太阳能电池介绍完整ppt课件
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《有机太阳能电池》PPT课件
2.有机太阳能电池机理介绍
2.1有机太阳能电池中的基本物理过程：
光的吸收和激子的产生： 光被有机材料吸收后激发有机分 子从而产生激子。
激子的扩散和解离： 通常激子可以被电场、杂质和适 当的界面所解离。
载流子的收集：由于有机太阳能电 池器件的厚度很薄，两个电极的功 函数差值建立起来的电场较强， 可以较为有效地分离自由载流子
聚合物材料：太阳能电池上应用的聚合物首先必须是导电高分子，并 且聚合物的微观结构和宏观结构都对聚合物材料的光电特性有较大影响。 导电性聚合物的分子结构特征是含有大的π电子共扼体系，而聚合物材 料的分子量影响着共扼体系的程度。材料的凝聚状态(非晶和结晶)、结 晶度、晶面取向和结晶形态都会对器件光电流的大小有影响。主要的聚 合物材料有聚对苯乙烯(PPv)、聚苯胺(队Nl)和聚唆吩(PTh)以及它们的 衍生物等。
3.3体异质结型有机太阳能电池
物 MEH一PPv和富勒烯(C00)的衍 生物PCBM按一定的比例掺杂制 成体异质结结构，由于两种材料 互相掺杂，掺杂尺寸在几个至几 十纳米之间，这样，在掺杂层内 任何一处形成的激子都可以在其 扩散长度之内到达界面处分离 形成电荷，因而可以获得极高的 激子分离效率。
2005年，A.J.Heeger等人采用在制备电极后再对器件进行热退火处理的方法有 效地提高了电池的能量转换效率，使其光电转换效率达到了5%。
之后，太阳能电池的光电转换效率提高到5.4%左右。
今年7月，由德国的Heliatek公司，巴斯夫公司和德累斯顿大学应用研究所光物理 联合研发的叠层有机太阳能电池转换效率打破了此前5.4%的世界记录，将记录提 高为5.9%。并且该研究项目研究工作将持续到2011年6月。
有机材料合成成本低、功能易于调制、柔韧 性及成膜性都较好;.
太阳能电池优秀课件
2 、光电导效应
电子能量
在光线作用下，电子吸收光
子能量从束缚状态过渡到自由
hv
状态，而引起材料电导率的变
导带 Eg
价带
化，这种现象被称为光电导效
应。
当光照射到半导体光电导材料上时，若光辐
射能量足够强，材料价带上的电子将被激发到导
带,从而使材料中的自由载流子增加，致使材料
的电导变大。
光电导产生的条件
6、温度效应
太阳能电池用半导体的禁带 宽度的温度系数为负，随温度 上升带隙变窄，会使短路电流 略有上升，但同时会使I0增加， Voc下降。
综合所有参数，转换效率随 温度上升而下降。
7、辐照效应 作为卫星和飞船的电源，太阳电池必然暴露
在外层空间的高能粒子的辐照下。高能粒子 辐照时通过与晶格原子的碰撞，将能量传给 晶格，当传递的能量大于某一阈值时，便使 晶格原子发生位移，产生晶格缺陷。这些缺 陷将起复合中心的作用，从而降低少子寿命。 大量研究工作表明，寿命参数对辐照缺陷最 为灵敏，也正因为辐照影响了寿命值，从而 使太阳电池性能下降。
理想情况下的效率
舍弃太阳光中波长大于长波限的光 谱，在理想情况下，能量大于禁带宽 度的光子全部被材料吸收形成光电流， 显然，最大短路电流Isc仅与材料的带隙 有关。
理想情况下Voc为：
Voc
kT q
ln
I ph I0
1
式中Iph为光生电流，I0为二 极管饱和电流：
I0
A
qDn
n2 i
LN nA
图一
将表面制成金字塔型的组织结构，以减少光的反射 量。
将金属电极埋入基板中，以减少串联电阻。(图二)
图二
减少背电极与硅的接触面积，以减少因金属与硅的 接合处引入的缺陷， (图三)
太阳能电池ppt
太阳能电池ppt
xx年xx月xx日
contents
目录
• 太阳能电池概述 • 太阳能电池的技术发展 • 太阳能电池的应用领域 • 太阳能电池的优缺点分析 • 太阳能电池的未来发展趋势 • 太阳能电池的案例分析
01
太阳能电池概述
太阳能电池的定义
1
太阳能电池是一种利用太阳光照射在半导体材 料上产生电流的装置。
详细描述
该公司的钙钛矿太阳能电池采用了新型材料和结构设 计，具有高效、色彩可调、可定制等优点。这些优点 使得钙钛矿太阳能电池可以方便地应用于建筑领域， 为建筑物的能源供应和外观美化提供了重要的技术支 持。同时，该公司的钙钛矿太阳能电池还具有较高的 光电转换效率和长寿命的优点，可以为建筑物提供持 久稳定的能源供应。
自行车、摩托车等小型交通工具
太阳能电池板也可以为自行车、摩托车等小型交通工具提供电力，方便用户在户 外或没有电源的情况下使用。
04
太阳能电池的优缺点分析
优点分析
环保
太阳能电池使用太阳能作为能源，无需燃 烧化石燃料，从而减少对环境的污染。
节能
太阳能电池能够有效地利用太阳能，将其 转化为电能，从而节省能源。
制造工艺简单
01
薄膜太阳能电池采用薄膜技术制造，生产过程简单，能耗低。
轻便灵活
02
薄膜太阳能电池具有轻便灵活的特点，适用于移动设备和曲面
结构。
转化效率低
03
由于薄膜太阳能电池的厚度较薄，其光电转换效率相对较低。
多结太阳能电池
高转换效率
多结太阳能电池采用多个结结 构，能够充分利用太阳光谱，
提高光电转换效率。
详细描述
该公司的薄膜太阳能电池采用了先进的材料和制造技术，具有轻便、可弯曲、高效等优点。这些优点使得薄膜 太阳能电池可以方便地应用于手机、平板电脑、可穿戴设备等移动设备领域。同时，该公司的薄膜太阳能电池 还具有较高的光电转换效率和可靠的稳定性，可以为移动设备提供持续稳定的能源供应。
xx年xx月xx日
contents
目录
• 太阳能电池概述 • 太阳能电池的技术发展 • 太阳能电池的应用领域 • 太阳能电池的优缺点分析 • 太阳能电池的未来发展趋势 • 太阳能电池的案例分析
01
太阳能电池概述
太阳能电池的定义
1
太阳能电池是一种利用太阳光照射在半导体材 料上产生电流的装置。
详细描述
该公司的钙钛矿太阳能电池采用了新型材料和结构设 计，具有高效、色彩可调、可定制等优点。这些优点 使得钙钛矿太阳能电池可以方便地应用于建筑领域， 为建筑物的能源供应和外观美化提供了重要的技术支 持。同时，该公司的钙钛矿太阳能电池还具有较高的 光电转换效率和长寿命的优点，可以为建筑物提供持 久稳定的能源供应。
自行车、摩托车等小型交通工具
太阳能电池板也可以为自行车、摩托车等小型交通工具提供电力，方便用户在户 外或没有电源的情况下使用。
04
太阳能电池的优缺点分析
优点分析
环保
太阳能电池使用太阳能作为能源，无需燃 烧化石燃料，从而减少对环境的污染。
节能
太阳能电池能够有效地利用太阳能，将其 转化为电能，从而节省能源。
制造工艺简单
01
薄膜太阳能电池采用薄膜技术制造，生产过程简单，能耗低。
轻便灵活
02
薄膜太阳能电池具有轻便灵活的特点，适用于移动设备和曲面
结构。
转化效率低
03
由于薄膜太阳能电池的厚度较薄，其光电转换效率相对较低。
多结太阳能电池
高转换效率
多结太阳能电池采用多个结结 构，能够充分利用太阳光谱，
提高光电转换效率。
详细描述
该公司的薄膜太阳能电池采用了先进的材料和制造技术，具有轻便、可弯曲、高效等优点。这些优点使得薄膜 太阳能电池可以方便地应用于手机、平板电脑、可穿戴设备等移动设备领域。同时，该公司的薄膜太阳能电池 还具有较高的光电转换效率和可靠的稳定性，可以为移动设备提供持续稳定的能源供应。
有机太阳能电池PPT课件
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
2000年，5.R.Forrest研究小组通过在有机小分子制备的双层结构太阳能电池器件 的有机层和金属阴极之间插入BCP(Bathocuproine)薄膜层，使得器件的光电转换 效率提高到了2.4%，并且改善了器件的伏安特性曲线，提高了器件的稳定性。
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
1.有机太阳能电池的简介：
定义：有机太阳能电池，就是由有机材料构成核心部分，基于有机 半导体的光生伏特效应，通过有机材料吸收光子从而实现光电转换 的太阳能电池。
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
➢聚合物材料：太阳能电池上应用的聚合物首先必须是导电高分子，并 且聚合物的微观结构和宏观结构都对聚合物材料的光电特性有较大影响。 导电性聚合物的分子结构特征是含有大的π电子共扼体系，而聚合物材 料的分子量影响着共扼体系的程度。材料的凝聚状态(非晶和结晶)、结 晶度、晶面取向和结晶形态都会对器件光电流的大小有影响。主要的聚 合物材料有聚对苯乙烯(PPv)、聚苯胺(队Nl)和聚唆吩(PTh)以及它们的 衍生物等。
与前述“肖特基型”电池相比，此种结 构的特点在于引入了电荷分离的机制， 使得在有机材料中产生的激子，可以较 容易地在两种材料的界面处解离以实现 电荷分离，极大的提高了激子解离的效 率，从而获得电池器件效率的增大。
太阳能电池介绍ppt课件
金属与半导体的区别： 金属的导带和价带重叠在一起，不存在禁带，在一切条件 下具有良好的导电性。 半导体有一定的禁带宽度，价电子必须获得一定的能量 （>Eg）“激发”到导带才具有导电能力。激发的能量可以 是热或光的作用。 常温下，每立方厘米的硅晶体，导带上约有l010个电子， 每立方厘米的导体晶体的导带中约有1022个电子。 绝缘体禁带宽度远大于半导体，常温下激发到导带上的电 子非常少，固其电导率很低 。
3.1 太阳能光伏发电原理
硅晶体和所有的晶体都是由原子(或离子、分子)在空间按 一定规则排列而成。这种对称的、有规则的排列叫做晶体 的晶格。一块晶体如果从头到尾都按一种方向重复排列， 即长程有序，就称其为单晶体。在硅晶体中，每个硅原子 近邻有四个硅原子，每两个相邻原子之间有一对电子，它 们与两个相邻原子核都有相互作用，称为共价键。正是靠 共价键的作用，使硅原子紧紧结合在一起，构成了晶体。
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
3.1 太阳能光伏发电原理
8.载流子的输运 半导体中存在能够导电的自由电子和空穴，这些载流子 有两种输运方式：漂移运动和扩散运动。 载流子在热平衡时作不规则的热运动，与晶格、杂质、 缺陷发生碰撞，运动方向不断改变，平均位移等于零，这 种现象叫做散射。散射不会形成电流。 半导体中载流子在外加电场的作用下，按照一定方向的 运动称为漂移运动。外界电场的存在使载流子作定向的漂 移运动，并形成电流。 扩散运动是半导体在因外加因素使载流子浓度不均匀而 引起的载流子从浓度高处向浓度低处的迁移运动。 扩散运动和漂移运动不同，它不是由于电场力的作用产 生的，而是由于载流子浓度差的引起的。
3.1 太阳能光伏发电原理
硅晶体和所有的晶体都是由原子(或离子、分子)在空间按 一定规则排列而成。这种对称的、有规则的排列叫做晶体 的晶格。一块晶体如果从头到尾都按一种方向重复排列， 即长程有序，就称其为单晶体。在硅晶体中，每个硅原子 近邻有四个硅原子，每两个相邻原子之间有一对电子，它 们与两个相邻原子核都有相互作用，称为共价键。正是靠 共价键的作用，使硅原子紧紧结合在一起，构成了晶体。
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
3.1 太阳能光伏发电原理
8.载流子的输运 半导体中存在能够导电的自由电子和空穴，这些载流子 有两种输运方式：漂移运动和扩散运动。 载流子在热平衡时作不规则的热运动，与晶格、杂质、 缺陷发生碰撞，运动方向不断改变，平均位移等于零，这 种现象叫做散射。散射不会形成电流。 半导体中载流子在外加电场的作用下，按照一定方向的 运动称为漂移运动。外界电场的存在使载流子作定向的漂 移运动，并形成电流。 扩散运动是半导体在因外加因素使载流子浓度不均匀而 引起的载流子从浓度高处向浓度低处的迁移运动。 扩散运动和漂移运动不同，它不是由于电场力的作用产 生的，而是由于载流子浓度差的引起的。
太阳能电池介绍课件
太阳能电池介绍课件PPT
欢迎参加太阳能电池介绍课件PPT，让我们一起探索太阳能电池的奇妙世界！ 从历史与发展到工作原理和应用，了解太阳能电池的种种魅力。
什么是太阳能电池？
太阳能电池是一种将太阳光转化为电能的装置。通过光伏效应，太阳能电池将太阳辐射能转变为可供使用的电 能，实现清洁、可再生能源。
太阳能电池的历史与发展
太阳能电池的组成
太阳能电池由多个组件组成，包括光伏电池片、逆变器、电池支架等。这些组件相互配合，实现太阳能的收集、 转换和利用。
太阳能电池的效率
太阳能电池的效率是指太阳能转化为电能的比例。随着技术的进步，太阳能 电池的效率不断提高，使得太阳能的利用更加高效。
太阳能电池的应用
太阳能电池广泛应用于各个领域，包括家庭、工业、农业等。它们被用于发 电、供电和照明，为可持续发展作出了重要贡献。
太阳能电池经历了漫长的发展历程，最早的太阳能电池出现在19世纪。随着技术的进步和环保意识的增强， 太阳能电池的应用逐渐普及，成为清洁能源的重要组成部分。
太阳能电池的种类
太阳能电池有多种不同类型，包括单晶硅、多晶硅、薄膜等。每种类型都有其独特的特点和适用场景，满足不 同需求。
太阳能电池的工作原理
太阳能电池的工作原理基于光伏效应，当光线照射到太阳能电池上电流。
欢迎参加太阳能电池介绍课件PPT，让我们一起探索太阳能电池的奇妙世界！ 从历史与发展到工作原理和应用，了解太阳能电池的种种魅力。
什么是太阳能电池？
太阳能电池是一种将太阳光转化为电能的装置。通过光伏效应，太阳能电池将太阳辐射能转变为可供使用的电 能，实现清洁、可再生能源。
太阳能电池的历史与发展
太阳能电池的组成
太阳能电池由多个组件组成，包括光伏电池片、逆变器、电池支架等。这些组件相互配合，实现太阳能的收集、 转换和利用。
太阳能电池的效率
太阳能电池的效率是指太阳能转化为电能的比例。随着技术的进步，太阳能 电池的效率不断提高，使得太阳能的利用更加高效。
太阳能电池的应用
太阳能电池广泛应用于各个领域，包括家庭、工业、农业等。它们被用于发 电、供电和照明，为可持续发展作出了重要贡献。
太阳能电池经历了漫长的发展历程，最早的太阳能电池出现在19世纪。随着技术的进步和环保意识的增强， 太阳能电池的应用逐渐普及，成为清洁能源的重要组成部分。
太阳能电池的种类
太阳能电池有多种不同类型，包括单晶硅、多晶硅、薄膜等。每种类型都有其独特的特点和适用场景，满足不 同需求。
太阳能电池的工作原理
太阳能电池的工作原理基于光伏效应，当光线照射到太阳能电池上电流。
有机太阳能电池太阳能电池简介课件
CHAPTER 05
有机太阳能电池的挑战与未来发展 方向
提高光电转换效率
开发高效活性层材
料
通过研究新型有机半导体材料， 提高光吸收和电荷传输性能，从 而提高光电转换效率。
优化活性层结构
通过调控活性层的形貌和厚度， 改善光散射和光捕获，提高光电 转换效率。
界面工程优化
通过优化活性层与电极之间的界 面性质，降低电荷复合损失，提 高光电转换效率。
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工作原理
有机太阳能电池通常由光敏层、电子传输层和电极组成。当太阳光照射到光敏 层时，光子能量被吸收并激发电子从价带跃迁到导带，形成光生载流子。电子 和空穴分别被传输层和电极收集，从而形成电流。
历史与发展
01
02
03
1970年代
有机太阳能电池的概念被 提出，但初期效率很低。
1990年代
随着共轭聚合物的发现和 制备技术的进步，聚合物 太阳能电池的研究取得突 破性进展。
降低制造成本
简化制备工艺
01
通过简化有机太阳能电池的制备工艺，降低设备成本和生产时
间，从而降低制造成本。
开发低成本材料
02
研究低成本、可大规模生产的有机半导体材料，降低有机太阳
能电池的成本。
提高电池效率与稳定性
03
通过提高有机太阳能电池的效率和稳定性，降低单位功率成本
，从而降低制造成本。
优化器件稳定性
常见的电子给体材料包括聚合物和低分子量有机物，如聚噻 吩、聚芴、苯乙烯等。这些材料通常通过化学合成或聚合物 共混等方法制备。
电子受体材料
电子受体材料是用于接受电子给体材料传递的电子并将它们传递到导带上的有机 材料。它们通常具有较低的导带和较高的电负性，以便有效地收集和传输电子。
《太阳能电池》课件
交通工具用电
太阳能汽车
利用太阳能电池板为电动汽车提供动力，减少对传统能源的依赖。
太阳能飞机
在飞机上安装太阳能电池板，为飞机提供辅助动力，减少燃油消耗。
04
太阳能电池的优缺点
优点
环保性
太阳能电池利用太阳能 进行发电，不产生任何 污染物，对环境友好。
可持续性
太阳能资源丰富，且可 再生，使用太阳能电池 有助于实现能源的可持
多元化应用
除了家庭和工业应用外，太阳 能电池在交通、航空航天等领
域的应用也将得到拓展。
05
太阳能电池的制造与维护
制造过程
制造流程
制造设备
从原材料的选取、加工、组装到成品 测试，太阳能电池的制造过程需要经 过多个环节。
制造太阳能电池需要一系列专业设备 ，包括晶体生长炉、表面处理设备、 电极制备设备等。
更换损坏组件
对于损坏或老化严重的组件，需要及时更换，以保证整个系统的 稳定性和效率。
使用注意事项
安装角度与方向
安装太阳能电池板时，应考虑当地的气候和太阳高度角，使电池 板与太阳光垂直，以获得最大的能量转换效率。
避免遮挡
确保太阳能电池板周围没有遮挡物，以免影响光线的照射和能量的 转换。
定期检查系统
定期检查整个太阳能发电系统，包括电池板、控制器和储能设备等 ，确保系统正常运行并延长使用寿命。
商业用电
商业屋顶光伏电站
大型商业建筑如商场、办公楼等可安 装太阳能电池板，满足部分电力需求 ，降低运营成本。
光伏照明系统
太阳能路灯、景观灯等为商业区提供 照明，节能环保且维护成本低。
公共设施用电
01
公共建筑如图书馆、博物馆等可 利用太阳能电池板提供部分电力 ，降低建筑运营成本。
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晶格完整且不含杂质的半导体称为本征半导体。 硅半导体掺杂少量的五价元素磷(P)— N型硅 ：自由电子数量多—多 数载流子（多子）；空穴数量很少—少数载流子（少子）。电子型半导 体或n型半导体。 掺杂少量的三价元素硼(B) —P型硅：空穴数量多—多数载流子（多 子）；自由电子数量很少—少数载流子(少子)。空穴型半导体或p型半 导体。
由许多小颗粒单晶杂乱无章地排列在一起的固体称为多 晶体。
非晶体没有上述特征，但仍保留了相互间的结合形式， 如一个硅原子仍有四个共价键，短程看是有序的，长程无 序，这样的材料称为非晶体，也叫做无定形材料。
.
3.1 太阳能光伏发电原理
3. 能级和能带图 电子在原子中的轨道运动状态具有不同的能量—能级(E), 单一的电子能级，分裂成能量非常接近但又大小不同的许 多电子能级，形成一个“能带” 。
.
3.1 太阳能光伏发电原理
2.硅的晶体结构 （1）硅的原子结构 硅(Si)原子，原子序数14，原子核外14个电子，绕核运 动，分层排列：内层2个电子(满)，第二层8个电子(满)，第 三层4个电子(不满)，如图3-1所示。
图3-1 硅的原子结构 及其原子能级
.
3.1 太阳能光伏发电原理
（2） 硅的晶体结构
硅晶体中的硅原子在空间按面心立方晶格结构无限排列，长程有 序。每个硅原子近邻有四个硅原子，每两个硅原子间有一对电子与这两 个原子的原子核都有相互作用，称为共价键。基于共价键作用，是硅原 子紧密地结合在一起，构成晶体。
图3-2硅的晶胞结构
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3.1 太阳能光伏发电原理
硅晶体和所有的晶体都是由原子(或离子、分子)在空间按 一定规则排列而成。这种对称的、有规则的排列叫做晶体 的晶格。一块晶体如果从头到尾都按一种方向重复排列， 即长程有序，就称其为单晶体。在硅晶体中，每个硅原子 近邻有四个硅原子，每两个相邻原子之间有一对电子，它 们与两个相邻原子核都有相互作用，称为共价键。正是靠 共价键的作用，使硅原子紧紧结合在一起，构成了晶体。
第3章 太阳能光伏电池
何 道 清 编制 2011.12
.
第3章 太阳能光伏电池
太阳能光伏电池——太阳能 电能
.
3.1 太阳能光伏发电原理
3.1.1半导体基础知识
1.导体、绝缘体和半导体 （1）自由电子与自由电子浓度 物质由原子组成，原子由原子核和核外电子组成 ，电子 受原子核的作用，按一定的轨道绕核高速运动。能在晶体 中自由运动的电子，称为“自由电子”，它是导体导电的 电荷粒子。 自由电子浓度：单位体积中自由电子的数量，称为自由 电子浓度，用n表示，它是决定物体导电能力的主要因素之 一。
.
3.1 太阳能光伏发电原理
（2）晶体中自由电子的运动
由于晶体内原子的振动，自由电子在晶体中做杂乱无章
的运动。
电流：导体中的自由电子在电场力作用下的定向运动形
成电流。
迁移率：在单位电场强度（1V/cm）下，定向运动的自
由电子的“直线速度”，称为自由电子的迁移率，用表
示，这也是决定物体导电能力的主要因素。
图3-3 单原子的电子能级对应的固体能带
.
3.1 太阳能光伏发电原理
4. 禁带、价带和导带 电子只能在各能带内运动 ，能带之间的区域没有电子态, 这个区域叫做“禁带”，用Eg 表示。 完全被电子填满的能带称为“满带”，最高的满带容纳 价电子，称为“价带”,价带上面完全没有电子的称为“空 带”。 有的能带只有部分能级上有电子,一部分能级是空的。 这种部分填充的能带,在外电场的作用下,可以产生电流。
.
3.1 太阳能光伏发电原理
5.电子和空穴 电子从价带跃迁到导带（自由电子）后，在价带中留下 一个空位，称为空穴，空穴移动也子。 电子-空穴对不断产生， 又不断复合。
图3-5 具有一个断键的硅晶体
.
3.1 太阳能光伏发电原理
6. 掺杂半导体
而没有被电子填满、处于最高满带上的一个能带称为 “导带”。
.
3.1 太阳能光伏发电原理
4. 禁带、价带和导带
(a)金属
(b)半导体
(c)绝缘体
图3-4 金属、半导体、绝缘体的能带
.
3.1 太阳能光伏发电原理
4. 禁带、价带和导带
图3-4 晶体的能带
.
3.1 太阳能光伏发电原理
4. 禁带、价带和导带 禁带宽度Eg 价电子要从价带越过禁带跳跃到导带里去参与导电运动， 必须从外界获得大于或等于Eg的附加能量，Eg的大小就是导 带底部与价带顶部之间的能量差，称为“禁带宽度”或“带 隙”
电导率：表征物体导电能力的物理量，用表示,=en
电阻：导体中的自由电子定向运动形成电流所受到的
“阻力”，它也表征表征物体导电能力。导体的电阻特
性用电阻
R l
率表示 （=1/ ） 。导体电阻
S
.
3.1 太阳能光伏发电原理
（3）导体、绝缘体和半导体 导体，导电能力强的物体，电阻率为10-9~l0-6cm ； 绝缘体，不能导电或者导电能力微弱到可以忽略不计的 物体 ，电阻率为108~l020cm ； 半导体，导电能力介于导体和绝缘体之间的物体，电阻 率为10-5~l07cm 。 导电机理： 金属导体导电是自由电子（n恒定）在电场力作用下的定 向运动， 电导率基本恒定； 半导体导电是电子和空穴在电场力作用下的定向运动。电 子和空穴的浓度随温度、杂质含量、光照等变化较大，影 响其导电能力。
图3-6 n型和p型硅晶体结构
.
3.1 太阳能光伏发电原理
表3-1 半导体材料的禁带宽度
材料
Si
Ge GaAs Cu(InGa)Se InP CdTe CdS
Eg/eV 1.12 0.7 1. 4
1.04
1.2 1.4 2.6
.
3.1 太阳能光伏发电原理
金属与半导体的区别： 金属的导带和价带重叠在一起，不存在禁带，在一切条件 下具有良好的导电性。 半导体有一定的禁带宽度，价电子必须获得一定的能量 （>Eg）“激发”到导带才具有导电能力。激发的能量可以 是热或光的作用。 常温下，每立方厘米的硅晶体，导带上约有l010个电子， 每立方厘米的导体晶体的导带中约有1022个电子。 绝缘体禁带宽度远大于半导体，常温下激发到导带上的电 子非常少，固其电导率很低 。
由许多小颗粒单晶杂乱无章地排列在一起的固体称为多 晶体。
非晶体没有上述特征，但仍保留了相互间的结合形式， 如一个硅原子仍有四个共价键，短程看是有序的，长程无 序，这样的材料称为非晶体，也叫做无定形材料。
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3.1 太阳能光伏发电原理
3. 能级和能带图 电子在原子中的轨道运动状态具有不同的能量—能级(E), 单一的电子能级，分裂成能量非常接近但又大小不同的许 多电子能级，形成一个“能带” 。
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3.1 太阳能光伏发电原理
2.硅的晶体结构 （1）硅的原子结构 硅(Si)原子，原子序数14，原子核外14个电子，绕核运 动，分层排列：内层2个电子(满)，第二层8个电子(满)，第 三层4个电子(不满)，如图3-1所示。
图3-1 硅的原子结构 及其原子能级
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3.1 太阳能光伏发电原理
（2） 硅的晶体结构
硅晶体中的硅原子在空间按面心立方晶格结构无限排列，长程有 序。每个硅原子近邻有四个硅原子，每两个硅原子间有一对电子与这两 个原子的原子核都有相互作用，称为共价键。基于共价键作用，是硅原 子紧密地结合在一起，构成晶体。
图3-2硅的晶胞结构
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3.1 太阳能光伏发电原理
硅晶体和所有的晶体都是由原子(或离子、分子)在空间按 一定规则排列而成。这种对称的、有规则的排列叫做晶体 的晶格。一块晶体如果从头到尾都按一种方向重复排列， 即长程有序，就称其为单晶体。在硅晶体中，每个硅原子 近邻有四个硅原子，每两个相邻原子之间有一对电子，它 们与两个相邻原子核都有相互作用，称为共价键。正是靠 共价键的作用，使硅原子紧紧结合在一起，构成了晶体。
第3章 太阳能光伏电池
何 道 清 编制 2011.12
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第3章 太阳能光伏电池
太阳能光伏电池——太阳能 电能
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3.1 太阳能光伏发电原理
3.1.1半导体基础知识
1.导体、绝缘体和半导体 （1）自由电子与自由电子浓度 物质由原子组成，原子由原子核和核外电子组成 ，电子 受原子核的作用，按一定的轨道绕核高速运动。能在晶体 中自由运动的电子，称为“自由电子”，它是导体导电的 电荷粒子。 自由电子浓度：单位体积中自由电子的数量，称为自由 电子浓度，用n表示，它是决定物体导电能力的主要因素之 一。
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3.1 太阳能光伏发电原理
（2）晶体中自由电子的运动
由于晶体内原子的振动，自由电子在晶体中做杂乱无章
的运动。
电流：导体中的自由电子在电场力作用下的定向运动形
成电流。
迁移率：在单位电场强度（1V/cm）下，定向运动的自
由电子的“直线速度”，称为自由电子的迁移率，用表
示，这也是决定物体导电能力的主要因素。
图3-3 单原子的电子能级对应的固体能带
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3.1 太阳能光伏发电原理
4. 禁带、价带和导带 电子只能在各能带内运动 ，能带之间的区域没有电子态, 这个区域叫做“禁带”，用Eg 表示。 完全被电子填满的能带称为“满带”，最高的满带容纳 价电子，称为“价带”,价带上面完全没有电子的称为“空 带”。 有的能带只有部分能级上有电子,一部分能级是空的。 这种部分填充的能带,在外电场的作用下,可以产生电流。
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3.1 太阳能光伏发电原理
5.电子和空穴 电子从价带跃迁到导带（自由电子）后，在价带中留下 一个空位，称为空穴，空穴移动也子。 电子-空穴对不断产生， 又不断复合。
图3-5 具有一个断键的硅晶体
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6. 掺杂半导体
而没有被电子填满、处于最高满带上的一个能带称为 “导带”。
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4. 禁带、价带和导带
(a)金属
(b)半导体
(c)绝缘体
图3-4 金属、半导体、绝缘体的能带
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3.1 太阳能光伏发电原理
4. 禁带、价带和导带
图3-4 晶体的能带
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3.1 太阳能光伏发电原理
4. 禁带、价带和导带 禁带宽度Eg 价电子要从价带越过禁带跳跃到导带里去参与导电运动， 必须从外界获得大于或等于Eg的附加能量，Eg的大小就是导 带底部与价带顶部之间的能量差，称为“禁带宽度”或“带 隙”
电导率：表征物体导电能力的物理量，用表示,=en
电阻：导体中的自由电子定向运动形成电流所受到的
“阻力”，它也表征表征物体导电能力。导体的电阻特
性用电阻
R l
率表示 （=1/ ） 。导体电阻
S
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3.1 太阳能光伏发电原理
（3）导体、绝缘体和半导体 导体，导电能力强的物体，电阻率为10-9~l0-6cm ； 绝缘体，不能导电或者导电能力微弱到可以忽略不计的 物体 ，电阻率为108~l020cm ； 半导体，导电能力介于导体和绝缘体之间的物体，电阻 率为10-5~l07cm 。 导电机理： 金属导体导电是自由电子（n恒定）在电场力作用下的定 向运动， 电导率基本恒定； 半导体导电是电子和空穴在电场力作用下的定向运动。电 子和空穴的浓度随温度、杂质含量、光照等变化较大，影 响其导电能力。
图3-6 n型和p型硅晶体结构
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3.1 太阳能光伏发电原理
表3-1 半导体材料的禁带宽度
材料
Si
Ge GaAs Cu(InGa)Se InP CdTe CdS
Eg/eV 1.12 0.7 1. 4
1.04
1.2 1.4 2.6
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3.1 太阳能光伏发电原理
金属与半导体的区别： 金属的导带和价带重叠在一起，不存在禁带，在一切条件 下具有良好的导电性。 半导体有一定的禁带宽度，价电子必须获得一定的能量 （>Eg）“激发”到导带才具有导电能力。激发的能量可以 是热或光的作用。 常温下，每立方厘米的硅晶体，导带上约有l010个电子， 每立方厘米的导体晶体的导带中约有1022个电子。 绝缘体禁带宽度远大于半导体，常温下激发到导带上的电 子非常少，固其电导率很低 。