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太阳能电池工作原理与特性

信息来源:nooeoo.com  时间:2008-02-16  浏览次数:207

  太阳能电池的分类和结构,太阳能电池的工作原理和特性。
  (一)、太阳能电池的分类
  太阳能电池多为半导体材料制造,发展至今,已经种类繁多,形式各样。可用各种方法对太阳能电池进行分类,如按照结构的不同分类,按照材料的不同分类,按照用途的不同分类,按照工作方式的不同分类,等等。下面对按照结构和材料进行的分类加以介绍。
  (1) 按照结构的不同可分为如下各类
  1.同质结太阳能电池
  由同一种半导体材料所形成的p—n结或梯度结称为同质结。用同质结构成的电池称为同质结太阳能电池,如硅太阳能电池、砷化镓太阳能电池等。
  2.异质结太阳能电池
  由两种禁带宽度不同的半导体材料形成的结称为异质结。用异质结构成的电池称为异质结太阳能电池,如氧化锡/硅太阳能电池、硫化亚铜/硫化镉太阳能电池、砷化镓/硅太阳能电池等。如果两种异质材料晶格结构相近,界面处的晶格匹配较好,则称为异质面太阳能电池,如砷化铝镓/砷化镓异质面太阳能电池
  3. 肖特基太阳能电池
  利用金属—半导体界面的肖特基势垒而构成的太阳能电池,也称MS太阳能电池,如铂/硅肖特基太阳能电池、铝/硅肖特基太阳能电池等。其原理是基于金属—半导体接触时,在一定条件下可产生整流接触的肖特基效应。目前已发展成为金属—氧化物—半导体(MOS)结构制成的太阳能电池和金属—绝缘体—半导体(MIS)结构制成的太阳能电池。这些又总称为导体—绝缘体—半导体(CIS)太阳能电池。
  4.多结太阳能电池
  由多个p-n结形成的太阳能电池,又称为复合结太阳能电池、有垂直多结太阳能电池,水平多结太阳能电池等。
  5.液结太阳能电池
  用浸入电解质中的半导体构成的太阳能电池,也称为光电化学电池。
  (2) 按材料的不同可分为如下各类
  1.硅太阳能电池
  系指以硅为基体材料的太阳能电池,有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池等。多晶硅太阳能电池又有片状多晶硅太阳能电池、铸锭多晶硅太阳能电池、筒状多晶硅太阳能电池、球状多晶硅太阳能电池等多种。
  2.化合物半导体太阳能电池
  系指由两种或两种以上元素组成的具有半导体特性的化合物半导体材料制成的太阳能电池,如硫化镉太阳能电池、砷化镓太阳能电池、碲化镉太阳能电池、硒铟铜太阳能电池、磷化铟太阳能电池等。化合物半导体主要包括:①晶态无机化合物(如Ⅲ—V族化合物半导体砷化镓、磷化镓、磷化铟、锑化铟等,Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体硫化镉、硫化锌等)及其固溶体(如镓铝砷、镓砷磷等);②非晶态无机化合物,如玻璃半导体;③有机化合物,如有机半导体;④氧化物半导
  体,如MnO、Crz03、FeO、Fe203、Cu20等。
  3.有机半导体太阳能电池
  系指用含有一定数量的碳—碳键且导电能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的太阳能电池。有机半导体可分为3类:①分子晶体,如萘、有机蒽、嵌二萘、酞花菁铜等;②电荷转移络合物,如芳烃—卤素络合物、芳烃—金属卤化物等;③高聚物。
  4.薄膜太阳能电池
  系指用单质元素、无机化合物或有机材料等制作的薄膜为基体材料的太阳能电池。通常把膜层无基片而能独立成形的厚度作为薄膜厚度的大致标准,规定其厚度约为1~2μm左右。这些薄膜通常用辉光放电、化学气相沉积、溅射、真空蒸镀等方法制得。目前主要有非晶硅薄膜太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池、化合物半导体薄膜太阳能电池、纳米晶薄膜太阳能电池、微晶硅薄膜太阳能电池等。非晶硅薄膜太阳能电池是指用非晶硅材料及其合金制造的太阳能电池,也称为无定形硅薄膜太阳能电池,简称a-Si太阳能电池。目前主要有PIN(NIP)非
  晶硅薄膜太阳能电池、集成型非晶硅薄膜太阳能电池、叠层(级联)非晶硅薄膜
  太阳能电池等。
  按照太阳能电池的结构来分类,其物理意义比较明确,因而我国国家标准将其作为太阳能电池型号命名方法的依据。此外,按照应用还可将太阳能电池分为空间用太阳能电池和地面用太阳能电池两大类。地面用太阳能电池又可分为电源用太阳能电池和消费品用太阳能电池
  两种。对太阳能电池的技术经济要求因应用而异:空间用太阳能电池的主要要求是耐辐照性靠性高、光电转换效率高、功率面积比和功率质量比优等;地面电源用太阳能电池的主要要求光电转换效率高、坚固可靠、寿命长、成本低等;地面消费品用太阳能电池的主要要求是薄小轻、美观耐用等。

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