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1、太阳能光伏电池及其应用第一章总论点燃近代产业革命之火的是发明蒸汽机（1769年）的詹姆斯.瓦特。这就是煤炭文明的开始。此后固体的煤炭变迁为液体的石油、气体的天然气。19世纪中叶由埃特尼.勒努瓦发明的现代内燃机的雏形汽油机是瓦特发明蒸汽机100年之后的事了。不久这一技术为内燃机及汽车的发明奠定了基础。1903年，作为汽车司机的莱特兄弟把汽油机装在飞机上，并试飞成功。4 生态发电：不同于化石能源消费的原子能发电。例如：太阳能发电、风力发电。5 三重矛盾的解决方法：清洁能源的开发。6 三重问题是指：伴随着能源的消耗，以及化石能源为主体的资源需求结构会造成对地球环境的破坏。7 到达地球表面的太阳能，是
2、通过几乎接近真空的宇宙空间，以电磁波的形式辐射过来的。8 为什么从地面看到蓝天的原因：因为太阳辐射进入大气层以后，太阳光中的紫外线及蓝色高能量部分，由于空气中分子的漫反射而损失，所以从地面看天空是蓝色的。9 太阳常数：若把地球到太阳的平均距离定为1.495*108km，在没有大气吸收和散射的地方，入射方向为垂直的1cm2平面上入射可得到的太阳辐射能力，定义为太阳常数。10 太阳能到达地球的总辐射能量应该是太阳常数与地球表面投影面积的乘积。11 人类从地球表面采集的能源约有99.98%余下的0.02%是地热能。12 太阳能发电的独特特点：A没有运转部件，可以安静地生产清洁能源；B维护简单，容易实
3、现自动化和无人化；C与规模大小无关，可按一定的效率发电；D由于是模板结构，易于产生规模化效益；E用扩散光也可以发电（这也是基于量子效应发电法的优点）；F光发电是对废弃能源的有效利用。13 用太阳能电池将太阳能直接转换为电能的“太阳光发电装置”其本身的优点是：输入的太阳光线是储量无限的，并且“免费”。第二章太阳能电池的原理及装置物性1 决定半导体光学性质最重要的波段是从红外光到可见光这一范围。2 光引起的电子跃迁“门槛值”所需的能量，是由原子规则排列产生的结晶结构中的禁带宽度所决定的。3 为什么说半导体的光学性质一般有很大的结晶光学常数：因为在光子学领域使用的是从可见光到红外光的波段，是半导体结
4、晶中单位能级大小的1000倍以上，所以半导体的光学性质一般有很大的结晶光学从行数。4 光生伏特效应：在半导体被光照射、产生光传导现象时，如果由光产生的载流子在不同位置具有不均一性，或者由于pn结产生了内部载流子的话，就会因扩散或漂移效应而引起电子和空穴密度分布不平衡，从而产生电力，这一现象就叫做光生伏特效应。5 丹倍效应：若与光照射方向平行的实验材料的厚度d与光的浸透深度相比较大时，多数的半导体会在实验材料的表面和内部之间产生电位差，这就是丹倍效应。6 PEM效应：在引起丹倍效应的实验材料与光垂直的方向上加一个磁场，因为丹倍效应产生的扩散电流受到劳伦斯力的影响，就会产生空穴电力，这一效应就叫做
5、PEM效应。PEM效应对于光传导效应较大、载流子移动量大的材料，表现得更为显著。7 太阳能电池的原理：太阳能电池由于要接收太阳辐射光，所以具有很大面积的pn结二极管，引起光电效应必要的内建电场，就是利用了pn结的界面诱导电场。单晶硅太阳电池是由光透过薄的n型表面层和背面的p型层组成。光照射产生的电子-空穴对，由于pn界面间的内建静电场的作用，电子向上部电极集合、空穴向下部电极结合，在两电极间形成了内建静电场，产生了光电效应；另一方面，与照射光束密度（单位时间的光照射密度）成比例的电流，就会流到外部。8 太阳能电池的转换效率：伊塔=（太阳能电池的输出功率/进入太阳能电池的太阳能）*100%。9
6、国际电气规格标准化委员会IEC TC-82关于地面上使用的太阳能电池，定义太阳光线通过的空气质量条件为AM-1.5，输入光的功率为100mW/cm2，在负荷变化时最大电力输出与其的比值，用百分数表示，称为标称效率。10 填充因子（FF）FF=最大输出功率/（开路电压*短路电压）。太阳能电池好坏的重要指标。11 理论极限效率：太阳能电池的转换效率，从半导体材料的光吸收光谱求得的短路光电流密度和考虑了这种材料与太阳光谱整合限制后的转换效率，称为理论极限效率。12 产生太阳能电池损失的主要原因：白白透过太阳能电池所用材料而不能产生载流子的部分和在表面反射或慢射损失的能力是最大的损失原因。（太阳能电池
7、的损失包括可回收和不可回收）。13 可以回收的能力中的损失部分大致可以分为：A由于光谱响应本来应该为有效光，却因表面反射而损失的反射损失；B由于光吸收生成的载流子中，太阳能电池的表面或者背面电极由于与环境复合造成的表面复合损失；C光生成载流子在半导体的体内复合形成的体内复合损失；D太阳能电池供给负荷的电力在电流流动时从电极到半导体容体内的电阻焦耳热的串联电阻损失。14 电压因子损失：光生载流子由于半导体中的内建静电场产生漂移，所形成极化电场虽然变成了输出电力，但此时如果超过pn结对不纯物浓度决定的扩散电位VD，也得不到起始电力。也就是说，存在具有最低禁带宽度的损失，此损失叫做电压因子损失 。如
8、何尽量抑制分类中的损失，是太阳能电池设计技术的重点。15 太阳能电池作用的四个基本功能：A光学整合（尽量将有效导入到半导体中的光能进行整合的功能也是非常重要的）；B光载流子的生成；C生成载流子的分极（由内部电场引起的光生成载流子的分极功能是最基本的过程）；D载流子的收集电极（为了发挥太阳能电池能量转换因子的作用，将光生成的电能有效输出到输出端的电极配置的设计也是重要的因素）。16 与光载流子有关的半导体功能，A最重要的就是在受光部分尽量接受尽肯能宽的频率范围的光，并满足无反射条件，这一点可以通过使用导电膜，将折光率引入到半导体之中的方法。B还有进行表面的凹凸不平的设计，通过半导体内的多重反射，
9、将入射光封闭在半导体内的方法。17 提高太阳能电池的效率的方法：A尽肯能地减少能量转换过程中的各项损失；B尽肯能多地将太阳辐射的能量进行收集；C尽可能地扩大半导体中可收集到光的频率范围。18 高效率化的原理机构与具体的技术：A入射到材料的光能的有效封闭：a无反射(AR)覆盖（减少表面反射损失）；b织构形表面凹凸不平处理(利用慢射增大有效浸透深度)；c内部界面电极的慢射处理BSR。B光生载流子的有效收集和光电效果的增大：a异质结产生的少数载流子反射镜效应；b漂移型光起电效应，p-i-n结合、分层窗、分层不纯物覆盖；c超晶格的利用。C光生成载流子的复合损失的减少：a光生成活性层的膜质的改善；b p
10、n、pi、in结合以及异质结界面的复合引起的减少。D直接电阻损失的减少（串联电阻）：a透明电极的低电阻对策；b电极开关的最优化；c隧道效应电极及其最佳配置设计。E电压因子损失的减少（并联电阻）：a异质结减少少数载流子的界面复合；b漂移型光起电效应的利用；c其他BSF处理等。F更宽光谱的光能的收集：a 4端子分层型太阳能电池；b 2端子分层型太阳能电池；c异质表面结合；d宽梳状窗的作用（异质结合、超晶格利用）。第三章单晶硅太阳能电池和太阳能电池模板1 单晶硅太阳能电池的特点：A转换效率高，小面积转换效率为24%，10cm2可达到21%，在规模化生产中也可以达到15% 18%；B基本技术已成熟；C
11、可靠性高；2 单晶硅太阳能电池制造工程由A电池片工程；B模板工程。3 电池片工程大致可以分为如下三部分：A从原材料到单晶硅棒；B将单晶硅棒切断，加工成半圆片状；C形成pn结、加入电极，制成电池片。4 单晶硅铸模的制造过程：原材料用硅砂（SiO2），还原为纯度为97%98%的金属硅，将它和盐酸反应生成三氯氢硅，在还原、热分解，可得到纯度为7个九以上的多晶硅（棒状和粒状）。这一方法称为“集麦斯法”。5 将上述多晶硅进行溶解，做成单晶硅，其方法有：A乔克莱尔斯基（CZ）法。是将熔融后的多晶硅与单晶硅的结晶进行接触，边缘慢旋转提拉，始结晶生长，最后得到长棒形状的单晶硅铸模；B浮游带熔融（FZ）法6 单
12、晶硅硅片的制造：A切片（内刀刃切割机或者线行锯）；B研磨（使其表面平滑；C腐蚀（由于切割面是被机械冲击过的，因此会残留结晶变形，是电气特性变坏，因此需用氟酸和硝酸进行腐蚀，使表面减薄1020微米的程度，最终得到约为300微米厚的硅片。7 n型层的形成方法有：A气体扩散法。（是将含磷的气体在高温（800900的）下向硅片进行扩散，形成pn结，一般都是用这一方法）；B涂层扩散法。（是用含有磷的溶液代替气体进行图层和加热（900度）是磷向硅片中扩散形成pn结。具有简单易于大型化生产的优点）。8 矩阵化（模板）：为了使太阳能电池能在室外使用，必须将多个电池片进行连接和封装，进行集成化。这一过程叫就叫矩
13、阵化，。矩阵化后的集成电池叫模板。9 电池片高效率化的方法：A入射光的有效利用（光封闭）。通过减反射膜减少表面反射，对表面的材料进行蚀刻，进行光封装；B光生载流子收集率的改善。BSF、超晶格的利用；C光生成载流子复合损失的减少。光生活性层的膜质改善，结界面的复合抑制；D直接电阻损失的减少。透明电极的低电阻化、集电极的最佳化；E电压因子损失的减少。BSF、漂移型光电效应的利用。10 蚀刻的目的：A减少从表面进入的入射光的反射；B增加光电流。（单晶硅用碱、成金字塔形，多晶硅用酸、成半圆形，）。11 BSF型电池片：在背场将不纯物进行喷雾处理，形成p+层，可以改善收集效率。这一结构叫做BSF。12
14、p+存在的意义：由于p+层的存在，A在背侧面中产生了内建电场，可将少数载流子追回，从而减少复合损失；B可以在更长波长范围内改善收集效率。13 HIT型太阳能电池：是由单晶和非晶硅进行叠层得到的新型太阳能电池。14 与单晶硅太阳电池相比HIT的特点：具有表面和背面成对称结构的特点。15 HIT太阳能电池片具有以下特点：A结构较简单，但可以得到较高的转换效率；B随着温度的上升有特性下降的特点，但与以前的结晶系太阳能电池相比，下降的较少，因此实际的发电量较多；C形成非晶硅过程的温度为200度以下的温度，与以前的扩散型结晶系太阳能电池的结合温度为900度相比相当低，可以节省能源；D为了实现表面和背面对
15、称结构，减少热膨胀引起的缝隙，可以使用薄型基片代替硅片，节省资源；D16 两面发电型最特别的有效应用是垂直安装。17 太阳能电池模板的种类：A超级直线型（优点：良好的耐久性和可靠性，是目前实用化的太阳能电池的模板中使用最多的。）；B玻璃包装型（优点：比超级直线型具有更高的可靠性。缺点：重量太重。）；C次直线型（主要用于轻便携带时使用的太阳能电池模板。）。18 太阳能电池的主要构成元素都包括：A表面保护材料（主要使用强化玻璃、透明材料和透明薄膜等）；B填充材料（广泛使用的是热可塑性树脂EVA，通常使用薄膜状的，这种材料在100度前后时，会软化并溶解，但加热到150度左右时又会重新固化（架桥）；C
16、背面保护材料（主要使用塑料薄膜（分单层和多层）、金属板（铝、图层钢板）、塑料板、强化玻璃等）；D框架(轻便且对环境适应性良好的铝)。19 太阳能电池模板的制造过程：A太阳能电池片；B加入一对金属片（称“爆带”通过焊接等方式安装）；C链接成排的多个电池片（将上一步的太阳能电池片在背侧链接起来。）；D压膜（将成排的多个太阳能电池片用填充材料EVA填充、用玻璃或者背面薄膜进行压膜处理，再安装用于保护模板周围的框架以及引出电流缆线的端子盒）；E框架及端子盒的安装；F I-V覆盖保护测定。20 压膜分为两部分：A真空室；B加热装置。21 压膜过程按顺序可以分为如下步骤：A在加入装置上将模板材料放置成重叠状态；B一边对上下的真空室进行排气，一边用加热装置对实验材料进行加热；C进行一定时间段排气、加热后，停止对上部真空室进行排气
