻的存在，光电流流过Rs要产生一定压降，当测量短路电流时在Rsh上也要损失部分电流，而且随着电流的增大，两者的影响也加大，从而抑制了Isc的增加。第12页，共24页，2023年，2月20日，星期一温度对它的输出开路电压影响大，温度越高，开路电压越低。温度对开路电压的影响图2开路电压与温度的关系第13页，共24页，2023年，2月20日，星期一在这一温度范围内，输出功率出现一个最大值和一个最小值，并不是朝一个方向变化。在305K左右，电池的输出功率最大。通过最大值以后输出功率随温度的增加而降低。温度对输出功率的影响图3输出功率与温度的关系第14页，共24页，2023年，2月20日，星期一串、并联电阻对填充因子有较大影响，串联电阻越大，填充因子也随之减少的越多；并联电阻越小，填充因子随之也下降的越多，在这一温度范围内，填充因子出现一个最大值，填充因子随着温度的变化而变化。

温度对填充因子的影响图4填充因子与温度的关系第15页，共24页，2023年，2月20日，星期一六、光照对单晶硅太阳能电池的影响

基本量的测定在不加偏压用白光照射时(暗箱中光源到太阳能电池的距离保持为20cm，装置如下图所示)，测量太阳能电池在不同负载电阻R下通过太阳能电池的输出电流I和输出电压U，并由此确定当太阳能电池输出功率为Pmax时相应的负载电阻R，并绘制I-U关系图和P-R关系图。再从I-U图中找出短路电流Isc和开路电Uoc，从P-R图中找出最大输出功率Pmax及相应的负载电阻，计算可得到填充因子FF。第16页，共24页，2023年，2月20日，星期一在不加偏压时，以白色光照射太阳能电池，电路原理图如图A所示。测得在不同负载电阻R下流过太阳能电池的电流I和太阳能电池的输出电压U，分析所得数据可得到电流I和电压U的变化关系，如图B所示。同理，太阳能电池的输出功率P与负载电阻R的关系如图C所示：+太阳能电池—VA光照图A电路原理图第17页，共24页，2023年，2月20日，星期一图B图C由图B可知，ISC=0.722mA；UOC=3.78V。由图C可知，Pmax=1.887mW；此时R=5400Ω。算出填充因子：第18页，共24页，2023年，2月20日，星期一光照效应在暗箱中，取定J0作为标准的光照强度，在本实验中，取自光源水平距离20cm处光强作为标准光照强度，用光度计测量该处的光照强度J0。通过改变太阳能电池到光源的距离d，来改变光照强度J。而J/J0是太阳能电池接受的相对光强度。通过测量Isc、Uoc与J/J0

，可得出Isc、Uoc分别与J/J0之间的近似函数关系，如图D、图E所示。图DISC-J/J0的函数关系图第19页，共24页，2023年，2月20日，星期一图EUOC-J/J0的函数关系图

从图D图E得到Isc、Uoc与相对光强度J/J0的函数关系式为：相关系数

相关系数

第20页，共24页，2023年，2月20日，星期一输出功率和光照强度之间的关系通过改变光照强度，也就是单晶硅太阳能电池与光源之间的距离d变化，测量几组不同的输出电压和输出电流数值，可以得到在不同的光照下的输出功率，进而得到输出功率和光照强度的关系，如下图所示：第21页，共24页，2023年，2月20日，星期一本章总结：图示：随着光照的变化I-V曲线和P-V曲线的变化图，从图中可以看出，短路电流随光照的增强呈线性增长，开路电压变化很小，但输出功率因为短路电流的影响变化显著。

I-V曲线P-V曲线第22页，共24页