光伏電池一、光伏發電原理研究發現，光照使不均勻的半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間，產生電位差的現象，這種現象被稱為光生伏特效應(Photovoltaiceffect)，簡稱光伏效應。一般化合價為4的硅晶體半導體中摻入少量化合價為3的硼原子時，硅晶體中就會出現正電荷的空穴，形成P型半導體;當硅晶體中摻入化合價為5的磷原子后,就會出現負電荷的電子，形成N型半導體。當P型和N型半導體結合在一起時,在兩種半導體交界面區域會形成一個特殊的薄層，界面P型半導體一側帶負電,N型半導體一側帶正電，如圖1所示。由于P型半導體多余空穴，N型半導體中多余自由電子，出現了N區的電子擴散到P區，P區的空穴擴散到N區，這樣,就形成了由N區指向P區的內電場(E)，以阻止擴散的進行，達到平衡后，形成特殊的薄層，這就是PN結。形成特殊的薄層，這就是PN結。空間電荷區 F E、 f1寺十+士+士+T-N 內電*圖PN結示意當半導體晶片受陽光照射后，PN結中的P型半導體的光生電子向PN結擴散，進入PN結后，即被“內電場”推向N區；而N型半導體產生的光生空穴，先向PN結擴散，進入PN結后，即被“內電場”推向P區。這種電子和空穴的移動，在N區積累了大量的光生電子，而P區則積累了大量的光生空穴，在PN結兩側出現了光生電動勢，當外電路連接起來時就有光生電流通過。如下圖所示，防反射層1(*1防反射層1(*1-N型硅(P+)―-P型硅(B-)ae?1?前極電(-)日;光日光日咅/后極電(+)3=0PN結光伏效應示意二、分類主要有硅太陽能電池、聚光太陽能電池、無機化合物薄膜太陽能電池、有機薄膜太陽能電池、納米晶薄膜太陽能電池和疊層太陽能電池等幾大類。硅太陽能電池根據硅片厚度的不同，可分為晶體硅太陽能電池和薄膜硅太陽能電池兩大類。晶體硅太陽能電池有單晶硅（c-Si）和多晶硅（p-Si）太陽能電池兩類，理論最咼光電轉化效率為25%，據報道c-Si太陽能電池最高光電轉化效率已達24.17%。2004年采用新技術，在世界上率先使p-Si太陽能電池的光電轉換效率突破20%大關，達到20.13%。薄膜硅太陽能電池（硅膜厚約50Lm）的出現，相對晶體硅太陽能電池，所用的硅材料大幅度減少，很大程度上降低了晶體硅太陽能電池的成本。聚光太陽能電池聚光是降低太陽能電池總成本的一種方法，通過聚光器（倍率一般大于幾十倍，有反射式和透鏡式兩種）將較大面積的陽光聚在一個較小的范圍內，形成/焦斑0或/焦帶0,并將太陽能電池置于“焦斑”或“焦帶”上以增加光強，克服太陽輻射能流密度低的缺陷，從而獲得更多的電能輸出。二、 薄膜硅太陽能電池主要有多晶硅薄膜太陽能電池、非晶硅薄膜太陽能電池和微晶硅薄膜太陽能電池。這里我們主要介紹多晶硅薄膜太陽能電池。薄膜硅太陽能電池（硅膜厚約50Lm）的出現，相對晶體硅太陽能電池，所用的硅材料大幅度減少，很大程度上降低了晶體硅太陽能電池的成本。薄膜硅太陽能電池主要有非晶硅（a-Si）、微晶硅（Lc-Si）和多晶硅（p-Si）薄膜太陽能電池,前兩者有光致衰退效應，其中Lc-Si薄膜太陽能電池光致衰退效應相對較弱但Lc-Si薄膜沉積速率低（僅112nm/s），光致衰退效應致使其性能不穩定，發展受到一定的限制，而后者則無光致衰退效應問題，因此是硅系太陽能電池的發展方向。光致衰退效應，light-induceddegradation也稱S-W效應。a-Si:H薄膜經較長時間的強光照射或電流通過，在其內部將產生缺陷而使薄膜的使用性能下降，稱為Steabler-Wronski效應。三、 影響光電轉換效率的因素1、太陽能電池發電原理：利用光伏發電，即通過一對有光響應的器件將光能轉換成電能。太陽能光伏發電系統主要由太陽能光伏電池組，光伏系統電池控制器，蓄電池和交直流逆變器等主要部件組成，其中的核心元件是光伏電池組和控制器。各部件在系統中的作用。光伏電池：光電轉換。太陽能電池主要由晶硅材料做作成類似二極管中的P-N結，工作原理與二極管類似。在二極管中，推動P-N結空穴和電子運動的是外部電場，而在太陽能電池中推動P-N結空穴和電子運動的是太陽光子和光輻射熱。也就是通常所說的光電伏特效應原理。控制器：作用于整個系統的過程控制。光伏發電系統中使用的控制器類型很多，而我國目前使用的大都是設計較簡單的控制器，其中智能型控制器僅用于通信系統和較大型的光伏電站。蓄電池：蓄電池是光伏發電系統中的關鍵部分，用來存儲由光伏電池轉換來的電能。目前我國還沒有用于光伏系統的專用蓄電池，而是使用常規的鉛蓄電池。交直流逆變器：用于交直流轉換，因此這個部件的重要指標是轉換效率。例如并網逆變器采用最大功率跟蹤技術，最大限度地把光伏電池轉換的電能送入電網。2、影響光電轉換效率的因素研究光電轉換效率的一些參數光電轉換效率n%為評估太陽電池好壞的重要因素。目前使用的太陽能電池實驗室：n~24%,產業化：n~i5%。填充因子FF%為評估太陽電池負載能力的重要因素。FF=(ImXVm)/(IscXVoc)0其中：Isc-短路電流，Voc-開路電壓，Im-最佳工作電流，Vm-最佳工作電壓；標準光強與地面環境溫度：AM1.5光強，1000W/m2，t=25°C；AM1.5，地球大氣層外接受到的太陽輻射，未受到大氣層的反射和吸收，稱為大氣質量為0的輻射，以AM0表示。太陽輻射在到達地球之前，被大氣層中的氣體分子及懸浮微粒所吸收、散射和反射而被削弱，這種削弱還與穿透大氣層的距離有關，這又決定于太陽輻射的方向。通常，以AM1表示垂直于太陽入射方向上單位面積上得到的太陽光譜。AM1.5，AM2等分別表示不同方向得到的太陽光譜。1.5=光線在大氣走的路程/垂直路程，是一個夾角關系。用公式AM俎/cos(z)，z為天頂角可知，AM1.5對于與天頂角48.2。，包括中國，歐洲，美國在內的大部分國家都處在這個中緯度區域。天頂角即入射光線與當地天頂方向的夾角。光伏電池中電子在通過P-N結后，如果在半導體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬材料，陽光就不能通過，電流就不能產生,因此一般用金屬網格覆蓋P-N結(如下圖梳狀電極)，即能減小電即能減小電阻降低損耗又能增加入射光的面積，增大工作效率。

g探護幣硅的表面非常光滑，大量的太陽光會被反射，則太陽能電池板的工作功率會減小。為減少陽光的反射，則在硅表面涂上一層反射系數非常小的保護膜(上圖梳狀電極)，將反射損失將大大減小。。然而，一塊電池所能提供的電流和電壓有限，則可以將很多電池并聯或串聯起來使用以達到提高太陽能光電板的利用率。當太陽能電池板溫度升高，太陽能電池板的轉換率降低。若在太陽能電池板上加隔熱保護罩，有利于阻止太陽能電池板板體的溫度升高，從而提高太陽能電池板光電轉換率(利用光電材料吸收光能后轉換成電能的效率叫光電轉換率)。上面給出的是結論，即降低電池板溫度可以提高光電轉換效率，那么下面我們研究為什么。實驗條件：固定日照量在1000W/m2，串聯電組Rs=0.614Q時，分別仿真溫度在0°C100°C時的太陽能電池模塊I-V曲線和P-V曲線。由此二圖可知，在固定日照強度下，當溫度升高時太陽能電池的開路電壓會有所下降，短路電流卻會有所增加。整體而言，輸出功率會略微減少，而所能輸出的最大功率值也會隨著溫度的遞增而遞減，對應于溫度變化，最大功率值也會呈現線性變化。溫度的上升，會造成太陽能電池輸出功率的減少，因此工作環境的溫度將會直接影響到太陽能電池的效率。(4太陽能電池板的發電量與太陽光入射角有關，當太陽光線與太陽電池板平面垂直時轉換率最高。用自動追光系統轉換率可提高40%。(5)光照強度對太陽能電池板輸出功率的影響同等條件下，光照強度與太陽能電池呈正相關關系。下面我們看一個實驗及其得出的圖像。不同日照量下對太陽能電池I-V曲線的影響

不同日照量下對太陽能電池P-V曲線的影響S=1￡HJQw/m2不同日照量下對太陽能電池P-V-I3D曲線觀察上述三幅實驗圖像，可得：日照強度改變時，其開