没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
资源推荐
资源详情
资源评论
1.太阳能概况
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,生物质能、风能、海洋能、水能等都
来自太阳能,广义地说,太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种
则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳
能热利用技术,再利用热能进行发电的称为太阳能热发电,也属于这一技术领域;通过转
换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术,光电转换装置通常是利用
半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的,因此又称太阳能光伏技术。
二十世纪 年代,太阳能利用领域出现了两项重大技术突破:一是 年美国贝
尔实验室研制出 %的实用型单晶硅电池,二是 年以色列 提出选择性吸收表
面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术突破为太阳能利用进入现代发
展时期奠定了技术基础。
年代以来,鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加,世界上许多国家掀起了
开发利用太阳能和可再生能源的热潮。 年,美国制定了政府级的阳光发电计划 ,
年又正式将光伏发电列入公共电力规划,累计投入达 亿多美元。 年,美国政
府颁布了新的光伏发电计划,制定了宏伟的发展目标。日本在 年代制定了“阳光计划”,
年将“月光计划”(节能计划)、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等
欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。 年代以来联合国召开了一
系列有各国领导人参加的高峰会议,讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约,
设立国际太阳能基金等,推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可
再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动,成为各国制定可持续发展战略的重要内容。
自“六五”以来我国政府一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入国家科技攻关计
划,大大推动了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展。
二十多年来,太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足
发展,成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。返回
2.光 伏 效 应
光生伏特效应简称为光伏效应,指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部
位之间产生电位差的现象。
产生这种电位差的机理有好几种,主要的一种是由于阻挡层的存在。以下以 结为例
说明。
热平衡态下的 P-N 结
结的形成:
同质结可用一块半导体经掺杂形成 区和 区。由于杂质的激活能量 很小,在室温
下杂质差不多都电离成受主离子
和施主离子
。在 区交界面处因存在载流子的浓
度差,故彼此要向对方扩散。设想在结形成的一瞬间,在 区的电子为多子,在 区的电
子为少子,使电子由 区流入 区,电子与空穴相遇又要发生复合,这样在原来是 区的
结面附近电子变得很少,剩下未经中和的施主离子
形成正的空间电荷。同样,空穴由
区扩散到 区后,由不能运动的受主离子
形成负的空间电荷。在 区与 区界面两
侧产生不能移动的离子区(也称耗尽区、空间电荷区、阻挡层),于是出现空间电偶层,
形成内电场(称内建电场)此电场对两区多子的扩散有抵制作用,而对少子的漂移有帮助
作用,直到扩散流等于漂移流时达到平衡,在界面两侧建立起稳定的内建电场。
热平衡下 结模型及能带图
结能带与接触电势差:
在热平衡条件下,结区有统一的
;在远离结区的部位,
!
、
、
"
之间的关系与结形
成前状态相同。
从能带图看, 型、 型半导体单独存在时,
与
有一定差值。当 型与 型两者
紧密接触时,电子要从费米能级高的一方向费米能级低的一方流动,空穴流动的方向相反
同时产生内建电场,内建电场方向为从 区指向 区。在内建电场作用下,
将连同整
个 区能带一起 下移,
将连同整 个 区能带一 起上移,直至 将费米能级拉 平为
#
,载流子停止流动为止。在结区这时导带与价带则发生相应的弯曲,形成势垒。势
垒高度等于 型、 型半导体单独存在时费米能级之差:
$%
#
得
%
#
&$
$:电子电量
%
:接触电势差或内建电势
对于在耗尽区以外的状态:
%
#'&$()
&)
*
、
、)
*
:受主、施主、本征载流子浓度。
可见 %
与掺杂浓度有关。在一定温度下, 结两边掺杂浓度越高,%
越大。
禁带宽的材料,)
*
较小,故 %
也大。
光照下的 P-N 结
结光电效应:
当 结受光照时,样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子。但能引
起光伏效应的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因 区产生的光生空穴, 区产生的
光生电子属多子,都被势垒阻挡而不能过结。只有 区的光生电子和 区的光生空穴和结
区的电子空穴对(少子)扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被
拉向 区,光生空穴被拉向 区,即电子空穴对被内建电场分离。这导致在 区边界附近
有光生电子积累,在 区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡 结的内建
电场方向相反的光生电场,其方向由 区指向 区。此电场使势垒降低,其减小量即光生
电势差, 端正, 端负。于是有结电流由 区流向 区,其方向与光电流相反。
实际上,并非所产生的全部光生载流子都对光生电流有贡献。设 区中空穴在寿命 +
,
的时间内扩散距离为 -
,
, 区中电子在寿命 +
)
的时间内扩散距离为 -
)
。-
)
-
,
#- 远大于
结本身的宽度。故可以认为在结附近平均扩散距离 - 内所产生的光生载流子都对光电
流有贡献。而产生的位置距离结区超过 - 的电子空穴对,在扩散过程中将全部复合掉,对
结光电效应无贡献。
光照下的 P-N 结电流方程:
与热平衡时比较,有光照时, 结内将产生一个附加电流(光电流).
,
,其方向与
结反向饱和电流 .
相同,一般 .
,
/.
。此时
.#.
0
$%&'
.
.
,
令 .
,
#1,则
.#.
0
$%&'
.
1
开路电压 %
2
:
光照下的 结外电路开路时 端对 端的电压,即上述电流方程中 .# 时的 % 值:
#.
0
$%&'
.
1
%
2
#'&$()1.
&.
3'&$()1&.
短路电流 .
2
:
光照下的 结,外电路短路时,从 端流出,经过外电路,从 端流入的电流称为短
路电流 .
2
。即上述电流方程中 %# 时的 . 值,得 .
2
#1。
%
2
与 .
2
是光照下 结的两个重要参数,在一定温度下,%
2
与光照度 成对数关系,
但最大值不超过接触电势差 %
。弱光照下,.
2
与 有线性关系。
无光照时热平衡态, 型半导体有统一的费米能级,势垒高度为 $%
#
。
稳定光照下 结外电路开路,由于光生载流子积累而出现光生电压 %
2
不再有统
一费米能级,势垒高度为 $%
%
2
。
2稳定光照下 结外电路短路, 结两端无光生电压,势垒高度为 $%
,光生电
子空穴对被内建电场分离后流入外电路形成短路电流。
4有光照有负载,一部分光电流在负载上建立起电压 %
5
,另一部分光电流被 结因
正向偏压引起的正向电流抵消,势垒高度为 $%
%
5
。
返回
3.太阳能电池
电池行业是21世纪的朝阳行业,发展前景十分广阔。在电池行
业中,最没有污染、市场空间最大的应该是太阳能电池,太阳能电池
的研究与开发越来越受到世界各国的广泛重视。
太阳的光辉普照大地,它是明亮的使者,太阳的光除了照亮世界,
使植物通过光合作用把太阳光转变为各种养分,供人们食用,产生纤
维质供人们做衣服,生长木材给我们建筑房屋
以外,太阳的光还可以通过太阳能电池转变为
电。太阳能电池是一种近年发展起来的新型的
电池。太阳能电池是利用光电转换原理使太阳
的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器
件,这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效
应”,因此太阳能电池又称为“光伏电池”,用于太阳能电池的半导体材
料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质,和任何物质的原子一样,
半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成,半导体硅
原子的外层有 个电子,按固定轨道围绕原子核转动。当受到外来
能量的作用时,这些电子就会脱离轨道而成为自由电子,并在原来的
位置上留下一个“空穴”,在纯净的硅晶体中,自由电子和空穴的数目
是相等的。如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素,由于这些元素能够俘
获电子,它就成了空穴型半导体,通常用符号 表示;如果掺入能够
释放电子的磷、砷等元素,它就成了电子型半导体,以符号 代表。
若把这两种半导体结合,交界面便形成一个 - 结。太阳能电池的
奥妙就在这个“结”上,- 结就像一堵墙,阻碍着电子和空穴的移
动。当太阳能电池受到阳光照射时,电子接受光能,向 型区移动,
使 型区带负电,同时空穴向 型区移动,使 型区带正电。这样,
在 - 结两端便产生了电动势,也就是通常所说的电压。这种现象
就是上面所说的“光生伏打效应”。如果这时分别在 型层和 型层焊
上金属导线,接通负载,则外电路便有电流通过,如此形成的一个个
电池元件,把它们串联、并联起来,就能产生一定的电压和电流,输
出功率。制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种,因此太阳电池
的种类也很多。目前,技术最成熟,并具有商业价值的太阳电池要算
硅太阳电池。
年美国贝尔研究所首先应用这个原理
试制成功硅太阳电池,获得 6光电转换效
率的成果。太阳能电池的出现,好比一道曙
光,尤其是航天领域的科学家,对它更是注
目。这是由于当时宇宙空间技术的发展,人
造地球卫星上天,卫星和宇宙飞船上的电子
仪器和设备,需要足够的持续不断的电能,
而且要求重量轻,寿命长,使用方便,能承
受各种冲击、振动的影响。太阳能电池完全
满足这些要求, 年,美国的“先锋一号”
人造卫星就是用了太阳能电池作为电源,成
为世界上第一个用太阳能供电的卫星,空间电源的需求使太阳电池作
为尖端技术,身价百倍。现在,各式各样的卫星和空间飞行器上都装
上了布满太阳能电池的“翅膀”,使它们能够在太空中长久遨游。我国
年开始进行太阳能电池的研制工作,并于 年将研制的太
阳能电池用在了发射的第二颗卫星上。以太阳能电池作为电源可以使
卫星安全工作达 年之久,而化学电池只能连续工作几天。
空间应用范围有限,当时太阳电池造价昂贵,发展受到限。 年代
初,世界石油危机促进了新能源的开发,开始将太阳电池转向地面应
用,技术不断进步,光电转换效率提高,成本大幅度下降。时至今日,
光电转换已展示出广阔的应用前景。
太阳能电池近年也被人们用于生产、生活的许多领域。从
年世界上第一架太阳能电池飞机在美国首次试飞成功以来,激起人们
对太阳能飞机研究的热潮,太阳能飞机从此飞速地发展起来,只用了
六七年时间太阳能飞机从飞行几分钟,航程几公里发展到飞越英吉利
海峡。现在,最先进的太阳能飞机,飞行高度可达 万多米,航程
超过 公里。另外,太阳能汽车也发展很快。
在建造太阳能电池发电站上,许多国家也取得了较大进展。
年,美国阿尔康公司研制的太阳能电池发电站,用 个太阳板,
个光电池模块,年发电能力 万度。德国 年建造的小
型太阳能电站,光电转换率可达 %多,适于为家庭和团体供电。
年美国加州公用局又开始研制一种“革命性的太阳能发电装置”,
预计可供加州 / 的用电量。用太阳能电池发电确实是一种诱人的
方式,据专家测算,如果能把撒哈拉沙漠太阳辐射能的 %收集起来,
足够全世界的所有能源消耗。
在生产和生活中,太阳能电池已在一些国家得到了广泛应用,在远离
输电线路的地方,使用太阳能电池给电器供电是节约能源降低成本的
好办法。芬兰制成了一种用太阳能电池供电的
彩色电视机,太阳能电池板就装在住家的房顶
上,还配有蓄电池,保证电视机的连续供电,
既节省了电能又安全可靠。日本则侧重把太阳
能电池应用于汽车的自动换气装置、空调设备
等民用工业。我国的一些电视差转台也已用太
阳能电池为电源,投资省,使用方便,很受欢
迎。
当前,太阳能电池的开发应用已逐步走向商业化、产业化;小功
率小面积的太阳能电池在一些国家已大批量生产,并得到广泛应用;
同时人们正在开发光电转换率高、成本低的太阳能电池;可以预见,
太阳能电池很有可能成为替代煤和石油的重要能源之一,在人们的生
产、生活中占有越来越重要的位置。 返
回
4.多晶硅及其他光电转换材料
光伏效应
现代工业的发展,一方面加大对能源的需求,引发能源危机;
另一方面在常规能源的使用中释放出大量的二氧化碳气体,导致全
球性的“温室效应”。为此各国力图摆脱对常规能源的依赖,加速发展
可再生能源。作为最理想的可再生能源,太阳能具有“取之不尽,用
之不竭”的特点,而利用太阳能发电具有环保等优点,而且不必考虑
其安全性问题。所以在发达国家得到了高度重视,欧洲联盟国家计
划在2010年太阳能光电转换的电力占所有总电力的 7%,美国
剩余63页未读,继续阅读
资源评论
shuizhuzqj
- 粉丝: 2
- 资源: 11
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功