十一、科普资料汇编——太阳能光伏技术 回首页
二十世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6％的实用型单晶硅电池，二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术突破为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。
70年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973年，美国制定了政府级的阳光发电计划，1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投入达8亿多美元。1992年，美国政府颁布了新的光伏发电计划，制定了宏伟的发展目标。日本在70年代制定了“阳光计划”，1993年将“月光计划”（节能计划）、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议，讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约，设立国际太阳能基金等，推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动，成为各国制定可持续发展战略的重要内容。
     二十多年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。返回11
2．光??伏 
光生伏特效应简称为光伏效应，指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。
??? 产生这种电位差的机理有好几种，主要的一种是由于阻挡层的存在。以下以P-N结为例说明。
P-N结
P-N结的形成：
P区和N区。由于杂质的激活能量ΔE很小，在室温下杂质差不多都电离成受主离子NA-ND+。在PN区交界面处因存在载流子的浓度差，故彼此要向对方扩散。设想在结形成的一瞬间，在N区的电子为多子，在P区的电子为少子，使电子由N区流入P区，电子与空穴相遇又要发生复合，这样在原来是N区的结面附近电子变得很少，剩下未经中和的施主离子ND+P区扩散到N区后，由不能运动的受主离子NA-P区与N区界面两侧产生不能移动的离子区（也称耗尽区、空间电荷区、阻挡层），于是出现空间电偶层，形成内电场（称内建电场）此电场对两区多子的扩散有抵制作用，而对少子的漂移有帮助作用，直到扩散流等于漂移流时达到平衡，在界面两侧建立起稳定的内建电场。
P-N结能带与接触电势差：
EF；在远离结区的部位，EC、EF、Eν之间的关系与结形成前状态相同。
??? 从能带图看，N型、P型半导体单独存在时，EFNEFP有一定差值。当N型与P型两者紧密接触时，电子要从费米能级高的一方向费米能级低的一方流动，空穴流动的方向相反。同时产生内建电场，内建电场方向为从N区指向P区。在内建电场作用下，EFNN区能带一起下移，EFPP区能带一起上移，直至将费米能级拉平为EFN=EFPN型、P型半导体单独存在时费米能级之差：
qUD=EFN-EFP
UD=(EFN-EFP)/q
q：电子电量
UD
对于在耗尽区以外的状态：
UD=(KT/q)ln(NAND/ni2)
NA、ND、ni：受主、施主、本征载流子浓度。
可见UD与掺杂浓度有关。在一定温度下，P-N结两边掺杂浓度越高，UD越大。
ni较小，故UD也大。
P-N结
P-N结光电效应：                 
P-N结受光照时，样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子。但能引起光伏效应的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因P区产生的光生空穴，N区产生的光生电子属多子，都被势垒阻挡而不能过结。只有P区的光生电子和N区的光生空穴和结区的电子空穴对（少子）扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向N区，光生空穴被拉向P区，即电子空穴对被内建电场分离。这导致在N区边界附近有光生电子积累，在P区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡P-N结的内建电场方向相反的光生电场，其方向由P区指向N区。此电场使势垒降低，其减小量即光生电势差，P端正，N端负。于是有结电流由P区流向N区，其方向与光电流相反。
N区中空穴在寿命τpLp，P区中电子在寿命τnLn。Ln+Lp=L远大于P-N结本身的宽度。故可以认为在结附近平均扩散距离L内所产生的光生载流子都对光电流有贡献。而产生的位置距离结区超过L的电子空穴对，在扩散过程中将全部复合掉，对P-N结光电效应无贡献。
P-N结电流方程：
P-N结内将产生一个附加电流（光电流）IpP-N结反向饱和电流I0Ip≥I0。此时
I=I0eqU/KT - (I0+Ip)
令Ip=SE，则
I=I0eqU/KT - (I0+SE)
Uoc：
P-N结外电路开路时P端对N端的电压，即上述电流方程中I=0时的U值：
0=I0eqU/KT - (I0+SE)
Uoc=(KT/q)ln(SE+I0)/I0(KT/q)ln(SE/I0)
短路电流Isc：
P-N结，外电路短路时，从P端流出，经过外电路，从N端流入的电流称为短路电流IscU=0时的I值，得Isc=SE。
 Uoc与Isc是光照下P-N结的两个重要参数，在一定温度下，UocE成对数关系，但最大值不超过接触电势差UDIsc与E有线性关系。
a)无光照时热平衡态，NP型半导体有统一的费米能级，势垒高度为qUD=EFN-EFP
b)稳定光照下P-N结外电路开路，由于光生载流子积累而出现光生电压Uocq(UD-Uoc)。
c)稳定光照下P-N结外电路短路，P-N结两端无光生电压，势垒高度为qUD
d)有光照有负载，一部分光电流在负载上建立起电压UfP-N结因正向偏压引起的正向电流抵消，势垒高度为q(UD-Uf)。
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3．太阳能电池
电池行业是２１世纪的朝阳行业，发展前景十分广阔。在电池行业中，最没有污染、市场空间最大的应该是太阳能电池，太阳能电池的研究与开发越来越受到世界各国的广泛重视。
太阳的光辉普照大地，它是明亮的使者，太阳的光除了照亮世界，使植物通过光合作用把太阳光转变为各种养分，供人们食用，产生纤维质供人们做衣服，生长木材给我们建筑房屋以外，太阳的光还可以通过太阳能电池转变为电。太阳能电池是一种近年发展起来的新型的电池。太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”，用于太阳能电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号P表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。若把这两种半导体结合，交界面便形成一个P－N结。太阳能电池的奥妙就在这个“结”上，P－N
太阳能光伏技术(完整版).doc