太阳能光电转换西安交通大学共145页
光电转换效率评估及光催化剂选择方法解析
光电转换效率评估及光催化剂选择方法解析光电转换效率评估是评估太阳能电池或其他光电器件将入射光能转化为电能的能力。
在光催化剂选择方法中，我们探讨了如何选择具有高效率的光催化剂来实现光催化反应。
太阳能作为一种清洁、可再生的能源，其利用和转换成为电能的过程是近年来备受关注的科研热点。
因此，对光电转换效率评估及光催化剂选择方法的研究具有重要意义。
光电转换效率评估是衡量光电器件有效转化入射光能为电能的能力。
当前，太阳能电池是光电转换效率评估的主要研究对象。
太阳能电池的光电转换效率是指太阳能电池将太阳光能转化为电能的能力。
评估和提高光电转换效率是太阳能电池研究的核心内容。
光电转换效率的评估包括理论计算和实际测试两种方法。
理论计算方法可以通过计算光电器件的结构、材料特性和光学特性来预测其转换效率。
而实际测试则是通过实验测量太阳能电池的电压和电流来计算光电转换效率。
常用的光电转换效率评估指标包括开路电压、填充因子和短路电流等。
针对光催化剂的选择方法，我们着重研究了如何选择具有高效率的光催化剂来实现光催化反应。
光催化剂是能够将光能转化为化学能的关键组成部分。
它们具有能够吸收光能的特性，然后通过催化作用促进光催化反应的进行。
在光催化剂选择的方法中，首先要考虑的是光催化剂的吸光能力。
光催化剂需要具备高吸光能力，能够吸收到入射光的大部分能量。
此外，光催化剂的能带结构也需要匹配反应物质的能带结构，以实现有效的光催化反应。
其次，选择光催化剂时需要考虑其与反应溶液中其他组分的相容性。
光催化反应通常在液相中进行，因此选择具有良好溶解性和稳定性的光催化剂是至关重要的。
光催化剂的稳定性不仅影响反应的持久性，还影响光催化剂的循环使用能力。
另外，光催化剂的表面活性也是选择的重要考量因素之一。
表面活性是指光催化剂表面与反应物质发生相互作用的能力。
高表面活性的光催化剂能够增强反应速率，提高光催化效率。
最后，光催化剂的可制备性和成本也是选择的关键因素。
光电转换模块原理
光电转换模块原理1. 简介光电转换模块是一种将光信号转换为电信号的装置。
它通过光电效应原理，将入射的光能转化为电子能量，从而产生电流或电压信号。
光电转换模块在多个领域具有广泛的应用，例如光电传感器、光通信设备、太阳能电池等。
2. 光电转换的基本原理光电转换的基本原理是基于光电效应。
光电效应是指当光线照射在某些物质表面时，会引起电子的发射或电荷的分离现象。
光电转换模块通常由以下三个部分组成：2.1 光吸收层光吸收层是光电转换模块的核心部分，它用于吸收入射光线的能量，并将其转化为电子能量。
光吸收层通常由半导体材料制成，例如硅、镓砷化镓等。
2.2 结构层结构层用于支撑光吸收层，并提供导电路径，使电子能量能够有效地传输到外部。
结构层通常由金属材料制成，例如铝、银等。
2.3 输出层输出层用于将光电转换模块产生的电信号输出到外部电路中。
输出层通常由金属或导电聚合物材料制成。
3. 光电转换模块的工作原理光电转换模块的工作过程可以分为以下几个步骤：3.1 光吸收当光线照射在光吸收层上时，光子能量被半导体材料吸收，并使部分价带电子跃迁到导带。
这个过程中，光吸收层的电子会带上光子的能量。
3.2 电荷分离吸收光子能量的电子会在光吸收层与结构层的交界面上发生电荷分离。
这是因为光吸收层和结构层具有不同的电荷特性，从而形成电场，将电子分离。
3.3 电流输出分离的电子会在电场的作用下流向输出层，并在输出层产生电流。
这个电流信号可以通过外部电路进行处理和测量。
4. 光电转换模块的性能指标光电转换模块的性能可以通过以下几个指标进行评估：4.1 光电转换效率光电转换效率是指光电转换模块将吸收的光能转化为电能的比例。
通常用百分比表示，可以通过以下公式计算：光电转换效率 = (输出电能 / 入射光能) × 100%4.2 响应时间响应时间是指光电转换模块从接收到光信号到产生电信号的时间。
通常以毫秒（ms）为单位。
4.3 波长范围波长范围是指光电转换模块能够有效转换的光信号波长范围。
光电转换器原理
光电转换器原理光电转换器是一种能够将光能转换为电能的装置，它在现代科技中扮演着非常重要的角色。
光电转换器的原理主要是基于光电效应和半导体材料的特性，通过光的照射使得半导体中的电子发生跃迁，从而产生电流。
在本文中，我们将深入探讨光电转换器的原理及其应用。
首先，光电转换器的核心原理是光电效应。
光电效应是指当光线照射到金属或半导体表面时，会使得材料中的电子发生跃迁，从而产生电流。
这是由于光子的能量被传递给了材料中的电子，使得电子获得足够的能量跃迁到导带中，从而形成电流。
这一原理是光电转换器能够将光能转换为电能的基础。
其次，光电转换器的原理还与半导体材料的特性密切相关。
半导体材料中的电子结构使得它具有良好的光电转换性能。
当光线照射到半导体表面时，会激发半导体中的自由载流子，从而形成电流。
同时，半导体材料的能隙也会影响光电转换效率，能隙越小，光电转换效率越高。
因此，选择合适的半导体材料对于光电转换器的性能至关重要。
除了光电效应和半导体材料的特性，光电转换器的原理还涉及到光电二极管的工作原理。
光电二极管是一种能够将光能转换为电能的器件，它利用光电效应在半导体材料中产生的电子-空穴对来产生电流。
光电二极管的工作原理是基于PN结的特性，在光照射下，电子-空穴对会被产生并在电场的作用下分离，从而形成电流。
这种原理使得光电二极管成为了光电转换器中的重要组成部分。
最后，光电转换器的原理在实际应用中具有广泛的应用。
光电转换器可以应用于太阳能电池、光电传感器、光通信等领域。
在太阳能电池中，光电转换器将太阳能转换为电能，为人类提供清洁能源。
在光电传感器中，光电转换器可以将光信号转换为电信号，实现对光线的检测和测量。
在光通信中，光电转换器可以将光信号转换为电信号，实现光通信的传输和接收。
总之，光电转换器是一种能够将光能转换为电能的装置，其原理主要基于光电效应和半导体材料的特性。
光电转换器在太阳能电池、光电传感器、光通信等领域具有广泛的应用前景。
光电转化材料的研究和应用
光电转化材料的研究和应用光电转化材料是一种将光能转化为电能或将电能转化为光能的材料。
在现代工业和科学技术中，光电转化材料的应用广泛，并且在能源领域和环境保护领域有着非常重要的作用。
一、光电转化材料的分类光电转化材料根据其不同的属性和用途，可以分为多种种类。
光电转化材料的分类如下：1.光伏材料：光伏材料是将太阳辐射转换成电能的材料，其主要成分为半导体材料，其中最常用的是硅、锗、铜铟镓硫化物和有机材料等。
2.光催化材料：光催化材料是将光能转换成化学能的材料，其主要成分为纳米晶、二氧化钛和其他金属氧化物等。
3.LED材料：LED材料是将电能转换成光能的材料，其主要成分为半导体材料，其中最常用的是氮化镓、磷化铝、氮化铝等。
二、光伏材料的研究和应用光伏材料是最广泛应用的光电转化材料之一，其原理是通过太阳能电池将光能直接转化为直流电，并存储在电池中。
光伏材料的应用非常广泛，不仅可以用于为家庭或企业提供电力，还可以用于太空、船舶、移动办公室等领域的电力供应。
此外，太阳能电池板还能作为太阳能灯、太阳能汽车等领域的重要组成部分。
近年来，科技人员也在不断研究和改进太阳能电池技术，试图提高太阳能电池的效率，减少生产成本，为人们提供更加高效、可靠、安全的太阳能电池。
三、光催化材料的研究和应用光催化材料将光能转换为化学能，其应用非常广泛。
光催化材料可以用于工业领域、环境保护领域、生态农业等领域。
1.工业领域工业领域中，光催化材料可以用于制造高效催化剂、催化反应、清洁污染物等方面。
其中，光催化材料的应用可以大大提高化学反应的效率和速度，节省大量的时间和能源，有利于工业的可持续发展。
2.环境保护领域在环境保护领域，光催化材料的应用越来越重要。
该材料可以用于水净化、空气净化、土地修复等领域。
例如，通过光催化技术可以有效清除大气中的有害气体，提高空气质量；通过光催化技术可以将水中有害物质转化为无害物质，提高水质。
3.生态农业除此之外，光催化材料还可以应用于生态农业等方面。
光电转换模块主要参数
光电转换模块主要参数光电转换模块是一种能够将光能转化为电能的装置，广泛应用于太阳能电池板、光电传感器等领域。
它的性能参数直接影响着其转换效率和使用寿命。
下面将介绍光电转换模块的主要参数。
首先是光电转换效率。
光电转换效率是指光能转化为电能的效率，通常以百分比表示。
光电转换效率越高，说明模块能够更有效地将光能转化为电能，从而提高能源利用效率。
光电转换效率受到多种因素的影响，包括材料的选择、工艺的优化等。
其次是最大功率点电压和最大功率点电流。
最大功率点电压是指在最佳工作状态下，模块输出的电压值；最大功率点电流是指在最佳工作状态下，模块输出的电流值。
这两个参数决定了模块的最大输出功率，也是评估模块性能的重要指标。
一般来说，最大功率点电压和最大功率点电流越高，模块的输出功率越大。
第三是开路电压和短路电流。
开路电压是指在模块输出端口未连接负载时的电压值；短路电流是指在模块输出端口短路时的电流值。
开路电压和短路电流是模块的固有特性，可以用来评估模块的质量和性能稳定性。
一般来说，开路电压越高，短路电流越大，说明模块的输出能力越强。
最后是温度系数。
温度系数是指模块输出功率随温度变化的变化率。
由于光电转换模块在使用过程中会受到温度的影响，温度系数可以用来评估模块在不同温度下的性能稳定性。
一般来说，温度系数越小，说明模块的性能稳定性越好。
综上所述，光电转换模块的主要参数包括光电转换效率、最大功率点电压和最大功率点电流、开路电压和短路电流以及温度系数。
这些参数直接影响着模块的转换效率、输出功率和性能稳定性。
在选择和使用光电转换模块时，我们应该根据实际需求和应用场景，综合考虑这些参数，选择合适的模块，以提高能源利用效率和延长模块的使用寿命。
光热调控与光电转换膜材-概述说明以及解释
光热调控与光电转换膜材-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容：光热调控与光电转换膜材是当今研究领域中备受关注的两个重要方面。
随着科学技术的不断发展，人们对高效能源利用和环境保护的需求也越来越迫切。
光热调控作为一种新兴的能源调控技术，具有广泛的应用前景。
它通过调控材料的光吸收和热辐射特性，实现对热能的高效利用和分配，从而实现能源的节约与可持续发展。
在工业、建筑、农业等领域中，光热调控技术被广泛应用于节能降耗和环境温控方面，并取得了显著的经济和社会效益。
与此同时，光电转换膜材作为光电领域的重要组成部分，扮演着转换和储存太阳能光子能量的重要角色。
光电转换膜材的研究旨在利用光电材料的特异性质，将太阳能光子能量转化为电能或热能，从而实现可再生能源的有效利用。
在太阳能光伏发电、光电探测、光催化等领域中，光电转换膜材得到广泛的应用与研究。
本文旨在探讨光热调控与光电转换膜材的原理、应用和发展趋势。
首先，对光热调控进行深入的探讨，介绍其原理和应用场景，分析其发展趋势。
然后，对光电转换膜材进行全面的概述，包括定义、类型和应用领域的讨论。
最后，通过总结光热调控与光电转换膜材的重要性，展望其未来的发展方向，并以此结束本文。
通过对这两个方面的深入研究和探讨，我们可以更好地理解光热调控和光电转换膜材在能源领域的重要地位和作用，并为未来的研究和应用提供一定的传承和启示。
1.2 文章结构文章结构部分内容：本文主要分为四个部分进行探讨和分析，分别是引言、光热调控、光电转换膜材以及结论部分。
在引言部分，首先会对光热调控与光电转换膜材的概念进行简要介绍，明确本文的研究领域和重要性。
接着，会给出文章的整体结构，并列举各个部分的内容概要和目的。
第二部分是光热调控，将详细介绍光热调控的原理，包括光热效应、光热材料的选择和特性等方面的内容，并探讨光热调控在能源、环境和生物医学等领域的具体应用。
最后，考察光热调控的发展趋势和未来可能的突破点。
可见光不同波段对太阳能电池光电转换效率影响的研究
一、概述由于全球能源需求不断增加，太阳能作为一种清洁、可再生能源备受关注。
太阳能电池作为太阳能的关键转换器，其光电转换效率对于太阳能发电的整体效率具有重要影响。
可见光是太阳光的主要组成部分之一，其不同波段对太阳能电池的光电转换效率有着重要影响。
本文将对可见光不同波段对太阳能电池光电转换效率的影响进行研究分析。
二、可见光波段与太阳能电池的光电转换效率1. 可见光波段概述可见光波段指的是波长在380nm至700nm之间的光线，这是人眼可见的光线范围。
在太阳光中，可见光波段占据了很大比例，对于太阳能电池的光电转换起着至关重要的作用。
2. 不同波段对光电转换效率的影响(1) 短波长可见光影响短波长可见光具有较高的能量，它能够激发太阳能电池中的光生载流子，从而提高光电转换效率。
然而，过高的能量也可能带来能带结构的变化和材料的损伤，进而降低光电转换效率。
(2) 长波长可见光影响长波长可见光具有较低的能量，它的穿透能力较强，能够渗透到太阳能电池内部，激发其中较深的能级，从而提高整体的光电转换效率。
然而，在一些特定的材料中，长波长可见光可能会导致一些非辐射复合过程，降低光电转换效率。
三、不同波段可见光对太阳能电池研究现状1. 实验研究方法目前研究人员常采用太阳能电池的光电转换效率作为评价指标，通过调控不同波段可见光的强度和频率，测量太阳能电池的光电转换效率并进行对比分析，从而探究其影响规律。
2. 结果和发现近年来的研究表明，不同波段可见光对太阳能电池的影响并不是简单的线性关系，其具体影响取决于太阳能电池的材料、结构等因素，并且还存在着互补和抵消的关系。
四、可见光波段对太阳能电池的优化与应用1. 光谱分拣器的应用目前一些新型的太阳能电池在设计中加入了光谱分拣器，可以根据可见光的不同波段特性，选择性地增强或减弱特定波段的光线进入太阳能电池，从而达到最优的光电转换效率。
2. 多层光伏电池的构建一些研究人员通过多层叠加不同吸收光谱波段的太阳能电池，可以有效利用可见光的不同波段能量，提高整体的光电转换效率。
光电转换效率的改进与研究
光电转换效率的改进与研究光电转换效率是指将太阳辐射能转换为电能的效率，是衡量光伏发电技术先进水平的重要指标。
因为光电转换技术直接关系到光伏发电的效率和经济性，所以一直以来都是光伏行业发展的重点研究领域。
本文将探讨光电转换效率的改进与研究，并介绍一些现有的技术进展和未来的发展方向。
一、光电转换效率的含义和重要性光电转换效率是指将光能转化为电能的比例，通常以百分比表示。
光电转换效率越高，意味着太阳能电池板可以更好地利用太阳辐射能，从而获得更多的电能输出。
这对于光伏发电系统来说非常重要，因为它直接决定了系统的发电能力和经济性。
光电转换效率的改进与研究对于可再生能源的推动具有重要意义。
太阳能是一种清洁的、可再生的能源，通过提高光电转换效率，可以提高太阳能发电的经济性，减少对传统能源的依赖，并为可持续发展提供更多的能源选择。
二、光电转换效率的研究现状1. 提高光吸收能力光伏材料的光吸收能力对光电转换效率有重要影响，因此提高光吸收能力是一种常见的改进方法。
目前，研究人员通过调整光伏材料的能带结构和材料组成，提高了光伏材料对于特定波长光的吸收能力。
2. 降低光伏材料的能态间距能态间距是光伏材料中能级之间的能量差异，能态间距越小，光电转换效率越高。
研究人员通过选择合适的材料和材料处理方法，降低了光伏材料的能态间距，进而提高了光电转换效率。
3. 优化光电子传输路径光电子传输路径的优化也是光电转换效率研究的重要方向。
通过调整电子传输路径的结构和性质，可以减少电子的损失和散射，提高光电转换效率。
目前，研究人员已经采取了一些措施，如在光电子传输路径中引入纳米结构和控制光伏器件的界面形貌，进一步改善光电转换效率。
三、未来的发展方向1. 多层薄膜太阳能电池多层薄膜太阳能电池是目前研究的热点之一。
通过在太阳能电池的表面叠加多层薄膜，可以增加光的吸收程度，提高电能的转化效率。
未来的发展方向是进一步寻找适合的材料和工艺，实现多层薄膜太阳能电池的商业化应用。
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Si半导体中掺入5价元素的半导 体（如磷、砷、锑等），在共价 键之外会出现一个多余的电子， 形成n型半导体。
Si半导体中掺入3价元素的半导 体（如硼、镓、铝等），在晶体 中会出现一个空穴，形成p型半 导体。
多数载流子：电子
多数载流子：空穴
p-n结
n型半导体中含有较多的电子，而p型半导体中含有较 多的空穴，这样，当p型和n型半导体结合在一起时，就会 在接触面形成电势差形成p-n结。
由光照产生的载流子叫做 光生载流子。
电子-空穴示意图
半导体的内部结构和导电性
自由电子在电场或热运动作用下，可能遇到已经产生的空 穴，与空穴进行复合，从而使载流子消失。空穴载流子的不断 产生和消失，相当于空穴（正电荷）的移动。由于电子和空穴 的移动，就使半导体具有导电性。
电子-空穴移动示意图
半导体禁带宽度和光学特性
2019
10 135 251 120 55 561
2019
10 193.4 363.9 103.2 83.8 744.3
2019
50 314 602 140 139 1195
2019
200 470 833 154 338 1795
2019 2019
400 657 928 202 713 2500
1088 1062 920 266.1 1751.9 4000
Rsh
V
RL
太阳能电池的等效电路图
太阳能电池等效电路
在没有光辐射的情况下，太阳能电池
就是一个普通的半导体二极管。恒定的入射 辐射使太阳能电池内部形成稳定的从n型区
到p型区的反向光生电流 I sc ，二极管中的 电流 ID 是由于空穴、电子扩散而形成的正
向电流。
RR为p型区和n型区半导体材料的体电阻、p-n结扩散层的薄层电阻、电
第四章 太阳能光电转换
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节
概论 光电转换的理论基础 太阳能电池的基本特性 几种典型的太阳能电池 太阳能光伏系统
太阳能电池等效电路
光照情况下的太阳能电池可以等效为一个理想的电流源、 一个理想二极管、旁路电阻 Rsh和串联电阻 RR 的组合。
IL RR
I sc
ID
I sh
如工作温度。
本小节主要介 绍的影响因素
光损耗 复合损失 电压因子损失
串联电阻上的损失
影响太阳能电池转换效率的因素
光损耗
光损耗来自三个方面：
①入射光在太阳能电池表面受到反射； 不同材料的表面对光的反射系 数不同，可在表面镀减反射膜
Vmp
，I
）界
mp
定的矩形面积是电池在该工作点
太阳能电池的伏安特性
的输出功率。使 Pm 达到最大值的 工作点（ Vm ，Im ）称为最佳工
作点。
从上图可见，负载特性曲线不会超过开路电压 Voc 和短路电流 I sc
界定的矩形范围。这就意味着太阳能电池的输出特性曲线越充满该矩形
越好。常用填充因子的大小来评价太阳能电池输出特性的优劣。
太阳能电池的发展历程
1980年 单晶硅太阳电池效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅 电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。
1990年 德国提出“2000个光伏屋顶计划”，每个家庭的屋顶装 3~5kWp光伏电池。
2019年 日本“新阳光计划”提出到2019年生产43亿Wp光伏电池。 100万户，每户安装3~5kWp。
温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降.
如室温附近的纯硅(Si)，温度每增加8℃，电阻率相应地降低50%左右.
微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力.
以纯硅中每100万个硅原子掺进一个Ⅴ族杂质（比如磷）为例，这时 硅的纯度仍高达99.9999%，但电阻率在室温下却由大约214,000Ωcm 降至0.2Ωcm以下.
绝缘体电阻率： 1014 ~ 1020Ω·m 半导体电阻率： 10-4~107Ω·m
元素半导体—Si、Ge、Te等 化合物半导体—GaN、GaAs、InP 、CdS、CdTe、 PbS等 合金半导体—Si1-xGex、AlxGa1-xAs等 有机半导体—分子晶体、有机络合物、高分子材料
半导体一些重要特性，主要包括：
伏安特性和转换效率
填充因子
定义：电池最大输出功率与开路电压与短路电流乘积的比值。
光电转换效率
FF Pm Voc I sc
定义：太阳能电池的最大输出电功率与输入光功率之比。
Pm
AI gT 其中：I gT 是太阳能电池单位表面积上的入射太阳总辐射；
A 为太阳能电池的上表面积。
伏安特性和转换效率
第四章 太阳能光电转换
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节
概论 光电转换的理论基础 太阳能电池的基本特性 几种典型的太阳能电池 太阳能光伏系统
光生伏特效应
光生伏特效应是太阳能光电转换的基本过程。太阳光是由光 子组成的，光子的能量和太阳光谱的波长相对应。光照射到太阳 能电池板上，可以被反射、吸收或者透射，其中被吸收的光子就 可以产生电能。
太阳能电池也称光伏电池，它没有任何运动的机械部 件，在能量转换中具有重要的地位，被认为是“最优雅的 能量转换器”。
太阳能电池的发展历程
1839年 法国科学家贝克勒尔发现“光生伏打效应” 。 1883年 Charles Fritts 在锗半导体上覆上金层形成半导体异质结，
成功制备第一块太阳能电池，效率只有1% 1954年 美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳能电池，效率6%，为
半导体的掺杂特性
本征半导体 完全无杂质且无晶格缺陷的纯净半导体。 半导体的本征导电能力很小，Si在300K的本征电导率
为2.3×105 Ω•cm。
具有断键的硅晶体
半导体的掺杂特性
杂质半导体 在半导体中加入少量可能改变其导电机制的杂质。
半导体的掺杂特性
杂质半导体 在半导体中加入少量可能改变其导电机制的杂质。
适当波长的光照可以改变半导体的导电能力.
如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜，无光照时的暗电阻为几十 MΩ，当受光照后电阻值可以下降为几十KΩ.
此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变
半导体的内部结构和导电性
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
半导体的导电能力介于导体和非导体之间，其依靠电子空穴对导电，导电性能非常独特。
本节内容： ◆半导体的内部结构和导电性 ◆半导体禁带宽度和光学特性 ◆半导体的掺杂特性 ◆ p-n结 ◆太阳能电池的工作原理
半导体
室温下电阻率处于10-3~109Ω·cm范围内的材料，其电 子激发能隙处在0到大约3ev之间。或者说导电性介于 金属和绝缘体之间的一种材料。
金属电阻率： 10-8Ω·m
光伏发电大规模应用奠定了基础；同年，首次发现了砷化镓有光伏效 应，制成了第一块薄膜太阳电池。 1958年 太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。 1958年 我国开始了太阳能电池的研制工作，1971年首次发射了用太 阳能电池作为电池的人造卫星。 1959年 第一个多晶硅太阳电池问世，效率达5%。 1978年 美国建成100 kWp太阳地面光伏电站。
影响太阳能电池转换效率的因素主要有三类：
太阳能电池半导体材料的性质
包括基体材料性质和掺杂特性。材料性质影响到对光辐射的吸 收和反射，禁带宽度，载流子的产生、扩散与复合等光电转换中的基 本微观物理过程。
太阳能电池的制造工艺
制造工艺是否精良直接关系到电池的等效串联电阻和等效并联
电阻。
太阳能电池的工作条件
可再生能源转化与利用
任课教师：李明涛，赵亮
2019.11.20
第四章 太阳能光电转换
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节
概论 光电转换的理论基础 太阳能电池的基本特性 几种典型的太阳能电池 太阳能光伏系统
什么是太阳能光电转换？
太阳能光电转换是直接将太阳能转换为电能，实现转 换的主要部件是太阳能电池。
禁带具有一定的能量，这种能量叫做禁带宽度。实际 上，这个能量是导带的最低能级与满带的最高能级的能量差。
导带：具有能导电的电子的最高能带 禁带：价带与导带之间的空隙带 价带：原子中最外层电子或价电子所在的能带
半导体的能带示意图
半导体禁带宽度和光学特性
内光电效应：当半导体表面受到光的照射时，光可能被反射、吸 收或透射。有些光子的能量大到足以使电子挣脱原子的束缚，同 时把电子由价带激发到导带，使半导体中产生大量的电子-空穴 对。 实现内光电效应的条件是：
大量的硅原子通过价电子结合在一起，形成晶体。在晶体 中，每个硅原子通常和邻近的4个硅原子以共价键的形式分别共 享4个价电子。
硅晶体结构示意图
半导体的内部结构和导电性
在一定温度或强光的照射 下，由于热能或光能转化为电 子的动能，如果动能足够大， 电子就可以挣脱束缚而成为自 由电子。共价电子挣脱束缚而 成为自由电子以后，便留下一 个空穴。通常把电子看成带负 电的载流子，把空穴看成带正 电的载流子。
半导体禁带宽度和光学特性
光子能量通量：单位时间通过单位截面的光子能量。
I x I 0expax
其中：I x 为在深度x处的光的强度，W/m2； I 0 为射入正交表面的光强，W/m2；
a 为吸收系数，1/m。 说明：太阳能电池对半导体材料的薄膜厚度有一定的要求。
例：若要吸收90%以上的光子能量，半导体Si的薄膜厚度需 超过100μm，而半导体GaAs的薄膜厚度只需1μm。
几种半导体材料的禁带宽度表
禁带宽度/eV 1.12 1.25 1.35 1.45 1.50 1.55 1.70 2.30 2.40
截止波长/μm 1.10 0.97 0.90 0.84 0.81 0.78 0.72 0.53 0.50