光電效應(yīng)與光伏電池-wenkub
2023-04-06 01:08:36 本頁(yè)面
【正文】 ③最大輸出功率：太陽(yáng)電池的輸出功率隨負(fù)載電阻而變化，其最大值成為最大輸出功率， Pm=Vm Im。 ?發(fā)光二極管： Light Emitting Diode， 在電場(chǎng)作用下，電子和空穴分別從陰極和陽(yáng)極注入，空穴和電子在發(fā)光層中相遇、復(fù)合形成激子，激子經(jīng)過(guò)馳豫、擴(kuò)散、遷移等過(guò)程復(fù)合而產(chǎn)生光子。例如 Dember效應(yīng)， 指半導(dǎo)體吸收光子后產(chǎn)生能自由移動(dòng)的電子和空穴，由于 電子和空穴的擴(kuò)散系數(shù)不一樣，因此會(huì)在分布不均的電子和空穴間產(chǎn)生內(nèi)建電場(chǎng)。 ?光電效應(yīng)和光伏效應(yīng)是不同的兩個(gè)概念： 可以從兩個(gè)方面理解： ①這種觀點(diǎn)中的光電效應(yīng)是狹義上的光電效應(yīng)，僅指外光電效應(yīng)?？臻g電荷區(qū)存在一個(gè)從 n區(qū)指向 p區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)阻止擴(kuò)散進(jìn)行，內(nèi)建電場(chǎng)與半導(dǎo)體內(nèi)的擴(kuò)散達(dá)到平衡后，就形成了這樣一個(gè)特殊的薄層，這就是 pn結(jié)?？昭ㄈ菀孜针娮佣泻?，就像空穴在流動(dòng)一樣。 167。在本征半導(dǎo)體中 載流子的總數(shù)仍然不能滿足導(dǎo)電性的需要，所以本征半導(dǎo)體實(shí)際用處不大。 金屬 半導(dǎo)體 絕緣體 金屬的價(jià)帶是半滿的，所以金屬能夠?qū)щ?；絕緣體的價(jià)帶是全滿的，并且具有較大的禁帶寬度，所以不能導(dǎo)電；半導(dǎo)體的價(jià)帶也是全滿的，但由于其具有較窄的禁帶寬度，所以在一定的條件下能夠?qū)щ姟? ?太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)： 太陽(yáng)能是人類可利用的最直接的清潔能源，它分布廣闊，獲取方便；不會(huì)污染環(huán)境，沒有廢水、廢渣、廢氣的排放；可以就地開發(fā)利用，不存在運(yùn)輸問(wèn)題。 化石能源行將枯竭帶給人類巨大的挑戰(zhàn)。政府間氣候變化專門委員會(huì) (IPCC)的綜合評(píng)估結(jié)果表明：近 50年全球大部分增暖，非?？赡?(90%以上 )是人類活動(dòng)的結(jié)果，特別是源于化石燃料使用導(dǎo)致的人為溫室氣體排放。 167。內(nèi)光電效應(yīng)可分為光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)。 ?外光電效應(yīng)：在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。 167。 1887年 Heinrich Hertz在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，愛因斯坦因采用光量子 (photon)的概念成功的解釋了光電效應(yīng)而獲得了 1921年諾貝爾物理獎(jiǎng)。 167。 167。 光生伏特效應(yīng)是指光照射下物體內(nèi)產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。 化石能源的開發(fā)利用造成環(huán)境污染。按照 2022年的開采速度計(jì)算，全球石油剩余探明儲(chǔ)量可供開采 42年，天然氣和煤炭分別可供應(yīng) 60年和 122年。太陽(yáng)表面釋放的能量換算成電能的功率約為 1023KW左右，其中約 22億分之一到達(dá)地球，約 1014KW(,太陽(yáng)常數(shù) )，這相當(dāng)于現(xiàn)在地球上消耗能量的約 1萬(wàn)倍。其電導(dǎo)率在 104到 1010歐姆 ?厘米之間。常見的本征半導(dǎo)體有硅 (Si)、鍺 (Ge)、砷化鎵 (GaAs)等。 p型半導(dǎo)體： positive, 通過(guò)摻雜增加半導(dǎo)體內(nèi)的空穴載流子的濃度，使空穴 (正電子 )成為多數(shù)載流子 (多子 )； 167。 ?摻雜 5價(jià)元素磷后的示意圖： 黃色表示 P元素，紅色點(diǎn)表示多余的電子，它非?；钴S，容易流動(dòng)形成電流。 當(dāng)光照射 pn結(jié)上時(shí)，如果入射電子的能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度 (Eg)，就會(huì)在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生大量的自由載流子 空穴和電子。 ②這種觀點(diǎn)中的光電效應(yīng)定義不同，即 photoemission非 photoelectric，其對(duì)應(yīng)的材料僅指的是金屬 。又如基于光電化學(xué)效應(yīng) 的染料敏化太陽(yáng)電池，因?yàn)橐玫诫娊赓|(zhì)且涉及到了化學(xué)反應(yīng)，也不屬于光生伏特效應(yīng)。 ?光伏電池的主要性能參數(shù)有開路電壓 VOC、短路電流 ISC、最大輸出功率 Pm、填充因子 FF、能量轉(zhuǎn)換效率 PCE等。 ④填充因子 Fill Factor：最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比，始終小于 1，代表太陽(yáng)能電池在最佳負(fù)載時(shí)能輸出的最大功率的特性。 A V 太陽(yáng)電池 電壓計(jì) 電流計(jì) 可變電阻 ? 除了以上 5個(gè)主要參數(shù)，有些文獻(xiàn)上還提到了其它參數(shù)，如光電轉(zhuǎn)換效率IPCE(monochromatic incident photontoelectron conversion efficiency )、外量子效率 EQE(external quantum efficiency )及內(nèi)量子效率 IQE(Internal Quantum Efficiency )。 ② 冶金級(jí)硅提純?yōu)榘雽?dǎo)體級(jí)硅：由工業(yè)硅制成硅的鹵化物 (如三氯硅烷，四氯化硅 )通過(guò)還原劑還原成為元素硅，最后長(zhǎng)成棒狀 (或針狀、塊狀 )多晶硅。 單晶硅太陽(yáng)電池 塊狀多晶硅太陽(yáng)電池 第一代太陽(yáng)電池 Silicon based 多晶硅薄膜太陽(yáng)電池
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