浅谈太阳能光电池的效率问题
光电子器件论文
—浅谈太阳能光电池的效率问题
浅谈太阳能光电池的效率问题
摘要：太阳能作为一种新能源和可再生能源，受到了世界各国的青睐。但从如今的发展状况来看，还存在着不少的问题和强大的发展空间。本文简单的分析了当今比较热门的太阳能光电池低效率的问题，并就提高其效率的方法、原理以及发展的现状、价格和产业化问题做了简单介绍。
关键字：太阳能光电池、低效率、解决方案、产业化。
在常规化石燃料能源过度消耗的今天，太阳能的开发与利用达到了前所未有的程度。太阳能取之不尽用之不还随处可得，避免了长距离输电线路的损失，其发电不产生任何废物，无污染无公害，是一种理想的清洁能源。
一、近年来的发展现状：
下表是全球2006-2007年太阳电池的产量和2010年末全球光伏工业产量。
国家/地区2006年2007年
产量(MW) 比例(%) 产量(MW) 比例(%) 中国大陆438 17.1 1088 27.2 日本926.8 36.19 920 23
德国508 19.83 810 20.25
美国179.6 7.01 266.1 6.65
表1：全球2006-2007年太阳电池的产量
硅材料 8-10
硅片10-12
电池11-14
晶体硅组件14-16
薄膜电池 4
表2:2010年末全球光伏工业产量
从表1可以看出，太阳电池的生产能力有了很大的提高，从表2可以看出近年来光伏技术的材料仍旧是以硅为主，并且正在向薄膜电池发展。
虽然近年来太阳能电池的发展速度很快，但是其造价之高和效率之低仍旧是其不能普及的重要障碍。下面让我们看一组数据，便能够了解到提高效率的重要性。
电池种类转换效率（%）
单晶硅电池24.7
GaAs多结电池40.7
多晶硅电池20.3
非晶硅电池12.8
多晶薄膜电池16.6
纳米硅电池10.1
染料敏化电池11.0
HIT电池21.5
表3：目前各类太阳电池的实验室转换效率
电池组件成本
16%的单晶硅260美元/ m2
10%的CdTe 90美元/ m2 12%的CIGS 170美元/ m2
8%非晶硅90美元/ m2
25%聚光太阳电池50美元/ m2
表4：几种太阳能电池组的成本报价
通过这组数据，我们可知现今太阳能电池的转换效率非常低，造价非常的高，其发展还有很大的提升空间。而想要尽快的提高转换效率、降低造价，便需要不断的改进加工工艺，发展低造价高效率的太阳能电池材料
那么如何提高太阳能电池的效率呢？首先我们应该找到影响效率的原因，我的总结如下:
(1)太阳是能量的来源，虽然它辐射的能量非常巨大，但是太阳能电池的吸
收利用的效率非常低。所以我们应该创新加工工艺改善太阳能电池结构
来提高对光照的吸收。
(2)外界的温度等条件也会影响太阳能电池的输出功率，如何使之处于最大
功率输出点也是比较关键的问题。
(3)如今使用较为广泛的太阳能电池材料仍旧是硅，但提纯硅的工艺却是非
常繁琐，其造价之高严重影响了太阳能电池的普及和发展。所以如何节
省材料发展材料也成了提高效率的关键。
(4)单节电池的效率较低，无论是输出电流和输出电压都不足以满足生产生
活需要。如何设计太阳电池方阵完善光伏系统也是比较关键的一步。
针对以上问题，我了解到了现今比较常用的提高方法，由下叙述：
二、解决方法:
1、对于较为常见的非晶硅电池和单晶硅电池来说：
（1）发展薄膜电池，由于薄膜电池用硅量比较少，价格便宜还可以做成柔性衬底甚至不规则形状，可以具有不同颜色和透明程度，容易实现与建筑
的一体化。
（2）采用绒面上电极和多层背反射电极来增加光在I层的吸收。采用绒面可实现入射光的多次反射，使反射损失变小，起到增透减反的作用，同时
如果再加上减反射膜，反射率可以进一步的降低，设置可以达到3%以下。
制绒前后的反射率对比如图所示：
图1：制绒前后的反射率对比图
入射光在绒面表面多次折射，改变了入射光在硅中的前进方向，不仅延长了光程，增加了对红外光子的吸收率，而且有效多的光子在P-N结附近产生光生载流子，从而增加了光生载流子的收集概率。在同样尺寸的集片上，绒面电池的P-N结面积比光面电池大得多，因而可以提高短路电流和转换效率。
绒面的制作方法：
对于单晶硅来说，绒面的制作通常是利用某些化学腐蚀剂对硅片表面进行腐蚀而形成，常用的有有机腐蚀剂例如EPW（乙二胺邻苯二酸和水）和联胺等，另一类是无机腐蚀剂包括碱性腐蚀液等，两者对不同镜面都具有不同的腐蚀速度。腐蚀剂对晶面的腐蚀速度也不相同，对（100）腐蚀最快，对（111)腐蚀较慢，这种现象也成为各向异性腐蚀。一般的太阳能电池对单晶硅（100）晶面作为表面，经过腐蚀会出现表面为（111）晶面的四面方椎体的金字塔结构。
对于多晶硅在实际生产中经常使用比较廉价的浓度为1%的NaOH稀溶液作为腐蚀剂，添加醇类作为络合剂。但由于多晶表面晶向的随意分布，碱性腐蚀的效果并不理想。近年来发展的酸腐蚀法、活性离子刻蚀法等应用到了大规模的生产中。酸性腐蚀法常用一定比例的HF+HNO3的酸混合溶液，此方法为各向同性腐蚀法。控制温度在5到10度，使其能在切片造成的表面损伤方向上保持较高的腐蚀速度，从而将表面的损伤加深加宽形成绒面，由于多晶硅表面晶向的随意分布，表面产生出不规则的凹坑形状，与单晶硅形成的有所不同。
图2：单晶硅绒面形貌图3：多晶硅的绒面形貌（3）采用叠型非晶硅太阳能电池来提高太阳光的利用率。
限制非晶硅P-I-N太阳电池转换效率的一个重要因素是低能光子的损失，主要原因一是I层厚度有限，部分透射能力较强的长波光子不能被有效的吸收，二是非晶硅的带隙宽度约为1.8ev，能量小于起帯隙宽度的光子并不能产生电子空穴对。针对这个问题我们发展了叠层非晶硅太阳能电池。
最简单的非晶硅叠层太阳电池由两个非晶硅P-I-N单元组成，薄膜非晶硅叠层太阳电池的断面结构及光谱相应曲线如图（PIN层的尺寸由图可知）。
图4图5：薄膜非晶硅叠层太阳电池断面结构及光谱响应曲线图
下面我们通过三个单元的叠层组介绍原理:
对于三个单元电池所组成的叠层太阳电池，从光入射的表面开始排序其禁带宽度E g1>E g2>E g3,入射的光子由第一个太阳电池吸收，透过的能量小于的光子被第二个光电池吸收，以此类推来提高太阳电池的收集效率。在AM1光强100mW/cm2条件下，有两个单元叠层式电池的转换效率为19%-20%,此时E g1=1.85ev，而又三个单元叠层时的最佳效率只有21%-22%，相对生产工作量，效率的提高并不多。但由于增加了叠层个数从而使太阳能的输出电流减小，这就意味着焦耳热功率I2R的损失减小，同时电压增大可以有效提高太阳能电池的性能。
图6：三结非晶硅叠层太阳电池的结构图7：光谱响应曲线
现今由于叠层太阳电池较为适合空间技术的应用，其小电流大电压带来的优越性使其拥有着较好的发展空间。
2、根据伏安特性曲线和最大功率点的知识，我们可以采取下面的方式来达到提
高功率的方法。
图8：太阳电池的伏安特性曲线
（1）恒电压控制法
对于光照和温度变化不大的环境中，太阳电池的最佳工作电压Um变化
不大，可根据这一点在光伏方阵和负载之间通过一定的阻抗变化使得系
统成为一个稳压器。使工作电压始终保持在Um附近，以此使得太阳能
光电池始终接近于最大输出功率。
（2）增量电导法
由伏特曲线可知在最大功率处dP/dU=0，将功率用电压和电流的乘积表
示为
dP/dU=d（IU）/dU=1+UdI/dU=0
整理得出dI/dU=-I/U
DI代表变化增量前后测得的电流差值 dU代表变化增量前后测得的的
电压差值。因此根据测量的增量值dI/dU和瞬间太阳电池的电导值I/U
来决定下一次的变动方向。当满足dI/dU=-I/U时表示已经达到了最大功
率点。这种方法可以适应瞬息万变的气象环境，但是实际应用存在着误
差。
同时还有扰动法、直线近似法和实际测量法等等。
我们还可以从硅材料的制作方面、太阳能电池的聚光方面、光伏系统的完善方面和太阳能点阵的设计方面来进行效率的提高。在此便不再赘述。
三、最新科技的发展：
最新锗太阳能光电池效率是35％！太阳能新能源技术的顶峰！目前各国航天器上用的太阳能电池板都是锗单晶太阳能电池，因为锗单晶材料制成的太阳能电池光电转换效率更高，可以达到35％。世界公认最顶级德国太阳能专家小组预言，随着各国对节能环保的重视，人类制造太阳能电池技术及工艺的进步，未来5年内锗单晶太阳能电池必将取代现在大量使用的硅
材料太阳能电池。
随着科技的发展，很多新材料被挖掘出来，其较高的转换效率和性能的确让人为之欣喜，虽然现今由于造价较高等原因还无法大量普及，但我相信科学的发展是永无止境的，终有一天太阳能电池技术将臻于完善！
太阳能电池板与蓄电池配置计算公式
太阳能电池板与蓄电池配置计算公式(图) 太阳能电池板与蓄电池配置计算公式 一：首先计算出电流： 如：12V蓄电池系统； 30W的灯2只，共60瓦。 电流＝60W÷12V＝5A 二：计算出蓄电池容量需求： 如：路灯每夜累计照明时间需要为满负载7小时(h)； (如晚上8：00开启，夜11：30关闭1路，凌晨4：30开启2路，凌晨5：30关闭) 需要满足连续阴雨天5天的照明需求。(5天另加阴雨天前一夜的照明，计6天) 蓄电池＝5A×7h×(5＋1)天＝5A×42h＝210AH 另外为了防止蓄电池过充和过放，蓄电池一般充电到90%左右；放电余留20%左右。 所以210AH也只是应用中真正标准的70%左右。 三：计算出电池板的需求峰值(WP)： 路灯每夜累计照明时间需要为7小时(h)； ★：电池板平均每天接受有效光照时间为4.5小时(h)； 最少放宽对电池板需求20%的预留额。 WP÷17.4V＝(5A×7h×120%)÷4.5h WP÷17.4V＝9.33 WP＝162(W)
光伏发电系统计算方法 光伏系统的规模和应用形式各异，如系统规模跨度很大，小到几瓦的太阳能庭院灯，大到MW级的太阳能光伏电站。其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间应用等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结构和工作原理基本相同。 太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或11 0V，还需要配置逆变器。各部分的作用为： （一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。 （二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项； （三）蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。 （四）逆变器：在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能（注意，不是简单的降压）。 光伏系统的设计包括两个方面：容量设计和硬件设计。 在进行光伏系统的设计之前，需要了解并获取一些进行计算和选择必需的基本数据：光伏系统现场的地理位置，包括地点、纬度、经度和海拔；该地区的气象资料，包括逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量以及散射辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速以及冰雹、降雪等特殊气象情况等。 蓄电池的设计包括蓄电池容量的设计计算和蓄电池组的串并联设计。首先，给出计算蓄电池容量的基本方法。 （1）基本公式
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单晶硅太阳能电池板，铝合金边框，钢化玻璃面板 拍前请确认货期。 详细参数： 多晶硅太阳能板100W可充12V/24V 净重：11KGS 工作电压： 工作电流： 开路电压： 短路电流： 蓄电池：24V/12V 二、产品特点： 采用平均转换效率在15%以上的优质单晶硅太阳电池单片，具有优良的弱光响应性能，符合IEC61215和电气保护II级标准。太阳能电池转换效率高。而且太阳能电池板阵列一次性性能佳。 太阳能电池板阵列的表面采用高透光绒面钢化玻璃封装，气密性、耐候性好，抗腐蚀。 阳极氧化铝边框：机械强度高，具有良好的抗风性和防雹性，可在各种复杂恶劣的气候条件下使用，便于安装。 太阳能电池板在制造时，先进行化学处理，表面做成了一个象金字塔一样的绒面，能减少反射，更好地吸收光能。 采用双栅线，使组件的封装的可靠性更高。 太阳能电池板阵列抗冲击性能佳，符合IEC国际标准。 太阳能电池板阵列层之间采用双层EVA材料以及TPT复合材料，组件气密性好，抗潮，抗紫外线好，不容易老化。 直流接线盒：采用密封防水、高可靠性多功能ABS塑料接线盒，耐老化防水防潮性能好；连接端采用易操作的专用公母插头，使用安全、方便、可靠。 带有旁路二极管能减少局部阴影而引起的损害。 工作温度：-40℃～+90℃ 使用寿命可达20年以上，衰减小于20%。 三、问题集锦： 1、什么是太阳能电池 答：太阳能电池是基于半导体的光伏效应将太阳辐射直接转换为电能的半导体器件。现在商品化的太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池，目前还有碲华镉电池、铜铟硒电池、纳米氧化钛敏化电池、多晶硅薄膜太阳能电池及有机太阳能电池等。 晶体硅（单晶、多晶）太阳能电池需要高纯度的硅原料，一般要求纯度至少是%，也就是一千万个硅原子中最多允许2个杂质原子存在。硅材料是用二氧化硅（SiO2，
太阳能电池探究亮特性光照强度关系
扬州大学物理科学与技术学院 大学物理综合实验训练论文实验名称：太阳能电池探究亮特性光照强度关系 班级：物教1201班 姓名：郑清华 学号：120801117 指导老师：李俊来
太阳能电池探究亮特性光照强度关系 物教1201 郑清华指导老师：李俊来 摘要：本文介绍了太阳能电池研究背景、实验原理等。在不同光强条件对单晶硅太阳电尺进行了测试.研究发现,当光强为3433.56—10617.33W/2 m时,开路电压随着光强的增加呈对数关系增加,短路电流几乎呈线性变化。效率随着光强的增加先增加后减小,最大效率值1、21%。填充因子随着光强的增加减小。 关键词：太阳能电池;输出特性；光强特性。 一、研究背景 随着经济社会的不断发展，能量与能源问题的重要性日益凸显。人类对能源的需求，随着社会经济而急剧膨胀，专家估计目前每年能源总消耗量为200亿吨标准煤，并且其中90%左右为不可再生的化石能源来维持。就目前情况，全球化石能源储备只能维持100年左右。太阳能以其清洁、长久、无害等优点自然而然成为人类可持续发展不得不考虑的能源方式。太阳每年通过大气向地球输送的能量高达3×1024焦耳，而地球上人类一年的能源总需求达到约4.363×1020焦耳，也就是说，如果我们可以收集其中的万分之一到万分之二就足够我们的需求。太阳能是最为清洁的能源，并且不受任何地域限制，随处可取。此外，将太阳能转换为电能后，电能又是应用范围最广，输送最方便的一种能源。 太阳能一般指太阳光的辐射能量。我们知道在太阳内部无时无刻不在进行着氢转变为氦的热核反应，反应过程中伴随着巨大的能量释放到宇宙空间。太阳释放到宇宙空间的所有能量都属于太阳能的范畴。太阳能电池是目前太阳能利用的关键环节，核心概念是pn结和光生伏特效应 晶体硅太阳电池在如今的光伏市场中占据了绝对主导的地位,而且这一地位在今后很长一段时间内不会改变,因此提高晶体硅太阳电池效率,降低生产成本, 使晶体硅太阳电池能与常规能源进行竞争成为现今光伏时代的主题.太阳能是最具发展潜力的新能源。光伏发电是解决能源危机，实现能源可持续发展的重要途径之一。硅太阳能电池是当今市场的主流产品，其最高效率是24.7%，由新南威尔士大学马丁·格林教授研制的PERL单晶硅电池取得单并保持至今。继续提高转换效率十分困难，但电池的效率会随温度和光强变化而变化。因此，研究温度和光强对太阳能电池的影响是必要的。 二、太阳能光伏电池实验 （一）实验目的 1.了解pn结的基本结构与工作原理。 2.了解太阳能电池组件的基本结构，理解其工作原理。
量子点太阳能电池外量子效率首超100%
量子点太阳能电池外量子效率首超100% 据美国物理学家组织网12月16日（北京时间）报道，美国国家可再生能源实验室（NREL）研制出一种新式的量子点太阳能电池，当其被太阳能光谱的高能区域发出的光子激活时，会产生外量子效率最高达114%的感光电流。发表于12月16日出版的《科学》杂志上的这一最新研究为科学家们研制出第三代太阳能电池奠定了基础。 当光子入射到太阳能电池表面时，部分光子会激发光敏材料产生电子空穴对，形成感光电流，此时产生的电子数与入射光子数之比称为感光电流的外量子效率。迄今为止，还没有任何一种太阳能电池在太阳能光谱内光波的照射下，显示出超过100%的外量子效率。 现在，NREL团队首次在量子点太阳能电池上实现了这一点。他们在一个叠层量子点太阳能电池上获得了114%的外量子效率。该电池由具有减反光涂层的玻璃（其包含有一薄层透明的导体）、一层纳米结构的氧化锌、一层经过处理的硒化铅量子点以及薄薄一层用作电极的金组成。 太阳能光子产生超过100%外量子效率基于载子倍增（MEG）过程，借助这一过程，单个被吸收的高能光子能激发多个电子空穴对。NREL团队首次在量子点太阳能电池的感光电流内展示了MEG，科学家们可借此改善太阳能电池的转化效率。研究结果显示，在模拟太阳光的照射下，新量子点太阳能电池的光电转化效率高于4.5%。目前，这种太阳能电池还没有达到最优化，因此，其能源转化效率相对来说偏低。 与传统的太阳能电池相比，量子点太阳能电池内的MEG能将电池的理论热力能转化效率提高35%；量子点太阳能电池也可使用廉价且产量高的卷对卷制程制造而成；其另外一个优势是每单位面积的制造成本很低，科学家们将其称为第三代（下一代）太阳能电池。
太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率
太阳能电池板太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率. 1.效率越大,相同面积的太阳能电池板输出功率也就越大, 用高效率的太阳 能电池板可以节省安装面积, 但是价格更贵. 2.太阳能电池的功率, 在太阳能电池板的背面标牌中, 有关于太阳能电池 板的输出参数, 如VOC开路电压,ISC短路电流,VMP工作电压,IMP工作电流, 等. 但我们只需要用工作电压和工作电流就可以了, 这两个相乘就可以得 这块太阳能电池板的输出功率. 太阳能电池板介绍：采用高质量单晶/多晶硅材料,经精密设备树脂封装生产出来的太阳能板,有良好的光电转换效果,外形美观,使用寿命长。 太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一。 太阳能电池组件可组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关，面积越大，在相同光照条件下的输 出功率也越大。 2.太阳能电池板的种类 (1)单晶硅太阳能电池 目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。 (2)多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12%左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单 晶硅太阳能电池还略好。
有关太阳能电池板的数据计算(1)
一，太阳能光电产品计算 下面以1kW输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算数据： 1.首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗)： 通常逆变器的转换效率为90%（国内企业研制的大功率光伏逆变器最高转换率 已达98.8%），则当输出功率为P 1=1kW时，则实际需要输出功率应为P 2 =1kW/90％ =1.11kW；若按每天使用6小时，则耗电量为W 1 =1.11kW*6小时=6.66kWh。 2.蓄电池的选择： 按照蓄电池一次充满后连续放电（非浮充状态下）可供负载一天（6小时）使用 蓄电池采用规格: 2400WH/12V。 蓄电池容量：2400WH/12V=200AH，蓄电池每日放电量 6.66kw/12v=555Ah，即每天（6小时使用时间）的用电量为12V555Ah。蓄电池的最大放电深度最好保持在70%以内, 所以输入应为：W 2 =W 1 /0.7=6.66kwh/0.7=9.51kWh。 总共容量的计算：555Ah/0.7=792.85Ah≈800Ah，实际没有800AH的容量，可以用200AH四组就可以了． 3.太阳能电池容量的计算与当地的地理位置、太阳辐射、气侯等因素有关。首先计算标准辐照度下当地的年平均日照时数H（h） H＝年辐射总量（kcal/cm2）×1.63（Wh/kcal） 365×0.1（W/cm2） 式中0.1W/cm2是25℃，AM1.5光谱时的辐照度，也是太阳能电池的标准测试条件。 表1 我国各类地区太阳能年辐射量 将年总辐射量代入公式，可得到各地区标准辐照度下当地的年平均日照时数H （h），结果如表1 按每日有效日照时间为H小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率为70％。 太阳能电池板的输出功率应为P 3 =9.51kWh/H/70%=13.585/H(W)。 太阳能峰值功率WP是在标准条件下：辐射强度1000W/m2，大气质量AM15，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。太阳能电池的额定输出功率与转换效率有关，一般来讲，单位面积的电池组件，转换效率越高，其输出功率越大。太阳能电池目前的转换效率一般在14-17%之间，每平方米的太阳能电池组件输出功率约140-170WP. 面积功率*面积=功率 我们按照面积电池（m2）光电转换效率为15%计算，假设此时太阳光的总功率为 1000W/m2组件的功率为P 3 =13.585/H(kW)
#什么是太阳能电池量子效率,如何测试
什么是太阳能电池量子效率,如何测试 请教大家,什么是太阳能电池量子效率啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池量子效率和太阳能电池光谱响应,太阳能电池IPCE有什么区别啊?spectral response, IPCE, Incident Photon to Charge Carrier Efficiency 太阳能电池这些特性如何测试啊? 什么是太阳能电池量子效率?如何测试啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池的量子效率是指太阳能电池的电荷载流子数目和照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率。因此，太阳能电池的量子效率和太阳能电池对照射在太阳能电池表面的各个波长的光的响应有关。太阳能电池的量子效率和光的波长或者能量有关。如果对于一定的波长，太阳能电池完全吸收了所有的光子，并且我们搜集到由此产生的少数载流子（例如，电子在P型材料上），那么太阳能电池在此波长的量子效率为1。对于能量低于能带隙的光子，太阳能电池的量子效率为0。理想中的太阳能电池的量子效率是一个正方形，也就是说，对于测试的各个波长的太阳能电池量子效率是一个常数。但是，绝大多数太阳能电池的量子效率会由于再结合效应而降低，这里的电荷载流子不能流到外部电路中。影响吸收能力的同样的太阳能电池结构，也会影响太阳能电池的量子效率。比如，太阳能电池前表面的变化会影响表面附近产生的载流子。并且，由于短波长的光是在非常接近太阳能电池表面的地方被吸收的，在前表面的相当多的再结合将会影响太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。类似的，长波长的光是被太阳能电池的主体吸收的，并且低扩散深度会影响太阳能电池主体对长波长光的吸收能力，从而降低太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。用稍微专业点的术语来说的话，综合器件的厚度和入射光子规范的数目来说，太阳能电池的量子效率可以被看作是太阳能电池对单一波长的光的吸收能力。 太阳能电池量子效率，有时也被叫做IPCE，也就是太阳能电池光电转换效率(Incident-Photon-to-electron Conversion Efficiency)。 太阳能电池（光伏材料）光谱响应测试、量子效率QE（Quantum Efficiency）测试、光电转换效率IPCE (Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency) 测试等。广义来说，就是测量光伏材料在不同波长光照条件下的光生电流、光导等。 测试原理 用强度可调的偏置光照射太阳能电池，模拟其不同的工作状态，同时测量太阳能电池在不同波长的单色光照射下产生的短路电流,从而得到太阳能电池的绝对光谱响应和量子效率。
太阳能电池转换效率
Research on New Technologies of Photoelectric Conversion Efficiency in Solar Cell Tianze LI, Chuan JIANG, Cuixia SHENG School of Electric and Electronic Engineering Shandong University of Technology Zibo 255049 ,China e-mail: ltzwang@https://www.360docs.net/doc/a512979771.html, Hengwei LU,Luan HOU, Xia ZHANG School of Electric and Electronic Engineering Shandong University of Technology Zibo 255049 ,China e-mail: henrylu007@https://www.360docs.net/doc/a512979771.html, Abstract—The characteristics of the solar energy and three conversion mode of solar energy including photovoltaic conversion, solar thermal conversion, and photochemical conversion are represented in this paper. On this basis,the materials used in solar cell, as well as the working principle of solar cells, the factors of low convert efficiency of solar cells and the two major bottlenecks encountered in the solar application are analyzed.The idea that spontaneous arrangement of compound organic molecules is achieved by changing the molecular arrangement structure of the organic thin-film solar is put forward. The new structure of liquid crystal layer come into being accordingly so that the electron donor and the receptor molecules of the mixture are separated, and the contacting area between them is enlarged. So the efficiency solar photovoltaic is improved. The research and development of this new technology can solve the technical problem of the low conversion efficiency of solar cell, and open up an effective way to improve the conversion efficiency of solar cells. At last,the prospect of solar photovoltaic technology, solar energy exploit technology and the development of industry is offered in the article. Keywords- photoelectric conversion efficiency; electron donor and recipient; photovoltaic generate power technology I.I NTRODUCTION Energy is the material basis of human society survival and development. In the past 200 years?the energy system based on coal, oil, natural gas and other fossil fuel has greatly promoted the development of human society. However, material life and spiritual life is increasing, the awareness of serious consequences brought from the large-scale use of fossil fuels is increasing at the same time: depletion of resources, deteriorating environment, in addition to all of the above, it induce political and economic disputes of a number of nations and regions, and even conflict and war. After in-depth reflection of the development process of the past, human advance seriously the future path of sustainable development. Today in the 21st century, there is no a problem as important as a sustainable energy supply, especially for the benefit of solar energy development and has been highly concerned by all mankind. Around the world are faced with limited fossil fuel resources and higher environmental challenges, it is particularly important to adhere to energy conservation, improve energy efficiency, optimize energy structure, rely on scientific and technological progress, development and utilization of new and renewable sources.After analyzing two bottleneck problems which affect the conversion efficiency of the solar cell, we put forward a new structure of molecular arrangement of the solar cell to improve the conversion efficiency of the solar cell. II.T HE F EATURES O F S OLAR A ND T HREE C ONVERSION M ODES A.The Features of Solar Solar resources are solar radiation energy on the entire surface of the earth. Solar energy has four features. Firstly, solar energy is sufficient. The gross of solar radiation energy on the surface of the earth is about 6h1017kWh every year. It can be used several billions of years, which is reproducible and cleanest. It isn’t monopolized by any groups or coutries. Secondly, the energy density of solar energy is low. People want to obtain higher energy density by condensers. Thirdly, because of climatic change, the solar energy is mutative. For example, cloudy day and rainy day, the solar energy is weak. People should consider energy storage or use auxiliary devices which provide conventional energy to use solar energy in a row. Forthly, because of the earth rotation, the earth revolution and the angle between the axis of rotation and the orbital plane, days and sensons must change on the earth, solar energy must change too. Fifthly, use of solar energy can make energy level appropriate allocation, so heat energy is made used of. When the sun light shines on the earth, part of the light is reflected or scattered, some light is absorbed, only about 70% of the light which are direct light and scattered light passes through the atmosphere to reach the surface of the earth. Part of the light on the surface of the earth is absorbed by the objects surface, another part is reflected into the atmosphere. Fig.1 shows the schematic diagram of the sun incident on the ground. Figure1. Schematic diagram of the sun incident on the ground 978-1-4244-7739-5/10/$26.00 ?2010 IEEE
太阳能电池板与蓄电池配置计算公式
太阳能电池板与蓄电池配置计算公式 一：首先计算出电流： 如：12V蓄电池系统； 30W的灯2只，共60瓦。 电流=60W-12V= 5A 二：计算出蓄电池容量需求： 如：路灯每夜累计照明时间需要为满负载7小时(h); (如晚上8：00 开启，夜11：30 关闭1 路，凌晨4：30 开启2 路，凌晨5：30 关闭) 需要满足连续阴雨天5 天的照明需求。(5 天另加阴雨天前一夜的照明，计6 天) 蓄电池=5A X7h X(5 + 1)天=5A X42h= 210AH 另外为了防止蓄电池过充和过放，蓄电池一般充电到90%左右；放电余留20%左右。 所以210AH也只是应用中真正标准的70%左右。 三：计算出电池板的需求峰值(WP)： 路灯每夜累计照明时间需要为7小时(h); ★：电池板平均每天接受有效光照时间为小时(h) ； 最少放宽对电池板需求20%的预留额。 W- = (5A X7h X120%— WP-= WP=162(W)
光伏发电系统计算方法 光伏系统的规模和应用形式各异，如系统规模跨度很大，小到几瓦的太阳能庭院灯，大到MV级的太阳能光伏电站。其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间应用等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结构和工作原理基本相同。 太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或11 0V,还需要配置逆变器。各部分的作用为： （一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。 （二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保 护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项； （三）蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。 （四）逆变器：在很多场合，都需要提供220VAC 110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般 都是12VDC 24VDC 48VDC为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电 能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能（注意，不是简单的降压）。光伏系统的设计包括两个方面：容量设计和硬件设计。
有机太阳能电池转换效率的理论极限值约为21%
有机太阳能电池转换效率的理论极限值约为21％ 电荷分离时存在0.4 eV能量损失的情况下，光电转换效率的理论极限值与太阳能电池可吸收的光能的最小值（光吸 收端能量）之间的关系。红线表示无机太阳能电池的理论极限值，蓝线表示有机太阳能电池的新的理论极限值 在作为新一代太阳能电池备受关注的“有机太阳能电池”方面，日本产业技术综合研究所（产综研）对这种电池将阳光转换成电力的能力——“光电转换效率”（以下简称转换效率）的理论极限进行了模拟计算，得出气数值约为21％。 日本正以产综研太阳能发电工学研究中心为核心，汇集环境能源、测量计量标准、纳米技术材料制造等多领域研究人员组成有机太阳能电池极限效率研讨会，开展有机太阳能电池转换效率的理论极限方面的研究。此次在理论上计算出的约21％的极限值高出目前所能实现的10～12％实际效率许多，表明今后通过选择及改进材料并优化结构，还有望使转换效率进一步提高。 目前主流的晶体硅太阳能电池等无机太阳能电池的转换效率理论极限已获知。此次便是以此为基础，并将无机太阳能电池与有机太阳能电池在吸收光后产生电力的机理方面的不同纳入考虑因素，计算出了有机太阳能电池的转换效率理论极限值。该成果有望成为有机太阳能电池的转换效率“能够提高到何种程度”的研发指南。上述成果将于近期在应用物理学会杂志《Applied Physics Letters》的在线版上公开。 有机太阳能电池拥有有机材料所特有的薄轻软柔特性，可安装在以往的晶体硅太阳能电池板难以设置的场所，作为新一代太阳能电池备受期待。不过，与晶体硅太阳能电池相比，有机太阳能电池在提高转换效率及耐久性方面还存在技术课题。但近年来其转换效率快速提高，有研究称已超过10％，达到了与非晶硅太阳能电池相当的水平。因此，业
柔性衬底微晶硅太阳电池量子效率的研究
第39卷第5期 人 工 晶 体 学 报 V o.l 39 N o .5 2010年10月 J OURNAL O F S YNTHET IC CRY STA LS O c tober ,2010 柔性衬底微晶硅太阳电池量子效率的研究 刘 成,周丽华,叶晓军,钱子勍,陈鸣波 (上海空间电源研究所,上海200233) 摘要:通过对微晶硅太阳电池量子效率的测量,结合微区拉曼光谱和电学特性测试,讨论了本征层的硅烷浓度和等离子体辉光功率对太阳电池量子效率的影响。发现本征层硅烷浓度增加时,电池的长波响应变差,材料结构由微晶相演变成非晶相;等离子体辉光功率的增加造成了电池短波响应的变化。同时发现测量微晶硅太阳电池时使用掩膜板所得短路电流密度与量子效率积分获得的短路电流密度相差不大。将优化后的沉积参数应用于不锈钢柔性衬底的非晶硅/微晶硅叠层太阳电池,获得了9.28%(AM 0,1353W /m 2)和11.26%(AM 1.5,1000W /m 2)的光电转换效率。关键词:太阳电池;量子效率;柔性衬底;微晶硅;非晶硅/微晶硅中图分类号:O484;TK 514 文献标识码:A 文章编号:1000 985X (2010)05 1161 05 Study on Quantu m Effici enci es ofM icrocrystalli ne Silicon Solar Cells on Flexi ble Substrates LI U Cheng,Z HOU L i hua,Y E X iao j u n,QI AN Z i qing,C HEN M i n g bo (Shanghai Institute of Space Po w er sou rces ,Shanghai200233,Ch i na) (R eceive d 22M arc h 2010,acce p t ed 21Jul y 2010) Abstract :W it h the m easure m ent o f quant u m efficienc ies ,Ra m an spectra and e lectrical characteristics ,the effects of silane concentrations and p las m a d i s charge po w ers on quantum efficiencies of m i c rocrysta lline silicon solar ce lls had been discussed .It is found that the long w avelength responses o f so l a r cells decrease w hen silane concentrations i n crease ,and the shortw aveleng t h responses o f solar cells changesw hen plas m a discharge powers i n crease .It is also found that the short circu it current density are al m ost the sa m e bet w een m easured by ill u m i n ated J V w ith m asks and by quant u m effic iency .W ith the opti m ized deposition para m eters ,a m or phous silicon /m icr ocrystalli n e silicon tande m so lar ce lls on sta i n less steel flex i b le substratesw ith conversi o n efficiency of 9.28%(AM 0,1353W /m 2 )and 11.26%(AM 1.5,1000W /m 2 )w ere obta i n ed . K ey w ords :so lar cells ;quantu m efficienc ies ;flex i b le substrates ;m icr ocr ystalli n e silicon ;a morphous silicon /m icrocr ystalli n e silicon 收稿日期:2010 03 22;修订日期:2010 07 21 基金项目:上海市博士后科研资助计划项目(08R21420200);上海市引进技术的吸收与创新计划项目(07X I 2 016) 作者简介:刘 成(1980 ),男,湖南省人,博士后。E m ai :l thomas .li u cheng @g m ai.l com 1 引 言 量子效率(Quantum efficiency ,简称QE)的定义为:当太阳光照射到太阳电池上,在内建电场作用下产生的光生载流子数目与入射的光子数的比值。它是一个小于1的无量纲的数。量子效率分为内量子效率和外量子
太阳能电池板日发电量简易计算方法
太阳能电池板日发电量简易计算方法 太阳能电池板日发电量 简易计算方法 太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成；太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源，就要根据用电器的功率，合理选择各部件。太阳能发电系统的设计需要考虑如下因素： Q1、太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐射情况如何？ Q2、系统的负载功率多大？ Q3、系统的输出电压是多少，直流还是交流？ Q4、系统每天需要工作多少小时？ Q5、如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天？ 下面以(负载)100W输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法： 1. 首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗)： 若逆变器的转换效率为90％，则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应为100W/90％=111W；若按每天使用6小时，则耗电量为111W*6小时=666Wh，即0.666度电。 2. 计算太阳能电池板： 按每日有效日照时间为5小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为666Wh÷5h÷70% =190W。其中70％是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。 3. 180瓦组件日发电量 180×0.7×5=567WH=0.63度 1MW日发电量=1000000×0.7×5=3500,000=3500度 例2：安10w灯，每天照明6小时，3个连雨天，如何计算太阳能电池板wp?以及12V 蓄电池ah? 每天的用电量: 10W X 6H= 60WH, 计算太阳能电池板: 假设你安装点的平均峰值日照时数为4小时. 则:60WH/4小时, = 15WP 太阳能电池板. 再计算充放电损耗, 以及每天需要给太阳能电池板的补充: 15WP/0.6= 25WP, 也就是一块25W的太阳能电池板就够了. 再计算蓄电池. 60WH/12V=5AH. 每天要用12V5AH的电量. 三天则为12V15AH.
太阳能电池计算(苍松参考)
单晶硅太阳能电池板，铝合金边框，钢化玻璃面板 拍前请确认货期。 详细参数： 多晶硅太阳能板100W 可充12V/24V 净重：11KGS 工作电压：33.5V 工作电流：2.99A 开路电压：41.5V 短路电流：3.57A 蓄电池：24V/12V 二、产品特点： ●采用平均转换效率在15%以上的优质单晶硅太阳电池单片，具有优良的弱光 响应性能，符合IEC61215和电气保护II级标准。太阳能电池转换效率高。 而且太阳能电池板阵列一次性性能佳。 ●太阳能电池板阵列的表面采用高透光绒面钢化玻璃封装，气密性、耐候性好， 抗腐蚀。 ●阳极氧化铝边框：机械强度高，具有良好的抗风性和防雹性，可在各种复杂 恶劣的气候条件下使用，便于安装。 ●太阳能电池板在制造时，先进行化学处理，表面做成了一个象金字塔一样的 绒面，能减少反射，更好地吸收光能。 ●采用双栅线，使组件的封装的可靠性更高。 ●太阳能电池板阵列抗冲击性能佳，符合IEC国际标准。 ●太阳能电池板阵列层之间采用双层EVA材料以及TPT复合材料，组件气密性 好，抗潮，抗紫外线好，不容易老化。 ●直流接线盒：采用密封防水、高可靠性多功能ABS塑料接线盒，耐老化防水 防潮性能好；连接端采用易操作的专用公母插头，使用安全、方便、可靠。 ●带有旁路二极管能减少局部阴影而引起的损害。 ●工作温度：-40℃～+90℃ ●使用寿命可达20年以上，衰减小于20%。 三、问题集锦： 1、什么是太阳能电池 答：太阳能电池是基于半导体的光伏效应将太阳辐射直接转换为电能的半导体器件。现在商品化的太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池，目前还有碲华镉电池、铜铟硒电池、纳米氧化钛敏化电池、多晶硅薄膜太阳能电池及有机太阳能电池等。
太阳能电池片转换效率
太阳能电池片转换效率 影响太阳能电池转换效率的因素很多，简单的归纳下吧： 1）太阳能光强。太阳能电池就是把太阳光转化为电的一种器件，在一般的情况下（注意条件），太阳能电池的效率随光强增加而增加的。再进一步说就是太阳能电池效率和安装地的综合气候条件有关系。2）电池的材料。不同的材料对光的吸收系数不同，禁带宽度也不同，量子效率自然也不同，电池效率自然也不同了。一般来说，单晶硅/多晶硅对光的系数系数远小于非晶硅的，所以非晶硅太 阳能电池厚度仅仅有单晶硅/多晶硅厚度的百分之一即可较好的吸收太阳光。另 外理论上讲GaAs太阳能电池的极限效率要大于其他太阳能电池的极限效率，因为GaAs太阳电池的禁带宽度在1.4ev，和地面太阳光光谱能量的最值最为接近。3）工艺水平。不同的工艺水平，电池的效率自然也不同，看看各个厂子就很明白了，为什么原材料几乎都一样，做出来的电池效率却差别很大，原因就在这。工艺水平自然和设备水平有着重要的关系，一般来说设备越是先进工艺就越优秀，电池效率就越高（工艺是设备的产物，没有设备工艺无法实现，都是空想）。典型的例子就是SiN:H减反膜以及倒金字塔结构，一块电池如果不采用这两种工艺，效率差别会很大（大概8%左右）。实际生产中典型的工艺有：尚德的“Pluto”，晶澳的“Maple”，英利的“熊猫”等等。 新能源是新经济，新经济前期的发展是指数性的爆发增长，这个行业的前景不错。但是中国人容易头脑发热，一窝蜂的上，现在有着说法“买个切片机就说自己是 某某光伏公司”，这样发展下去电池行业会重复中国彩电业，苦了自己，富了别人。电池这个产业现在火的有道理又没有道理，国企也进来掺和了，一锅粥就这乱炖起来，我相信未来几年行业就会大洗牌，谁是骡子谁是马自然一目了然。另外光伏行业的发展发向（近几年看）是垂直一体化，但是这个模式究竟能不能演义成经典，有待考察。上有硅料供应商纷纷进入中下游，电池制作商也纷纷进入上游硅料，现在就是这样一副景象，做电池的更关心怎么做硅料，做硅料的更关心怎么做电池，然而与电池最为核心的设备却无人问津，高校的研究者就是扯淡，国家大笔钱投入，都让他们换成了发票，但是不见设备出来，哎，乱哪！ 借用一句话总结“道路坎坷，前途光明”！ 电阻R=ρ*L/S （ρ为电阻率，S为截面积，L为样品长度），由于电阻率是金属的固有属性，它不随金属的横截面，长度的变化而变化，所以针对组件输出电性能，适当增加截面积，以降低组件内电阻，提高输出功率。涂锡铜带基材的截面积越大其电阻越小，组件的串联电阻也越小，提高涂锡铜带基材的截面积有两种，在相同材质下，一种是提高基材厚度，一种是提高基材宽度。但不管采取哪种情况，增加截面积势必会影响涂锡铜带的“柔软度”，也就会影响焊接的破损率。至于采用何种规格，还需要根据实际情况来做试验得出，目的是在保证焊接破