光電二極管光電池ppt課件-資料下載頁
2025-01-14 07:52本頁面
【正文】 ?DpipAninNLnqDNLnqDAI 220???????? ??KTENNn gvci e xp2Voc最大值，在理想情況下由下式定： 光電子技術研究所 顯然 Io取決于 Eg、 Ln， Lp、NA、 ND和絕對溫度 T之高低 ，也與光伏結(jié)構有關 。 綜合上述結(jié)果，作為帶隙 Eg的函數(shù)所計算的最大光電轉(zhuǎn)換效率畫于圖中。 ?????????? ?DpipAninNLnqDNLnqDAI220太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率 與材料帶隙 Eg的關系 通過分析看出，為提高 Voc，常常采用 Eg大，少子壽命長及低電阻率 (例如對硅單晶片選用 0． 2Ωcm)的材料，代入合適的半導體參數(shù)的數(shù)值，給出硅的最大 Voc值約 700mV左右。 Voc最大值確定之后，可計算得到 F． F．的最大值。 光電子技術研究所 太陽電池在光電能量轉(zhuǎn)換過程中 ， 由于存在各種附加的能量損失 ， 實際效率比上述的理論極限效率低 。 下面以 pn結(jié)硅太陽電池為例 , 來闡述各種能量損失之機理 ， 作為改進太陽電池的設計及工藝 ， 提高其效率的基礎 。 影響太陽電池效率的一些因素 光電子技術研究所 太陽電池效率損失中 ， 有三種是屬于 “ 光學損失 ” ，其主要影響是降低了光生電流值 。 （ 1） 反射損失 R(λ)：從空氣 (或真空 )垂直入射到媒質(zhì) (如半導體材料 )的單色光的反射率： 2222)1()1(knknR?????1．光生電流的光學損失 式中 n為半導體材料復數(shù)折射率 N之實部，即普通折射率， k是其虛部，稱為消光系數(shù)。 光電子技術研究所 每種材料的 n和 k都與入射光之波長有關 。 對硅來說 ， 其關系曲線如圖所示 。 把 n、 k的結(jié)果代入式中 ， 發(fā)現(xiàn)在感興趣的太陽光譜中 ， 超過 30%的光能被裸露硅表面反射掉了 。 硅折射率的實部 n與虛部 k與光子能量的關系 光電子技術研究所 (3)透射損失：如果電池厚度不足夠大 ， 某些能量合適能被吸收的光子可能從電池背面穿出 。 這決定了半導體材料之最小厚度 。 (2)柵指電極遮光損失 c， 定義為柵指電極遮光面積在太陽電池總面積中所占的百分比。對一般電池來說， c約為 4%～15%。 Pn結(jié)硅太陽電池的截面圖 間接帶隙半導體要求材料的厚度比直接帶隙的厚。對于硅和砷化鎵的計算結(jié)果示于圖中。 光生載流子的定向運動形成光生電流 Iph最大光生電流值為： 光電子技術研究所 式中 Nph(Eg)為每秒鐘投射到電池上能量大于 Eg的總光子數(shù) 。 ? ?? ? ?????? ?? ????????? ?? dx dxqGHdx deRcqHI xiph ),(00)()](1)[1)((00 )(xi eRcxG )()()](1)[1)((),( ????????? ????Iphmax=qNph（ Eg） ) 式中 ?(λ)為投射在電池上、波長為 λ，單位帶寬的光子數(shù)； ηi為量子產(chǎn)額，即一個能量大于帶隙 Eg的光子產(chǎn)生一對光生電子空穴對的幾率，通常可令 ηi=1； dx為距電池表面 xt處厚度為 dx的薄層；H為電池厚度； G（ λ、 x）表示由波長為 λ、單位帶寬的光子射進材料在 x處的產(chǎn)生率。 考慮上述三種光學損失及材料吸收之后，光生電流可表示為： 光電子技術研究所 2．光生少子的收集幾率 fc 在太陽電池內(nèi)，由于存在少子復合，所產(chǎn)生的每一個光生少數(shù)載流子不可能百分之百地被收集起來。 定義光激發(fā)少子中對太陽電池的短路電流有貢獻的百分數(shù)為收集幾率 fc。該參數(shù)決定于電池內(nèi)各區(qū)域的復合機理，也與電池結(jié)構與空間位置有關。 光電子技術研究所 太陽光的光強在 λ =～ m之間最強 ， 極大值在 m(AM0)和 m()。 這要求太陽電池的光譜響應與太陽光譜有一致的分布 。 太陽電池的光譜響應指短路電流與入射光波長的函數(shù)關系 。 就是指某一波長下 ， 每一個射進電池的光子 ， 對應所能收集到的平均載流子數(shù) 。 3．太陽電池的光譜響應 SR（ λ） 光電子技術研究所 決定 Voc大小的主要物理過程是半導體的復合 。 半導體復合率越高 ， 少子擴散長度越短 ， Voc也就越低 。 4．影響開路電壓的實際因素 光電子技術研究所 5．串聯(lián)電阻 Rs和旁路電阻 Rsh 引起效率下降 在硅太陽是池中 ， 由硅材料體電阻 、 溥層電阻 、 電極接觸電阻及電極本身傳導電流的電阻構成了總串聯(lián)電阻 Rs。 Rs值變大會影響電池伏安特性曲線偏離理想曲線 ， 使 F． F． 變小 ， Isc下降； 而旁路電阻 Rsh變小，說明無光照射 pn結(jié)反向漏電流變大，造成 Voc下降， F． F．變小 。 效率下降 光電子技術研究所 由于地面及空間應用的太陽電池運用溫度范圍很寬，太陽電池用的半導體材料，其禁帶寬度的溫度系數(shù)一般都是負的。 6．溫度效應 隨著溫度上升，帶隙變窄，增強電池對光的吸收而使 Isc略微上升；可是，帶隙變窄會引起 Io變大，而使 Voc下降，影響 F． F．也下降。 綜合這三個參數(shù)的變換，轉(zhuǎn)換效率隨溫度上升而下降。 光電子技術研究所 應用在衛(wèi)星上的太陽電池受到太空中高能粒子輻射，體內(nèi)產(chǎn)生缺陷，使電池輸出功率逐漸下降，影響其使用壽命。 7．輻照效應 光電子技術研究所 1. 光伏探測器的伏安特性曲線是怎樣的 ?在實際應用中有那兩種工作模式 ?相應的器件叫什么 ? 2. 光電池兩端的開路電壓是如何確定的 ? 3. 描述太陽能電池的四個輸出參數(shù) ? 4. 影響太陽能電池效率的因素 ? 作業(yè)
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