提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率的途徑-文庫吧
2024-12-24 08:23 本頁面
【正文】 合物太陽能電池雖然具有諸多優(yōu)點，但是 GaAs 材料的價格不菲，因而在很大程度上限制了用 GaAs 電池的普及。 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)是在玻璃或塑料基底上覆蓋一層二氧化鈦，染料敏化吸附在二氧化鈦層上形成低價的染料薄膜。電池透過吸收薄膜中的光子來發(fā)電：當(dāng)染料分子吸收光子時，受到激發(fā)的分子把電子注 人到鈦中，并由鈦使其傳輸?shù)截?fù)極。 按形態(tài)結(jié)構(gòu)分類 主要有疊層電池、薄膜電池和聚光電池等。這三類太陽能電池都是通過技術(shù)改進(jìn)，以降低成本提高效率。 太陽能電池 的 性能 參數(shù) （ 1） PN 結(jié)光照下的 電流 電壓 特性 具有 PN 結(jié)的太陽能電池在不受光照時，相當(dāng)于一個二極管 。 在沒有光照的條件下，給 PN 結(jié)兩端加上反偏電壓時形成的電流叫做暗電流。光生電流是 PN結(jié)在光照時產(chǎn)生載流子而形成的電流。 太陽能電池在無光照和光照下的電流 電壓曲線如圖 3 所示。 由 短路電流與飽和暗電流及正向偏壓表示的太陽電池光生電流方程 為： 0( ) [ e xp( ) 1 ]SCI V I I qV k T?? ? ?。式中 0SCII和 分別表示短路電流和總電流。 圖 3 暗電流與太陽電池的 光生電流的變化曲線 圖 4 太陽電池的伏安外特性曲線（ 2） 伏安特性 在一定的日照強度和溫度下，太陽能電池有唯一的最大輸出功率點，太陽能電池只有工作在最大功率點才會使其輸出的功率最大。 如圖 4 所示。 伏安特性測量電路圖見圖 5。 圖 5 太陽能電池外特性測量等效電路 （ 3） 太陽能電池主要參數(shù) 太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是指電池受光照時的最大輸出功率 Pm 與照射到電池上的入射光的功率 Pin 的比值，用式子表示為： %1 00???? in mminm P IVPP? 式中， mI 和 mV 分別為光伏陣列最大電流 (A)和最大電壓 (V)。 在溫度恒定的情況下，電池的轉(zhuǎn)換效率會隨光強的增加而增加。 填充因子又稱曲線因子，即光伏電池最大功率與開路電壓 Voc 和 短路電流Isc 乘積的比值，用符號 FF 表示： scocmmSCocm IV IVIV PFF ????? 填充因子是評價光伏電池性能優(yōu)劣的一個重要參數(shù)。影響填充因子的因素 不僅與 電池材料的 PN 結(jié)曲線因子常數(shù)、 串 聯(lián)電阻 Rs，并聯(lián)電阻 Rsh 等內(nèi)部參數(shù)有關(guān)，還 受 光伏電池的工作溫度、光照強度等外部條件 影響 。一般 FFl，它的值越高，表明光伏電池輸出特性越近于矩形，電池的光電轉(zhuǎn)換效率越高。 3 影響太陽能電池效率的因素 由前面的公式可知 影響電池片的轉(zhuǎn)換效率的主要電性能參數(shù)有：開路電壓Voc、短路電流 Isc 和填充因子 FF。 太陽電池發(fā)電過程是在太陽光的作用下，在太陽電池內(nèi)發(fā)生光生 伏 打效應(yīng)完成的，太陽電池的輸出電 流 由吸收太陽光所產(chǎn)生 的電子空 穴 對的數(shù)量所決定 ； 輸出電壓則主要由半導(dǎo)體材料的禁帶寬度大小所決定。所以要提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率，必須保證有更多的太陽光入射到太陽電池中去， 同時不讓由光伏效應(yīng)所產(chǎn)生的電子和空 穴 由于再結(jié) 合 而消失掉，而且 要把電子和空穴兩種載流子有效地分別收集 到 正負(fù)電極中擊。 太陽電池轉(zhuǎn)換效率損失的主要 原因 包括 電學(xué)損失 和光學(xué)損失。 電學(xué)損失 造成電學(xué)損失的主要原因是：載流子損失和歐姆損失。 (1)載流子 損失 。 由于電池材料的缺陷等原因，所產(chǎn)生的電子 及空穴等載流子發(fā)生再結(jié)合作用，使部分載流子 消失掉 。一般而言， 載流子壽命 越長，轉(zhuǎn)化效率η越高。 結(jié)區(qū)太厚或摻雜濃度過高， 都會 導(dǎo)致載流子被中和 ，從而降低 載流子 壽命。載流子的壽命與復(fù)合率的倒數(shù)呈正比。 載流子復(fù)合的基本機制 以下有四種。 1帶間復(fù)合 ：它是 光吸收的逆過程，多數(shù)載流子的濃度越高，電子與空穴相遇并復(fù)合的可能性越大。影響因素主要是摻雜密度和間隙半導(dǎo)體種類。 2俄歇復(fù)合 ： 電子與空穴復(fù)合時將多余的能量傳給導(dǎo)帶中的另一個電子或價帶中的另一個空穴，獲得能量的載流子再以聲子的形式將其能量釋放出來。影響因素主要是摻雜元素濃度。 3陷阱復(fù)合 ： 雜質(zhì)或缺陷在禁帶內(nèi)形成能帶，起到載流子產(chǎn)生與復(fù)合的臺階作用，這類雜質(zhì)與缺陷稱為載流子產(chǎn)生 復(fù)合中心（又稱為陷阱），該復(fù)合機制就是通過復(fù)合中心（陷阱）進(jìn)行的復(fù)合。 在輕摻雜的 Si 中占優(yōu)勢。 4表面復(fù)合 ： 表 面復(fù)合機制主要有表面懸掛鍵、材料加工的表面損傷、表面吸收的雜質(zhì)。 (2)歐姆損失 光生電流在電池中的傳輸過程中，由 于太陽電池內(nèi)部的串聯(lián)電阻轉(zhuǎn)化為熱 能造成的損失稱為 歐 姆損失。 太陽電池的串聯(lián)電阻主要是硅片體電阻，擴散方塊電阻，柵線電阻和燒結(jié)后的接觸電阻等組成。因此要提高硅片質(zhì)量；采用基體電阻符合要求的硅片；要求金屬柵窄和厚；減少對光的遮檔；控制好擴散溫度和時間；電極的歐姆接觸良好等都可以減小串聯(lián)電阻。 光學(xué)損失 對太陽輻射光線來說，能得到最好工作性能的半導(dǎo)體材料，其截止波長應(yīng)在 m? 以上，包括從紅色到紫色全部可見光。每種太陽能電池對太陽光線都有其自己的光譜響應(yīng)曲線，它表示電池對不同波長的光的靈敏度 (光電轉(zhuǎn)換能力 )，例如 長波長的光容易投射刊電池底電 極 處，被底
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