【文章內容簡介】 了太陽光伏發(fā)電的發(fā)展。其發(fā)展過程簡列如下： 1893年 法國科學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏打效應”，即“光伏效應”。 1876年 亞當斯等在金屬和硒片上發(fā)現(xiàn)固態(tài)光伏效應。 1883年 制成第一個“硒光電池”，用作敏感器件。 1930年 肖特基提出 Cu2O勢壘的“光伏效應”理論。同年，朗格首次提 出用“光伏效應”制造“太陽電池”，使太陽能變成電能。 1931年 布魯諾將銅化合物和硒銀電極浸入電解液，在陽光下啟動了一個電動機。 1932年 奧杜博特和斯托拉制成第一塊“硫化鎘”太陽電池。 1941年 奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應。 1954年 恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室，首次制成了實用的單晶太陽電池，效率為 6%。同年，韋克爾首次發(fā)現(xiàn)了砷化鎵有光伏效應，并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜，制成了第一塊薄膜太陽電池。 1955年 吉尼和羅非斯基進行材料的光電轉換效率優(yōu)化設計。同年，第一個光電航標燈問世。美國 RCA研究砷化鎵太陽電池。 1957年 硅太陽電池效率達 8%。 1958年 太陽電池首次在空間應用，裝備美國先鋒 1號衛(wèi)星電源。 1959年 第一個多晶硅太陽電池問世，效率達 5%。 1960年 硅太陽電池首次實現(xiàn)并網(wǎng)運行。 1962年 砷化鎵太陽電池光電轉換效率達 13%。 1969年 薄膜硫化鎘太陽電池效率達 8%。 1972年 羅非斯基研制出紫光電池，效率達 16%。 1972年 美國宇航公司背場電池問世。 1973年 砷化鎵太陽電池效率達 15%。 1974年 COMSAT研究所提出無反射絨面電池，硅太陽電池效率達 18%。 1975年 非晶硅太陽電池問世。同年，帶硅電池效率達 6%~%。 1976年 多晶硅太陽電池效率達 10%。 1978年 美國建成 100kWp太陽地面光伏電站。 1980年 單晶硅太陽電池效率達 20%，砷化鎵電池達 %，多晶硅電池達 %，硫化鎘電池達 %。 1983年 美國建成 1MWp光伏電站；冶金硅（外延）電池效率達 %。 1986年 美國建成 。 1990年 德國提出“ 2022個光伏屋頂計劃”，每個家庭的屋頂裝 3~5kWp光伏電池。 1995年 高效聚光砷化鎵太陽電池效率達 32%。 1997年 美國提出“克林頓總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計劃”，在 2022年以前為100萬戶，每戶安裝 3~5kWp。光伏電池。有太陽時光伏屋頂向電網(wǎng)供電，電表反轉；無太陽時電網(wǎng)向家庭供電，電表正轉。家庭只需交“凈電費”。 1997年 日本“新陽光計劃”提出到 2022年生產 43億 Wp光伏電池。 1997年 歐洲聯(lián)盟計劃到 2022年生產 37億 Wp光伏電池。 1998年 單晶硅光伏電池效率達 %。荷蘭政府提出“荷蘭百萬個太陽光伏屋頂計劃”，到 2020年完成。 …… 光電池轉換效率； 太陽能電池的最大輸出功率 Pmax 與輸入光功率 P 之比。 ? ＝ P P max i ? 的大小與材料的性質有關，器件的結構、工藝等因素對其也有影響。 N＋ P 減反射膜 表面層 基層 背面接觸 正面接觸條 太陽能電池結構示意圖 為提高效率： 1. 提高光生載流子的收集效率 2. 提高光能的收集效率 常用材料： Si, GaAs, CdS, InP, CdTe 光電轉換器件 光電二極管 在反向偏壓下工作的光伏器件 。結構上，在外殼上有透明、能入射光 線的窗口，以便讓光能照射導管芯上。為提高轉換效率，窗口上裝有能聚 焦光的透鏡； PN 結做得比較淺，以保證有更多的光子被利用； PN 結面積 通常做得比較大，電極面積做得比較小，以增加受光面積。 一、工作特性 1. 靈敏度（響應度）：光電二極管輸出的光電流與入射光功率之比 R0 = P0 I p ( ?A/ ?W ) 2. 光譜特性 ： 不同的半導體材料－ 不同的禁帶寬度－ 不同的光譜響應范圍 每一種探測器件，存在一個響應的峰 值，其對應的光子能量稍大于禁帶寬度， 當 h? Eg 時，響應呈迅速下降的趨勢。 Si Ge l(?m) I % 20 40 60 80 100 光電轉換器件 3. 響應時間 影響響應時間的快慢的重要因素 載流子的運動速度。 4. 伏安特性 無光照時，光電二極管的 V－ I 特性： I ＝ I [e － 1 ] kT eV s V 是外加偏壓，為負值。 有光照時，光電二極管的 V－ I 特性： I ＝ I － I [e － 1 ] kT eV s p V 光 照 增 大 無光照時 有光照時 有光照時 I PD：光電二極管 Ec： 電源電壓 R： 負載電阻 PD 光電轉換器件 常見類型的光電二極管 1. PIN光電二極管 P I N 光 電極 電極 P I N V a. 結構示意圖 b. 反向偏置圖 在 P 區(qū)與 N 區(qū) 之間加了一層本征 層，中間 I 層的電 阻率很高，厚度為 毫米量級。 耗盡層變寬 增大了光電轉換的作用區(qū)域 加強了對長波長光波的吸收。 耗盡層變寬 結電容變小 高頻端的響應得到改善。 反向偏壓越高，結電容變小的效應越顯著。 光電轉換器件 2. 雪崩（ APD）光電二極管 靈敏度高、響應時間快。 P ? N＋ P＋ Rb 輸出 h? 電 場 耗盡區(qū) W 雪崩區(qū) 碰撞電離所 需的最小電場 (1) 結構與工作原理 N＋ 區(qū)、 P＋ 區(qū) 為重摻雜區(qū)； ? ? 為接近本征的低摻雜區(qū)； 光照射到光電二極管時，由于器 件的耗盡層很寬，大部分光子在這個 區(qū)域被吸收并生成電子－空穴對。 在外電壓的作用下，載流子定向 移動成為初始光電流，一次電子在向 PN＋ 結區(qū)漂移的過程中動能增大，到 達 PN＋ 結后，在更高的電場作用下產 生雪崩倍增，一次空穴則直接被 P＋ 區(qū)吸收。因此， PIN 中的光電流主要 是一種載流子的貢獻 (a) 電場分布 (b) 結構示意圖 光電轉換器件 (2). 倍增增益 (3). 噪聲 G ＝ 1 1－ V － I R m i V b ? V b ： APD 的擊穿電壓， R i ：為 APD 的內阻， ? ：為常數(shù)，與材料、 摻雜、波長有關； m I ：為倍增后的電流。 除了一般光電二極管的噪聲類型外，還有一種由于倍增增益的 起伏而引起的附加噪聲。 (4). 溫度特性 環(huán)境溫度的變化，主要表現(xiàn)在對倍增增益以及暗電流的變化上 3. 肖特基光電二極管 半導體材料與金屬接觸形成肖特基勢壘 構成肖特基光電二極管。 不同的肖特基勢壘 不同波長響應； 工作區(qū)靠近表面，有利于短波長的吸收，適于對藍光、紫外光的探測。 光電轉換器件 光電倍增管 一、結構與工作原理 1. 光陰極 K D D1 D3 D5 D7 D9 D2 D4 D6 D8 D10 A V0 RL 1200 1000 800 600 400 200