光电池简介教材

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1、光电池 By : 冬瓜小乙 目录 简介 原理 应用、前景 分类 晶体硅光电池 非晶体硅光电池 一般应用 医学中的应用 检测 发展历史 参数 简介 光电 光电池 它既可以作为电源，又可以作为光电检测器件。作 为电源使用的光电池，主要是直接把太阳的辐射能转换 为电能，称为太阳能电池。 半导体光伏效应 简介 生活中最常见的光电池太阳能电池 是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要 被光照到，瞬间就可输出电压及电流。 太阳电池发电是一种可再 生的环保发电方式，发电 过程中不会产生二氧化碳 等温室气体，不会对环境 造成污染。 发展历史 1839年，安托石-贝克雷尔制造出了最早的光电池。贝克雷尔

2、电池是一个圆柱体，内装硝酸铅溶液，溶液中进入一个铅阳 极和一个氧化铜阴极。这种电池一经阳光照射，就会供给电 流。 硝酸铅溶液 氧化铜 阴极 阳极 铅 阳光 发展历史 1875年，德国技师维尔纳-西门子是制成第一个硒光电 池，并提议用于光量测定。西门子的光电池是根据1873 年英国人史密斯发现的“内光电效应”提出的。 L.H.亚当斯于1876年指出，硒在光的作用下，不仅出现 电阻的变化，而且在一定条件下还出现电动势，从而发 现了“阻挡层效应”。阻挡层效应则成了光电池的基本 原理。光电池被广泛地用于自动控制技术、信息电子学 和测量技术。这些元件的性能约自1950年起，因半导体 技术的发展而得到显著

3、改善。 分类 锗光电池 砷化镓 结构 检测用光电池 硒光电池 硅光电池 实验用 同质结 硫化镉 太阳能能源 异质结 用途 制作材料 光电池 氧化铜 目前最常用的 三种光电池 分类 硒光电池 应用砷化镓光电池的太阳能赛车 材料 分类 由于硅光电池具有良好的特性，而且价格便宜，所以较常用。 单晶硅 硅光电池 按材质划分 晶体硅光电池 非晶体硅光电池 多晶硅 晶体硅光电池用P型（或n型）硅衬底，通过磷（或硼）扩散形成Pn结 成制作，生产技术成熟，是光伏市场上的主导产品。采用埋层电极、表面钝 化、强化陷光、密栅工艺、优化背电极及接触电极等技术，提高材料中的载 流子收集效率，优化抗反肘膜、凹凸表面、高反

4、射背电极等方式，光电转换 效率有较大提高。单晶硅光电池面积有限，目前比较大的为 10至 20cm的 圆片，年产能力46MW/a。 材料 分类 非晶硅（aSi）光电池一般采用高频辉光放电方法使硅烷气 体分解沉积而成。 由于外解沉积温度低，可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑 料片上沉积约1m厚的薄膜，易于大面积化（05rnl.0m），成本 较低，多采用p in结构。为提高效率和改善稳定性，有时还制成三 层P in等多层叠层式结构，或是插入一些过渡层。 其商品化产量连续增长，年产能力45MWa，10MW生产线已投 入生产，全球市场用量每月在1千万片左右，居薄膜电池首位。 材料 分类 优点缺点 单晶硅

5、 太阳能电池 转换效率高， 稳定性好 成本较高 多晶硅 太阳能电池 具有稳定的转换 的效率，性能价 格比高 效率较低（有发 展空间），工业 化程度低 非晶硅 太阳能电池 生产效率高，成 本低廉 专函效率较低， 效率衰减得比较 厉害 硅太阳能电池三种类型的对比 材料 分类 结构 按结构分，有同质结和异质结光电池等。 光电池中最典型的是同质结硅光电池。国产同质结硅光电池因衬底材料导电 类型不同而分成2CR系列和2DR系列两种。以下是几种2CR系列光电池的几种特 性 原理 用不同材料制作的光电池的发 电原理基本相同，其能量转换的基 础是结的光生伏特效应。 原理 什么是光生伏特效应？ 当光照射到pn结

6、上时，产生电 子一空穴对，在半导体内部结附近生成 的载流子没有被复合而到达空间电荷区 ， 受内建电场的吸引，电子流入n区， 空穴流入p区，结果使n区储存了过剩的 电子，p区有过剩的空穴。它们在pn结 附近形成与势垒方向相反的光生电场。 光生电 场除了部分抵消势垒电场的作 用外，还使p区带正电，N区带负电，在 N区和P区之间的薄层就产生电动势，这 就是光生伏特效应。 原理 硅光电池也称硅太阳 能电池，它是用单晶 硅制成，在一块N型硅 片上用扩散的方法掺 入一些P型杂质而形成 一个大面积的P-N结， P层做得很薄,从而使 光线能穿透到P-N结上 。 晶体硅光电池 现以晶体硅光电池为例描述光电池发电

7、过程。 原理 晶体硅光电池 此处结是由硅片制成的，在型层上 贴一栅形电极，型层上镀背电极作为负极。电 池表面有一层增透膜，以减少光的反射。由于多 数载流子的扩散，在型与型层间形成阻挡层 ，有一由型层指向型层的电场阻止多数载流 子的扩散，但是这个电场却能帮助少数载流子通 过。 当有光照射时，半导体内产生正负电子对，这样型层中的电子扩散 到结附近被电场拉向型层，型层中的空穴扩散到结附近被阻挡 层拉向区，因此正负电极间产生电流；如停止光照，则少数载流子没有来 源，电流就会停止。晶体硅光电池的光谱灵敏度最大值在可见光红光附近（ ），截止波长为。 原理 此时，如果将外电路短路，则外 电路中就有与入射光能

8、量成正比的光电 流流过，这个电流称作短路电流，另一方面，若将PN结两端开路，则由于 电子和空穴分别流入N区和P区，使N区的费米能 级比P区的费米能级高， 在这两个费米能级之间就产生了电位差VOC。可以测得这个值，并称为开 路电压。由于此时结处于正向偏置，因此，上述短路光电流和二 极管的 正向电流相等，并由此可以决定VOC的值。 晶体硅光电池 原理 非晶体硅光电池 基于晶体硅(单晶硅和多晶硅)的太阳能电池由于发展历史较早且技 术比较成熟，在装机容量一直占据领先地位。尽管技术进步和市场 扩大使其成本不断下降，但由于材料和工艺的限制，晶体硅太阳能 电池进一步降低成本的空间相当有限，很难达到光伏科学家

9、和能源 专家在上世纪80年代初预测的光伏发电与柴油发电竞争的临界点 太阳能电池的成本1美元/瓦。 因此第一代太阳能电池很难承担太阳能光伏发电大比例进入人类能 源结构并成为基础能源的组成部分的历史使命，非晶硅太阳能电池 益发得到世界各国的重视。 原理 非晶体硅光电池 非晶硅太阳电池是一种新型光电转换器件, 它的出现, 犹如一道曙光, 照亮了太阳电池大规模地面应用的道 路。 与其它太阳电池（特别是晶体硅光电池）相比, 非晶硅 太阳电池具有以下突出特点: (1) 工艺上采用材料消耗低的薄膜工艺,耗能少,成本低 。 (2) 可连续、大面积、自动化批量生产。 (3) 可应用多种价格低的衬底材料。 (4)

10、 可设计成多种结构形式,利用集成型结构,可获得高 输出电压。 原理 非晶体硅光电池 原理 非晶体硅光电池 外形与晶体硅光电 池相差不大 内部结构与晶体硅相比， 多了一个 i 层。 非晶硅太阳能电池的结构最常采用的是p-i-n结构，而不是单晶硅 太阳能电池的p-n结构。 原理 非晶体硅光电池 集成型非晶硅 太阳能电池是有 若干分立小电池 组合而成的，类 似与太阳能电池 组合板。 原理 非晶体硅光电池 不过它与太阳能电池组合板并不完全相同，其分立电池并非完全独立，而是 共用一块衬底。实际上，它们原本是一个整体，是用光刻技术将它们组合而 成的大面积太阳能电池。 集成型非晶硅太阳电池结构图 特性参数

11、特性参数 特性参数 特性参数 特性参数 应用前景 应用：太阳能充电器 太阳能充电器是将太阳能转换为电能以后存储在蓄电池里面，蓄 电池可以为任何形式的蓄电装置，主要为铅酸电池、锂电池、镍氢电 池，负载可以是手机等数码产品，负载是多样性的。也可以直接把光 能产生的电能对手机或其它电子数码产品充电，但必须依据太阳光的 光度而定，在没有太阳光的情况下，可以通过交流电转化直流电并通 过控制电路储存到内置电池. 应用前景 应用：电子脉搏计 当小灯泡发出的光透过指 尖射到硅光电池上，光电池的 两电极之间就有电压产生。 由于指尖微血管里的血液 随着心脏跳动发生相应与脉搏 的容积变化，因而使得透过指 尖射到光电

12、池的光的强弱也发 生相应的变化，电压即随之变 化。 将对应于脉搏的电信号发 达，在示波器上就可以显示出 脉搏波。 光电池除了能用于产生清洁能源外，在医学和检测方面也有其用武之地。 应用前景 应用：光栅检测 根据硅光电池的输出特性，将其单体串联或并联成阵列结 构，形成硅光电池的多极电池组，通过位移脉冲变换电路 ，就能实现数控机床高精度的加工控制及准停。提高长光栅检 测装置分辨率的方法同样适用于圆光栅测量角位移。 应用前景 家庭化的应用 太阳能发电虽受昼夜、晴雨、季节的影响，但可以分散地进行，所以它适合 于各家各户分散进行发电，而且要联接到供电网络上。太阳电池日益成为家 用电器的“能源心脏”。 1

13、. 太阳能电话。以太阳能作能源的无线电话已在英国一家无线电公司问世。 它利用顶端上装的太阳能接收板，可以不断给电池充电。使用者的声音通过 无线电波输入附近的电话交换机，再传送到各地电话通讯网去。巴黎伏德瓦 特公司制作的太阳能收费公用电话，耗电量极低，只要在阳光下充电几小时 ，便足够使用多天。 2. 太阳能冰箱。 3. 太阳能空调器。 4. 太阳能电视机。 5. 太阳能照相机。 非晶体硅光电池 应用前景 光电池行业是世纪的朝阳行业，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。 太阳谷 前景 应用前景 理想化的

14、前景 照射在地球上的太阳能非常巨大，大约分钟照射在地球上 的太阳能，便足以供全球人类一年的能量消费。可以说，太阳 能是真正取之不尽，用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干 净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为最理想的能源。从太 阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电变换来实现。 它同以往其他电源发电原 理完全不同，具有以下特 点： 无枯竭危险；绝对干 净；不受资源分布地域 的限制；可在用电处就 近发电；能源质量高； 使用者从感情上容易接 受；获取能源花费的时 间短。 前景 应用前景 虽然太阳能发电有非常广阔的前景 ，但是太阳能发电就目前来说还未 真正达到实用水平。 要真正达到使用水平： 一是要提高太阳能光电变换效率； 二是要降低成本； 三是要实现大面积的稳定的集成太 阳能电池； 四是要实现太阳能发电同现在的电 网联网。 前景 Thank you