关于减少晶体硅太阳能电池板串联电阻的探索
实验20 太阳能电池特性的测量

实验20 太阳能电池特性的测量太阳能是一种新能源,对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。
目前,太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。
利用太阳能发电目前有两种方法,一是利用热能产生蒸汽驱动发电机发电,二是太阳能电池。
太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21世纪的热门课题。
太阳能电池也称光伏电池,是将太阳辐射能直接转换为电能的器件。
由这种器件与相配套的装置组成的太阳能电池发电系统具有不消耗常规能源、无转动部件、寿命长、维护简单、使用方便、功率大小可任意组合、无噪声、无污染等优点。
世界上第一块实验用半导体太阳能电池是美国贝尔实验室于1954年研制的。
经过50多年的努力,太阳能电池的研究、开发与产业化已取得巨大进步。
目前太阳能电池的应用领域除人造卫星和宇宙飞船外,已应用于许多民用领域,如太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能收音机、太阳能计算机、太阳能乡村电站等。
太阳能是一种清洁的“绿色”能源,因此世界各国十分重视对太阳能电池的研究和利用。
【实验目的】1.探讨太阳能电池的基本特性;2.研究无光照时太阳能电池在外加偏压时的伏安特性;3.测量太阳能电池有光照时的输出特性,并求出它的短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子;4.测量太阳能电池的短路电流、开路电压与相对光强的关系,求出它们的近似函数关系。
【预备问题】1.如何对光具座的同轴等高调节?2.太阳能电池在使用时正负极能否短路?普通电池在使用时正负极能否短路?3.太阳能电池的基本工作原理是什么?4.填充因子的物理意义是什么?如何通过实验方法测量填充因子?【实验仪器】太阳能电池特性实验仪(包括光具座、滑块、光源、太阳能电池、遮光板、光功率计、直流稳压电源、遮光罩、单刀双掷开关等)、万用表、电阻箱。
【实验原理】1.太阳能电池的结构以晶体硅太阳能电池为例,它以P型硅半导体材料作为基质材料,通过在表面的N型杂质扩散而形成PN结,N型半导体为受光面,为了减少光的反射损失,一般在整个表面覆盖一层减反射膜,在N型层上制作金属栅线作为正面接触电极,在整个背面也制作金属膜作为背面欧姆接图20-1 太阳能电池结构图触电极,这样就形成了晶体硅太阳能电池,如图20-1所示。
晶体硅太阳能电池原理与制造工艺

晶体硅太阳能电池原理与制造工艺晶体硅太阳能电池原理与制造工艺1.硅太阳能电池丄作原理与结构太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应一般的半导体主要结构如图1-1:图1-1 半导体主要结构正电荷表示硅原子负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子当硅晶体中掺入其他的杂质如硼、磷等当掺入硼时硅晶体中就会存在着一个空穴它的形成可以参照图1-2o图1-2 P型半导体正电荷表示硅原子负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子黃色表示掺入的硼原子因为硼原子周围只有3个电子所以就会产生如图1-2所示的蓝色的空穴这个空穴因为没有电子而变得很不稳定容易吸收电子而中和形成Ppositive型半导体。
同样掺入磷原子以后因为磷原子有五个电子所以就会有一个电子变得非常活跃形成Nnegative型半导体。
黄色的为磷原子核红色的为多余的电子。
如图1-3所示。
图1-3 '型半导体正电荷表示硅原子负电荷表示圉绕在硅原子旁边的四个电子黃色表示掺入的磷原子当P型和'型半导体结合在一起时在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层界面的P型一侧带负电'型一侧带正电。
这是由于P型半导体多空穴X型半导体多自由电子出现了浓度差。
N区的电子会扩散到PP的“内电场”从而阻止扩区P区的空穴会扩散到N区一旦扩散就形成了一个由N指向散进行如图1-4所示。
达到平衡后就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差这就是P\结。
图1-4内电场的形成当晶片受光后PN结中N型半导体的空穴往P 型区移动而P型区中的电子往X型区移动从而形成从X型区到P型区的电流。
然后在P\结中形成电势差这就形成了电源。
如图1-5所示图1 -5硅太阳电池结构示意图由于半导体结后如果在半导体中流动电阻非常大损耗也就非常不是电的良导体电子在通过pn大。
但如果在上层全部涂上金属阳光就不能通过电流就不能产生因此一般用金属网格覆盖p-n结如图1-6梳状电极以增加入射光的面积。
图1-6梳状电极及SiO2保护膜另外硅表面非常光亮会反射掉大量的太阳光不能被电池利用。
晶体硅太阳能电池结构及原理通用课件

行业政策与市场趋势的挑战与机遇
环保政策
随着全球对环境保护意识的增强,各国政府出台了一 系列的环保政策,对晶体硅太阳能电池的生产和应用 提出了更高的要求,但同时也为环保型、高效能的晶 体硅太阳能电池提供了市场机遇。
市场竞争
晶体硅太阳能电池市场竞争激烈,各国企业都在加大 研发和生产力度,提高产品质量和降低成本,以争取 更大市场份额,企业需要保持技术创新和市场敏锐度, 才能立于不败之地。
分类
太阳能电池主要分为硅基太阳能电池、 薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电 池等几大类,其中晶体硅太阳能电池 是硅基太阳能电池的一种。
晶体硅太阳能电池的应用与优势
应用
晶体硅太阳能电池广泛应用于光伏电站、太阳能热水器、太阳能灯具、太阳能 船、太阳能车等方面。
优势
晶体硅太阳能电池具有稳定性好、寿命长、转换效率高等优点,同时,由于其 在制造过程中技术成熟、成本逐渐降低,因此大规模应用较为广泛。
太阳能光伏电站案例分析
光伏电站类型
根据电站规模和应用场景,太阳能光伏电站可分为集中式光伏电站和分布式光伏电站。集中式光伏电 站通常建设在荒漠、戈壁等土地资源丰富地区,而分布式光伏电站则主要建设在建筑屋顶、墙面等闲 置空间。
案例分析
以某大型集中式光伏电站为例,介绍晶体硅太阳能电池在其中的应用,包括电池组件选型、电站布局 设计、发电效率分析等方面。
太阳能交通工具概述
简要介绍太阳能汽车、太阳能船舶、太阳能 飞机等太阳能交通工具的发展现状及趋势。
晶体硅太阳能电池在太阳 能交通工具中的应用
阐述晶体硅太阳能电池在太阳能交通工具中 的关键技术,如高效能量存储系统、轻量化 设计等,并分析其在提高交通工具续航里程、 降低能耗等方面的作用。同时,探讨晶体硅 太阳能电池在未来太阳能交通工具领域的潜
硅太阳能电池串联电阻的一种估算新方法

2008年5月电工技术学报Vol.23 No. 5 第23卷第5期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY May 2008 硅太阳能电池串联电阻的一种估算新方法廖志凌1, 2阮新波1(1. 南京航空航天大学航空电源重点实验室南京 2100162. 江苏大学电气信息工程学院镇江 212013)摘要硅太阳能电池等效串联电阻会影响其正向伏安特性和短路电流,而对开路电压没有影响,另外串联电阻的增大会使太阳能电池的填充因子和光电转换效率降低。
研究计算太阳能电池串联电阻具有重要的实际意义。
提出一种估算太阳能电池串联电阻的新方法,利用太阳能电池生产厂商提供的在标准测试条件下的四个技术参数(短路电流I sc,开路电压V oc,最大功率点电流I m和电压V m)进行计算,同时通过引入相应补偿系数来考虑太阳光强和电池温度变化时对串联电阻的影响。
理论估算结果与实验测量结果比较,两者误差在工程应用允许的精度6%以下。
关键词:硅太阳能电池光伏发电串联电阻估算方法中图分类号:TK513A New Method on Computing Series Resistance of Silicon Solar CellsLiao Zhiling1, 2 Ruan Xinbo1(1. Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing 210016 China2. Jiangsu University Zhenjiang 212013 China)Abstract The equivalent series resistance of silicon solar cell can influence its straight volt-ampere property and short-circuit current, but have no influence on open-circuit voltage. Moreover, the increase of series resistance can reduce the solar cell’s fill factor and conversion efficiency.Research on computing the series resistance of silicon solar cell has the important meaning. A new method on computing series resistance of silicon solar cells is proposed, which uses only four electrical parameters (the short-circuit current I sc, the open-circuit voltage V oc, the current of maximum power point I m, the voltage of maximum power point V m) under standard test conditions provided by manufacture. And the influence of variational solar radiation and solar cell temperature on series resistance of solar cell is taken into account with three additional compensation parameters. According to the comparison between theoretic computing datum and experimental datum of silicon solar cells, the result is satisfactory and the difference is found to be less than 6 percent.Keywords:Silicon solar cell,photovoltaic,series resistance,computing method1引言当今世界能源结构是以煤炭、石油和天然气等化石能源为主体,而化石能源是不可再生能源,大量耗用终将枯竭。
太阳能电池板原理

随着全球能源日趋紧张,太阳能成为新型能源得到了大力的开发,其中我们在生活中使用最多的就是太阳能电池了。
太阳能电池是以半导体材料为主,利用光电材料吸收光能后发生光电转换,使它产生电流,那么太阳能电池的工作原理是怎么样的呢?太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。
当太阳光照射到半导体上时,其中一部分被表面反射掉,其余部分被半导体吸收或透过。
被吸收的光,当然有一些变成热,另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞,于是产生电子—空穴对。
这样,光能就以产生电子—空穴对的形式转变为电能。
一、太阳能电池的物理基础当太阳光照射p-n结时,在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子,相应地便产生了电子——空穴对,并在势垒电场的作用下,电子被驱向型区,空穴被驱向P型区,从而使凡区有过剩的电子,P区有过剩的空穴。
于是,就在p-n结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。
如果半导体内存在P—N结,则在P型和N型交界面两边形成势垒电场,能将电子驱向N区,空穴驱向P区,从而使得N区有过剩的电子,P区有过剩的空穴,在P—N结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。
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。
下面我们以硅太阳能电池为例,详细介绍太阳能电池的工作原理。
1、本征半导体物质的导电性能决定于原子结构。
导体一般为低价元素,它们的最外层电子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子,在外电场的作用下产生定向移动,形成电流。
高价元素(如惰性气体)或高分子物质(如橡胶),它们的最外层电子受原子核束缚力很强,很难成为自由电子,所以导电性极差,成为绝缘体。
常用的半导体材料硅(Si)和锗(Ge)均为四价元素,它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚,也不像绝缘体那样被原子核束缚的那么紧,因而其导电性介于二者之间。
将纯净的半导体经过一定的工艺过程制成单晶体,即为本征半导体。
如何提高晶体硅太阳电池效率

(1)减少反射:裸硅 --- (34%)2≈12% 单层ARC --- (12%)2 <1.5% (2)光进入硅后,因折射偏离与硅片垂直的方向,使: * 光被吸收的位置更靠近pn结结区—改进短波响应; * 在硅片内的光程延长—改进长波响应—对薄片意义更大。
问题: 如何使“绒面”均匀、细密?(硅片表面洁净、无损伤, ?(硅片表面洁净 问题 *如何使“绒面”均匀、细密?(硅片表面洁净、无损伤,腐蚀 液配方和温度控制) 液配方和温度控制) 晶面偏离(100)一定角度 一定角度? *晶面偏离 一定角度 能否保护背面不腐蚀? *能否保护背面不腐蚀? 多晶硅片的理想绒面制备方法? *多晶硅片的理想绒面制备方法?
UNSW推出的激光刻槽、深埋电极“低成本”工艺 在成本上仍远高于丝网印刷工艺
☆ 串连、并联电阻引起的损失
实际表现为电压损失,使Voc 下降或使Vpm与Voc的差增 大。对于优良的结特性, 避免工艺操作过程中对pn结造成的 损伤,Rsh的影响将很小。但由Rs引起的焦耳损失是无法完全 避免的。在构成Rs的各项因素中,硅片体电阻和下电极的影 响可忽略,主要由发射区薄层电阻、上电极与硅之间的接触电 阻和栅线电阻决定。低成本丝网印刷工艺的代价之一是高Rs, 低FF。
(2)表面复合:硅片表面的悬挂键构成表面态。不 同的表面状态,表面复合速度不同。金属-半导体 接触处复合速度无穷大。当晶体厚度足够薄时, 少子寿命将受限于表面复合。 提高电池性能,降低电学损失的根本就在于最大 最大 限度地减少电池结构各部分的复合或减小复合对 光生载流子收集的影响。 光生载流子收集的影响。
*银浆内加入N型杂质,在烧结时自搀杂,在栅线下形成重掺 杂区。--- 最佳途径!尚未成功应用于大规模生产。 最佳途径!尚未成功应用于大规模生产。
晶体硅太阳能电池资料

晶体硅太阳能电池专业班级:机械设计制造及其自动化13秋*名:***学号: *************报告时间: 2015年12月晶体硅太阳能电池摘要:人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力,能源己经成为越来越值得关注的社会与环境问题。
人们开始急切地寻找其他的能源物质,而光能、风能、海洋能以及生物质能这些可再生能源无疑越来越受到人们的关注。
光伏技术也便随之形成并快速地发展了起来,因此近年来,光伏市场也得到了快速发展并取得可喜的成就。
本文主要就晶体硅太阳能电池发电原理及关键材料进行介绍,并对晶体硅太阳能电池及其关键材料的市场发展方向进行了展望。
关键词:太阳能电池;工作原理;晶体硅;特点;发展趋势前言“开发太阳能,造福全人类”人类这一美好的愿景随着硅材料技术、半导体工业装备制造技术以及光伏电池关键制造工艺技术的不断获得突破而离我们的现实生活越来越近!近20年来,光伏科学家与光伏电池制造工艺技术人员的研究成果已经使太阳能光伏发电成本从最初的几美元/KWh减少到低于20美分/KWh。
而这一趋势通过研发更新的工艺技术、开发更先进的配套装备、更廉价的光伏电子材料以及新型高效太阳能电池结构,太阳能光伏(PV)发电成本将会进一步降低,到本世纪中叶将降至4美分/KWh,优于传统的发电费用。
大面积、薄片化、高效率以及高自动化集约生产将是光伏硅电池工业的发展趋势。
通过降低峰瓦电池的硅材料成本,通过提升光电转换效率与延长其使用寿命来降低单位电池的发电成本,通过集约化生产节约人力资源降低单位电池制造成本,通过合理的机制建立优秀的技术团队、避免人才的不合理流动、充分保证技术上的持续创新是未来光伏企业发展的核心竞争力所在!一、晶体硅太阳能电池工作原理太阳能电池是一种把光能转换成电能的能量转换器,太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。
在纯净的硅晶体中,自由电子和空穴的数目相等。
如果在硅晶体中掺入能够俘获电子的硼、铝、镓或铟等杂质元素,就构成了P型半导体,如果在硅晶体中掺入能够释放电子的磷、砷或锑等杂质元素,就构成了N型半导体。
晶体硅太阳能电池基本原理课件

05 晶体硅太阳能电池的制造 工艺
硅片的制备
硅片是晶体硅太阳能电池的基础材料,其质量对电池性能有着至关重要的影响。
硅片的制备通常采用多晶硅作为原料,通过一系列的物理或化学方法,如机械切割、研磨、 抛光等,得到具有特定厚度和表面质量的硅片。
硅片的厚度和表面粗糙度对太阳能电池的光吸收和电性能具有重要影响,因此制备过程中需 严格控制相关参数。
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03 晶体硅太阳能电池的材料 与结构
单晶硅太阳能电池
单晶硅太阳能电池是以高纯度的单晶硅棒为原料,经过切割 、研磨、腐蚀、抛光、清洗、烘烤等工序后制成。其结构通 常包括导电电极、P型硅片、N型硅片、PN结等部分。
单晶硅太阳能电池的效率较高,技术成熟,是目前应用最广 泛的太阳能电池之一。
多晶硅太阳能电池
多晶硅太阳能电池是以多晶硅材料为原料,经过铸锭、切片、清洗、制绒、扩散 、减反射膜制备、金属化等工序后制成。其结构与单晶硅太阳能电池类似,但多 晶硅材料内部晶粒大小和分布不均匀,导致其光电转换效率相对较低。
多晶硅太阳能电池成本较低,适合大规模生产,因此在光伏发电领域应用广泛。
薄膜硅太阳能电池
薄膜硅太阳能电池具有成本低、重量轻、可弯曲等特 点,因此在便携式设备、建筑一体化等领域具有广阔 的应用前景。
02 晶体硅太阳能电池的工作 原理
光吸收原理
晶体硅太阳能电池通过光吸收原理将太阳光转化为电能。当太阳光照射到电池表面 时,光子能量激发硅原子中的电子,产生光生载流子。
光吸收系数与入射光的波长有关,不同波长的光子具有不同的能量,能够激发不同 能级的电子。
光吸收系数随着硅材料中掺杂浓度的增加而减小,因此高掺杂浓度的硅材料具有更 好的光吸收性能。
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电子工业毫用设备 材料制造
工艺与设备
关于减少晶体硅太阳能电池板串联
电阻的探索
张奚语
(湖南师范大学附属中学,湖南长沙410006)
摘 要:简述了晶体硅太阳能电池组件原理及结构,讲解了电池组件内部串联电阻的影响因素,
提出了降低电池组件内部串联电阻的技术途径,并介绍了验证效果。
关键词:晶体硅电池组件;封装损耗;内部串联电阻
中图分类号:TM914.4 1 文献标识码:B 文章编号:1004—4507(2016)08-0035-04
Research on Reducing the Series Resistance of PV Models
ZHANG Xiyu
(The High School Attached To Hunan Normal University,Changsha 4 1 0006,China)
Abstract:This paper introduces the principle and structure of the PV modules.and explains the factors
affecting the series resistance of the PV modules.Several technical ways to reduce the series resistance
of the PV modules are proposed.And the verification results are introduced.
Keywords:Crystalline PV modules;Package loss;The series resistance
通常情况下晶体硅太阳能电池板封装后的实
际输出功率将小于电池片的功率值之和,这种功 率差值称为封装损耗,封装损耗中电路内部串联 电阻引起的热损耗一般占封装损耗比例达80%以 上,这样减少电池板内部串联电阻,降低电路损耗 就成为提高光伏组件发电效率有效的办法: 电路热损耗=UR 式中, 为硅电池片在光照下产生的电流, 为组件内部串联电阻,本文主要从电学方面分析 收稿日期:2016.05.22 影响电路内部串联电阻的因素,并根据理论推算 提出降低光伏组件内部串联电阻的几项技术措
施,并通过试验进行了验证。
1晶体硅电池板的发电原理及封装结构
1.1光伏效应
光伏电池发电的原理是基于半导体的光生伏
特效应将太阳辐射直接转换为电能。在晶体中电
■
电子工业专用设备 材料制造
工艺与设备
四主栅电池板比三主栅电池板减少功率损耗
O.5 ,五主栅电池板比三主栅电池板减少功率损
耗O.8 。即五主栅电池板及四主栅电池板比三主
栅电池板的内部串联电阻分别小0.5R和0.8R。一
般情况下铜基材的电阻率为0.025 Q·mm2/m,硅电
池片主栅的增加在整体上实现电池板内部串联电
阻降低0.01~0.04 Q,减少封装损耗约0.7 w,硅电
池板自发热减少约0.7 W。 图4三种不同栅线电池片 3.2硅电池片互联条的优化设计 在三主栅线156多晶电池板中互联条选取 0.21 I'nTT1×1.5 mm、0.23 mmX 1.5 mm及0.25 mm× 1.5 mTT1截面积进行设计上计算对比分析。电池片 串联示意图见图5,每片电池片前主栅线和背主 栅线电阻计算:R为电阻值, 为互联条长度,P为 汇流条 单位长度互联条的电阻,Ⅳ为硅电池片主栅线的 数量。 R=2 /(3N) 按60片156 mIT1硅电池板计算0.21 mlTl× 1.5 mTT1对于电阻值为0.168 Q;0.23 mmX 1.5 TnlYI 对于电阻值为0.15 Q;,0.25 TTllTIX 1.5 ITIIT1对于电 阻值为0.138 Q;相对于0.21 mm互联条,0.23 ml'Tl 和0.25 mm电阻总值要减少0.018 Q和0.03 Q,
电池板的热损耗减少1.27 W和2.2 W。
硅电池片 互联条
图5电池片串联示意图
3.3接线盒的优化设计
接线盒由铜基座、绝缘塑料组成,整个盒体会
形成串联电阻,外加到组件中会额外增加不必要
的功率损失,这部分电阻需要越小越好。通常接
线盒的串联电阻在12.8 mQ左右,每种接线盒的
体电阻是不一样的,以下是选择3种不同联结方
式的接线盒所做试验,见图6所示。
.
一
弹性压接 螺钉压接 焊锡
图6几种接线盒汇流条联结示意图
图6(a)为弹性压接式,(b)为螺钉固定式,
(c)为锡焊式,3种接线盒进行对比测试,测试3
种接线盒的串联电阻后,分别连接在同一块组件
层压件上进行电性能测试,测试结果见表1。 表l 3种接线盒汇流条联结方式的测试 以60片156 mm多晶电池组件层压件为样 片的测试功率为255.9 W,结果显示串联电阻 小的接线盒封装组件后,功率损失越小,反之则 越大。 锡焊分体式接线盒的应用不仅保持了以上锡
焊联结拥有较小的串联电阻优势,同时又引入了分
体接线盒所具有的较短汇流条电路的特点,整体上
以60片156 mm多晶电池组件为例,分体式接线盒
减少了电流传输汇流条长度700 mlTl,减少汇流条串
联电阻0.O1 j『2,减少封装功率损耗0.7 W,见图7。
(下转第42页)
匝l矗匝咽(总第257期)
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