研究太阳能电池的串并联接法剖析

东华理工大学物理设计性实验方案

实验课题：一·太阳能电池的串并联接法专业：地球物理学

班级：1322901

学号：201320290122

姓名：周祥

指导老师：李迎

核工程与地球物理学院

实验名称：太阳能电池的串并联接法

目前能源的重要性越来越被人们所重视。由于煤、石油、天然气等主要能源的大量消耗，能源危机已经成为世界关注的问题。

为了可持续性发展，人们大量开发了诸如风能、水能等清洁能源，其中以太阳能电池作为绿色能源的开发前景较大。本实验仪器旨在提高学生对太阳能电池基本特性的认识、学习和研究。

一、实验目的

（1）了解太阳能电池的工作原理及性能；

（2）探究太阳能电池串并联对其输出功率的影响,测出功率最大值P W。

二、实验仪器：太阳能电池实验仪、太阳能电池板、连线若干、60W 白炽灯、挡板。

三、实验原理

太阳能电池又叫光伏电池，它能把外界的光转为电信号或电能。实际上这种太阳能电池是由大面积的PN结形成的，即在N型硅片上扩散硼而形成的P型层，并用电极引线把P型和N型层引出，形成正负电极。为防止表面反射光，提高转换效率，通常在器件受光面上进行氧化，形成二氧化硅保护膜。

短路电流和开路电压是太阳能电池的两个非常重要的工作状态，它们分别对应于负载电阻R L=0和R L=∞的情况。在黑暗状态下太阳能电池在电路中就如同二极管。因此本实验要测量出太阳能电池在光照状态

下的短路电流I SC和开路电压U OC，最大输出功率P M和填充因子FF以及在黑暗状态下的伏安特性。

在U = 0情况下，当太阳能电池外接负载电阻R L时，其输出电压和电流均随R L变化而变化。只有当R L取某一定值时输出功率才能达到最

大值P m，即所谓最佳匹配阻值R L=R LB，而R LB则取决于太阳能电池的内阻R i=U OC/I SC。由于U OC和I SC均随光照强度的增强而增大，所不同的是U OC与光强的对数成正比，I SC与光强(在弱光下)成正比，所以R i亦随

光强度变化而变化。U OC、I SC和R I都是太阳能电池的重要参数。最大

输出功率P M与U OC和I SC乘积之比，可用下式表示

FF=P M/U OC I SC (1) 式中FF是表征太阳能电池性能优劣的指标，称为填充因子，填充因子一般在0.5~0.8之间。黑暗状态下的太阳能电池工作如图1所示

此时加在它上面的正向偏压U与通过的电流I之间关系式为

I=I0（e∧βU-1）（2）

式中I和β是常数，I0为太阳能电池反向饱和电流，β

=K B T/e=1.38*10-23*300/1.602*10-19=2.6*10-2V-1。

在光照状态下，如果设想太阳能电池是由一个理想电流源、一个理想二极管、一个并联电阻R Sh与一个电阻R S所组成，那么太阳能电池的工作如图2 所示

图2中I PH为太阳能电池在光照时该等效电源输出电流，I d为光照时，通过太阳能电池内部二极管的电流。由基尔霍夫定律得：

IR S+U-(I ph-I d-I)R Sh=0 （3）式中，I为太阳能电池的输出电流，U为输出电压。由（4）式可得

I(1-R S/R Sh)=I ph-U/R Sh-I d （4）假设R Sh=∞和R S=0太阳能电池可简化为图3所示

这里，I=I ph-I d=I ph-I0(e∧βu-1)

在短路时，U=0,I ph=I sc

而在开路时，I=0,I sc-I0(e∧Βu OC-1)=0

可以得到：U OC=(1/β)*l N(I SC/I O+1) （5）式即为在 R sh=∞和R s=0的情况下，太阳能电池的开路电压U OC和短路电流I SC的关系式。其中U OC为开路电压，I SC为短路电流。

四、实验装置

1. 太阳能电池板4块：其中单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池各2块(单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池的性能基相同。单晶硅太阳能电池的平均转换效率比多晶硅太阳能电池的平均转换效率高)；

2.改变电池与光源的距离，取15,20,25,30,35,5组测量数据。

五、实验内容和步骤

1．在光照状态下太阳能电池的短路电流I SC、开路电压U OC最大输出功率P M，最佳负载及填充因子FF的测量

（1）打开电源，将控制白炽灯电源的“开灯/关灯”开关置于“开灯”，并把“亮度调节”旋钮调到最小；

（2）将太阳能电池的导线连接到插座插头上（注意连接插头时要连接同一块电池板的两个插头，将“明暗状态开关”拨到“明状态”加载电压调到0 V，“负载调节”（负载电阻）旋钮逆时针调到最小，此时电流表上有电流显示，这是外界光产生的本底光电流；

(3) 将灯源亮度调到最强，逆时针调节负载电阻旋钮到最小，测出太阳能电池的短路电流I SC，顺时针调节负载电阻旋钮到最大，测出太阳能电池的开路电压U OC;

(4) 将灯源亮度调到最强，调节负载电阻，由最小逐渐调到最大，

可以看见光电流及负载电压的变化，负载电压每隔0.2V左右测量负载的电压和电流值。

2. 太阳能电池的短路电流I SC、开路电压U OC与相对光强关系的测量分别将“负载调节”旋钮（负载电阻）调到最小和最大，改变白炽灯光强度(旋转“亮度调节”旋钮)，分别记录下短路电流和开路电压，将电池与光源的距离调节，分别为15,20,25,30,35,5组测量。

3. 太阳能电池板的串联并联特性的研究

（1）串联

将两个太阳能电池对应的红黑插座用插线串联起来用插线将左边的太阳能电池的黑插座连到右边太阳能电池的红插座上，并将剩余的两个插座与机箱上对应颜色的插座连接起来），此时重复光照状态下的测试实验，观察在最大照明状态下单个太阳能电池板的开路电压、短路电流与串联时的区别。并思考实际开路电压与理论上的不同之处。注意串联光电池应该是同一种类的。

（2）并联

将每个太阳能电池对应的红黑插座用插线并联起来（用插线将左边的太阳能电池的插座连到右边太阳能电池相同颜色的插座上，将太阳能板上的插座与机箱上对应颜色的插座连接起来），此时重复光照状态下的测试实验，观察在最大照明状态下单个太阳能电池板的开路电压、短路电流与并联时的区别。并思考实际短路电流与理论上的不同之处。注意并联光电池应该是同一种类的。

六、数据表格及数据处理

1.太阳能电池填充因子的测量

表1 不同负载电阻时的负载电压和光电流的测量

本底光电流I0= （mA）短路电流I SC= ( mA )

开路电压U OC= ( V )

计算出不同负载电阻时的功率数值，并绘制出负载电阻（KΩ）与功率P（mW）的关系曲线，在曲线上找出功率最大值和对应的最佳负载R，利用公式（１）计算出太阳能电池的填充因子FF=P max/U OC I SC。

2. 太阳能电池的短路电流I SC、开路电压U OC与相对光强关系的测量表2 光强比与开路电压、短路电流的测量

3.太阳能电池串并联的测量

表3太阳能电池串并联时电压、电流的测量

七、注意事项

1.红黑线的串并联过程中，需要将红线或黑线插入需要连接的线头中间的插孔。

2.白炽灯带高压，拆卸时需将电源关闭，不要带电插拔电源机箱后方的航空插头。

八．可行性分析

（1）原理分析：通过测量太阳能电池的功率与负载电阻之间的关系，找出串并联电池对其功率的影响，并找出电阻对其影响，原理可行。

（2）物理可测性：电池电源不超过5V，故其功率R电流、电压均可通过实验室的仪表测量出来，光照强度是仪表上有刻度的无需测量。所有物理测量都可以在实验室测得，所以实验可行。

（3）数据处理方案：数据处理时，按仪表读数记录电流，电压以及功率，作出P-R图，找出何时功率最大以及起对应最大负载阻值，通过此方案处理的数据满足实验要求，所以方案可行。

九．误差分析

（1）光强不稳定，光源自身功率的不稳定性会造成误差，按照多次测量去平均值原理，取相对误差小的实验数据，并测定不确定度。

（2）接线不要乱，保证接线无误差。

太阳能电池发展现状综述

太阳能电池发展现状综述 摘要：随着社会的发展，传统能源消耗殆尽,能源越来越收到重视。其中发展前景最为广阔的莫过于太阳能。太阳能绿色环保，因此逐渐受到了人们的普遍重视。太阳能已成为新能源领域最具活力的部分，世界各国都致力于发展太阳能。本文主要阐述了太阳能电池的发展历程，太阳能电池的种类，太阳能电池的现状以及发展前景. 关键词：太阳能电池；太阳能电池种类；发展现状； Narration on the Current Situation of Solar Battery Abstract:With the development of society, traditional energy will be used up in a short time.Eneygy are being payed more and more attention.And the solar energy is the most promising.Because of its’environmental protection,it gets widespread attention. Solar energy has become the most vibrant part among the new energy field,and all countrise tried their best to develop solar energy.This article mainly explains the development of solar battery,the types of solar battery,curent situation of solar battery and its’ prospect. Key Words:solar battery; types of solar battery; curent situation of solar battery 1引言 随着经济的发展，能源的重要性日趋凸显。但是石油、煤等不可生起源消耗殆尽，人们开始探索新的能源。太阳能取之不尽用之不竭，因此受到了人们的亲睐。在太阳能电池领域中，太阳能的光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域[1]．太阳能电池的研制和开发日益得到重视．制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础．其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转化反应。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：①硅太阳能电池；②以无机盐如砷化镓Ⅲ一V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；③纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：①半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率；③材料本身对环境不造成污染；④材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料[2]．这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因. 本文简要地综述了太阳能电池发展进程，太阳能电池的种类，以及发展现状，并讨论了太阳能电池的发展趋势。 2太阳能电池现状及其前景

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有机薄膜太阳能电池的研究进展 摘要：围绕提高有机薄膜太阳能电池的能量转换效率，从太阳光吸收效率、激子的分解率、载流子的迁移率和电荷向电极的注入效率4个方面综述了国内外的研究进展，并指出了提高转换效率的研究趋势，展望了有机薄膜太阳能电池的美好前景。 关键词：有机薄膜太阳能电池；转换效率 1 前言 近年来，有机薄膜太阳能电池的发展尤其引人注目，德国、日本、韩国和美国在这一领域处于领先地位。相比传统的硅基太阳能电池，有机薄膜太阳能电池以其潜在的低成本、高效率、环境友好、稳定性高的特点，成为最有希望实现民用化光伏的产业，目前的转换效率突破了9%，发展趋势被业界一致看好。 2 有机薄膜太阳能电池的基本原理 图1 有机薄膜太阳能电池的基本原理 当阳光从阳极层（P型有机半导体）照射时，有机分子吸收光产生激子，激子向电子给体和电子受体的界面移动，在界面处通过光诱导解离分解成自由电子和自由空穴，自由电子和自由空穴各自向电极两端迁移，最后注入到两端电极输向外电路。 3 提高转化效率的研究进展 有机薄膜太阳能电池要实现产业化，就需要有较高的转换效率，目前提高转换效率的研究主要集中在以下几方面： 3.1 提高太阳光吸收效率 材料对太阳光的吸收效率越高激子的生成效率就越高。有机材料对太阳光的吸收一般在可见光区，大部分材料对太阳光的吸收利用率不超过40 %，提高材料的吸收光谱与太阳光谱的 匹配性是提高材料对太阳光吸收效率的有效途径。另外，还可以在器件结构中引入具有强吸收特性的材料。利用它们吸收部分太阳能量，再通过激子扩散将其转移给活性材料［1］。 将太阳光吸收特性不同的电池单元层积得到级联电池（又称叠层电池），通过底层电池对顶层电池的补充吸收可以增加对太阳光谱的吸收。张馨芳［2］等人研究了有机无机复合体系本体异质结叠层有机太阳能电池，用Ag作为夹层材料来连接上层的本体异质结太阳电池和下层的太阳电池，得到的叠层结构的太

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光伏电池的原理及发展现状 众所周知，太阳能是一种用之不竭、储量巨大的清洁可再生能源，每天到地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量，太阳能开发与利用逐步成府重点发展的战略。热能和光能利用是太阳能应用的两种重要形式。光伏发电是利用光伏电池的光伏效应将太阳光的光能直接转换为电能的一种可再生、无污染的发电方式，正在全球范围内迅猛发展，其不仅要替代部分化石能源，而且未来将成为世界能源供应的主体，是世界各国可再生能源发展的重点。本文阐述了太阳能光伏电池的原理，综述了国内外光伏发电技术的发展现状及发展趋势。 光伏电池的原理及发展现状1839 年，法国的Edmond Becquerel 发现了光伏效应，即光照能使半导体材料内部的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流。光伏电池是基于半导体P- N 结接受太阳光照产生光伏效应，直接将光能转换成电能的能量转换器。1954 年，美国Bell 实验室的G．Pearson 等发明了单晶硅光伏电池，其原理如图1 所示。 图 1 中，太阳光照射到光伏电池表面，其吸收具有一定能量的光子，在内部产生处于非平衡状态的电子－空穴对;在P- N 结内建电场的作用下，电子、空穴分别被驱向N，P 区，从而在P- N 结附近形成与内建电场方向相反的光生电场;光生电场抵消P- N 结内建电场后的多余部分使P，N 区分别带正、负电，于是产生由N 区指向P 区的光生电动势; 当外接负载后，则有电流从P 区流出，经负载从N 区流入光伏电池。图2 为光伏电池等效电路，其中，Iph为与光伏电池面积、入射光辐照度成正比的光生电流（1 cm2硅光伏电池的Iph值为16 ～30 mA）;ID，Ish分别为P- N 结的正向电流、漏电流;串联电阻RS主要由电池体电阻、电极导体电阻等组成（RS一般＜1 ）;旁漏电阻Rsh 由硅片边缘不清洁或体内缺陷所致（Rsh一般为几k）;RL 为外接负载电阻，IL，UO 分别为光伏电池输出电压、电流;当负载开路（RL= ）时，UO即为开路电压Uoc，其与环境温度成反比、与电池面积无关（在100 mW/cm2的光谱辐照度下，硅光伏电池的Uoc一般为450 ～600 mV。与图2 对应的光伏电池解析模型，

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1.引言 1976年卡尔松和路昂斯基报告了无定形硅（简称a一Si）薄膜太阳电他的诞生。当时、面积样品的光电转换效率为2．4％。时隔20多年，a一Si太阳电池现在已发展成为最实用廉价的太阳电池品种之一。非晶硅科技已转化为一个大规模的产业，世界上总组件生产能力每年在50MW以上，组件及相关产品销售额在10亿美元以上。应用范围小到手表、计算器电源大到10Mw级的独立电站。涉及诸多品种的电子消费品、照明和家用电源、农牧业抽水、广播通讯台站电源及中小型联网电站等。a一Si太阳电池成了光伏能源中的一支生力军，对整个洁净可再生能源发展起了巨大的推动作用。非晶硅太阳电他的诞生、发展过程是生动、复杂和曲折的，全面总结其中的经验教训对于进一步推动薄膜非晶硅太阳电池领域的科技进步和相关高新技术产业的发展有着重要意义。况且，由于从非晶硅材料及其太阳电池研究到有关新兴产业的发展是科学技术转化为生产力的典型事例，其中的规律性对其它新兴科技领域和相关产业的发展也会有有益的启示。本文将追述非晶硅太阳电他的诞生、发展过程，简要评述其中的关键之点，指出进一步发展的方向。 2.太阳能电池概述 .太阳能电池原理 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能的装置。太阳能电池以光电效应工作的结晶体太阳能电池和薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。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。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物 体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。 为了理解太阳能电池的运做，我们需要考虑材料的属性并且同时考虑太阳光的属性。太阳能电池包括两种类型材料，通常意义上的P型硅和N型硅。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体掺杂了能俘获电子的硼、铝、镓、铟等杂质元素，那么就构成P型半导体。如果在硅晶体面中掺入能够释放电子的磷、砷、锑等杂质元素，那么就构成了N型半导体。若把这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交接面处便会形成PN结，并在结的两边形成内建电场。太阳光照在半导体 p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n 区流向p区，电子由p区流向n 区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应，也是太阳能电池的工作原理。 太阳能电池种类 太阳能电池的种类有很多，按材料来分，有硅基太阳能电池（单晶，多晶，非晶），化合物半导体太阳能电池（砷化镓（GaAs），磷化铟（InP），碲化镉（CdTe）, 铜铟镓硒（CIGS）），有机聚合物太阳能电池(酞青，聚乙

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什么是太阳能电池量子效率,如何测试 请教大家,什么是太阳能电池量子效率啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池量子效率和太阳能电池光谱响应,太阳能电池IPCE有什么区别啊?spectral response, IPCE, Incident Photon to Charge Carrier Efficiency 太阳能电池这些特性如何测试啊? 什么是太阳能电池量子效率?如何测试啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池的量子效率是指太阳能电池的电荷载流子数目和照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率。因此，太阳能电池的量子效率和太阳能电池对照射在太阳能电池表面的各个波长的光的响应有关。太阳能电池的量子效率和光的波长或者能量有关。如果对于一定的波长，太阳能电池完全吸收了所有的光子，并且我们搜集到由此产生的少数载流子（例如，电子在P型材料上），那么太阳能电池在此波长的量子效率为1。对于能量低于能带隙的光子，太阳能电池的量子效率为0。理想中的太阳能电池的量子效率是一个正方形，也就是说，对于测试的各个波长的太阳能电池量子效率是一个常数。但是，绝大多数太阳能电池的量子效率会由于再结合效应而降低，这里的电荷载流子不能流到外部电路中。影响吸收能力的同样的太阳能电池结构，也会影响太阳能电池的量子效率。比如，太阳能电池前表面的变化会影响表面附近产生的载流子。并且，由于短波长的光是在非常接近太阳能电池表面的地方被吸收的，在前表面的相当多的再结合将会影响太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。类似的，长波长的光是被太阳能电池的主体吸收的，并且低扩散深度会影响太阳能电池主体对长波长光的吸收能力，从而降低太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。用稍微专业点的术语来说的话，综合器件的厚度和入射光子规范的数目来说，太阳能电池的量子效率可以被看作是太阳能电池对单一波长的光的吸收能力。 太阳能电池量子效率，有时也被叫做IPCE，也就是太阳能电池光电转换效率(Incident-Photon-to-electron Conversion Efficiency)。 太阳能电池（光伏材料）光谱响应测试、量子效率QE（Quantum Efficiency）测试、光电转换效率IPCE (Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency) 测试等。广义来说，就是测量光伏材料在不同波长光照条件下的光生电流、光导等。 测试原理 用强度可调的偏置光照射太阳能电池，模拟其不同的工作状态，同时测量太阳能电池在不同波长的单色光照射下产生的短路电流,从而得到太阳能电池的绝对光谱响应和量子效率。

柔性衬底微晶硅太阳电池量子效率的研究

第39卷第5期 人 工 晶 体 学 报 V o.l 39 N o .5 2010年10月 J OURNAL O F S YNTHET IC CRY STA LS O c tober ,2010 柔性衬底微晶硅太阳电池量子效率的研究 刘 成,周丽华,叶晓军,钱子勍,陈鸣波 (上海空间电源研究所,上海200233) 摘要:通过对微晶硅太阳电池量子效率的测量,结合微区拉曼光谱和电学特性测试,讨论了本征层的硅烷浓度和等离子体辉光功率对太阳电池量子效率的影响。发现本征层硅烷浓度增加时,电池的长波响应变差,材料结构由微晶相演变成非晶相;等离子体辉光功率的增加造成了电池短波响应的变化。同时发现测量微晶硅太阳电池时使用掩膜板所得短路电流密度与量子效率积分获得的短路电流密度相差不大。将优化后的沉积参数应用于不锈钢柔性衬底的非晶硅/微晶硅叠层太阳电池,获得了9.28%(AM 0,1353W /m 2)和11.26%(AM 1.5,1000W /m 2)的光电转换效率。关键词:太阳电池;量子效率;柔性衬底;微晶硅;非晶硅/微晶硅中图分类号:O484;TK 514 文献标识码:A 文章编号:1000 985X (2010)05 1161 05 Study on Quantu m Effici enci es ofM icrocrystalli ne Silicon Solar Cells on Flexi ble Substrates LI U Cheng,Z HOU L i hua,Y E X iao j u n,QI AN Z i qing,C HEN M i n g bo (Shanghai Institute of Space Po w er sou rces ,Shanghai200233,Ch i na) (R eceive d 22M arc h 2010,acce p t ed 21Jul y 2010) Abstract :W it h the m easure m ent o f quant u m efficienc ies ,Ra m an spectra and e lectrical characteristics ,the effects of silane concentrations and p las m a d i s charge po w ers on quantum efficiencies of m i c rocrysta lline silicon solar ce lls had been discussed .It is found that the long w avelength responses o f so l a r cells decrease w hen silane concentrations i n crease ,and the shortw aveleng t h responses o f solar cells changesw hen plas m a discharge powers i n crease .It is also found that the short circu it current density are al m ost the sa m e bet w een m easured by ill u m i n ated J V w ith m asks and by quant u m effic iency .W ith the opti m ized deposition para m eters ,a m or phous silicon /m icr ocrystalli n e silicon tande m so lar ce lls on sta i n less steel flex i b le substratesw ith conversi o n efficiency of 9.28%(AM 0,1353W /m 2 )and 11.26%(AM 1.5,1000W /m 2 )w ere obta i n ed . K ey w ords :so lar cells ;quantu m efficienc ies ;flex i b le substrates ;m icr ocr ystalli n e silicon ;a morphous silicon /m icrocr ystalli n e silicon 收稿日期:2010 03 22;修订日期:2010 07 21 基金项目:上海市博士后科研资助计划项目(08R21420200);上海市引进技术的吸收与创新计划项目(07X I 2 016) 作者简介:刘 成(1980 ),男,湖南省人,博士后。E m ai :l thomas .li u cheng @g m ai.l com 1 引 言 量子效率(Quantum efficiency ,简称QE)的定义为:当太阳光照射到太阳电池上,在内建电场作用下产生的光生载流子数目与入射的光子数的比值。它是一个小于1的无量纲的数。量子效率分为内量子效率和外量子

太阳能电池的研究现状及发展

太阳能电池的研究现状及发展 【摘要】近年来随着人们对环境的重视，对新能源的需要变得越来越大，太阳能成为新型能源将被广泛应用。黄铁矿结构的二硫化铁（FeS2）是一种具有合适的禁带宽度（Eg≈0.95eV）和较高光吸收系数（当λ≤700nm时，α=5×105cm-1）的半导体材料，而且其组成元素在地球上储量丰富、无毒，有很好的环境相容性。因此，FeS2薄膜在光电子以及太阳能电池材料等方面有潜在的应用前景，受到人们的广泛关注。本文从不同制备方法所制备出的二硫化铁薄膜的研究结果，来分析二硫化铁薄膜的研究状况。 【关键词】能源;二硫化铁;制备方法;光电性能 1.引言 太阳能电池自1954年由诺贝尔实验室和RCA公司几位杰出的科学家发明问世以来，由于地球变暖现象的日益严重，世界各国对二氧化碳的排放量均采取严格的管制，再加上石油匮乏，40年后将消耗殆尽，其价格持续攀升，这些因素都促成了对代替能源的重视与需求，也激发了太阳能产业的蓬勃发展。 太阳是一座聚合核反应器，它一刻不停地向四周空间放射出巨大的能量。它的发射功率为3.865×1026J/S（相当于烧掉1.32×1016ton标准煤释放出来的能量）。地球大气表层所接收的能量仅是其中的22亿分之一，但是地球一年接收的太阳的总能量却是现在人类消耗能源的12000倍。另外，根据文献记载太阳的质量为1.989×1030kg，根据爱因斯坦相对论（E=mc2）可以计算出太阳上氢的含量足够维持800亿年。而由地质资料得出的地球年龄远远小于这个数字。因此可以说太阳能是取之不尽、用之不竭的[1-3] 2.太阳能电池 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。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。 2.1 太阳能电池发展 目前，太阳能电池产品是以半导体为主要材料的光吸收材料，在器件结构上则使用P型与N型半导体所形成的PN结产生的内电场，从而分离带负电荷的电子与带正电荷的空穴而产生电压。由于晶体硅材料与器件在技术的成熟度方面领先于其他半导体材料，最早期的太阳能电池极为晶体硅制成，直到近几年晶体硅太阳能电池仍有大约90%的市场占有率。除了技术与投资门槛较低以外，不用担心硅原料匮乏等都是造成其市场占有率高的主因。 在晶体硅太阳能电池之后，大约从1980年起开始有非晶硅薄膜太阳能电池

太阳能电池特性研究_实验报告参考

E I I 圏&全暗吋太阳能电池在外加偏压吋的伏安特性测量电路之二 四、实验步骤 1 ?在没有光源(全黑)的条件下，测量太阳能电池施加正向偏压时的I ~ U特性，用实验测得的正向偏压时I ~ U关

系数据，画出I ~ U曲线并求得常数1和I。的值。 2?在不加偏压时，用白色光源照射，测量太阳能电池一些特性。注意此时光源到太阳能电池距离保持为20cm。 (1 )画出测量实验线路图。 (2)测量太阳能电池在不同负载电阻下，|对U变化关系，画出I ~ U曲线图。 (3)用外推法求短路电流| sc和开路电压U oc。 (4)求太阳能电池的最大输出功率及最大输出功率时负载电阻。 (5)计算填充因子［FF =P m/(l sc ?U°c)］。 五、实验数据和数据处理 1.在没有光源(全黑)的条件下，测量太阳能电池施加正向偏压时的I ~ U特性。 表1 图-(b)全暗情况下太阳能电池外加偏压时的伏安特性半对数曲线 二V ,丨0二mA，相关系数0.9996，电流与电压的指数关系得到验证。

2 ?在不加偏压时，用白色光源照射，测量太阳能电池一些特性。

图9恒定光强无偏压时太阳能电池输出功率与负载电阻关系曲线 太阳能电池的最大输出功率 P m 二 ，最大输出功率时负载电阻 R L 二 1. 2 I (inA) 3在恒定光照下太阳能电池不加偏压时的伏安特性曲线

填充因子[FF 二P m/(l sc ?U°c)]= = 。 六.实验结果 - V ' , I o = mA, 短路电流l sc= ,开路电压U OC=。 填充因子[FF =P m/(l sc ?U°c)]= 七.分析讨论(实验结果的误差来源和减小误差的方法、实验现象的分析、问题的讨论等) 八.思考题

(整理)太阳能电池性能研究项目简介.

CdS敏化太阳能电池性能研究 项目简介 申报意义： 面对能源的潜在危机和生态环境的不断恶化，基于能源及环境两方面的考虑，一种对环境友好的可再生能源的开发利用受到人们的关注。鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，太阳能是各种可再生能源中最重要最丰富的清洁能源，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能的研究热潮。 采用无机半导体纳米粒子作为敏化纳晶薄膜太阳能电池的光敏剂具有明显的优点： 首先，无机半导体纳米粒子光吸性能可通过改变粒子尺寸来调节。而改变无机纳米半导体材料的尺寸小需要改变材料的化学组成，因此具有操作简单、方便的特点。 其次，无机半导体材料通常具有比有机染料分子更大的消光系数及更好的(光)化学稳定性。基于这些理论，无机半导体材料有望其成为一种可取代有机染料分予的光敏材料，而对无机纳米半导体敏化太阳能电池的研究对开发廉价有效的太阳能电池具有非常重要的意义。背景： 敏化太阳能电池是由一种通过在可见光区具有较强光吸收性能的有机或窄禁带无机半导体材料(敏化剂)吸收太阳光的光子能量后 将光生电荷转移到另一种宽禁带半导体材料，从而实现太阳能光电转换的光电转换太阳能电池系统。其中宽禁带半导体多为纳米多孔

Ti02。按照所用光敏化剂的种类不同，敏化太阳能电池可分为有机染料敏化太阳能电池和无机纳米材料敏化太阳能电池。 1991年，瑞士Gratzel研究小组研制出用羧酸联吡啶钌(II)染料敏化的Ti02纳米晶多孔膜的太阳能电池，称为Gratzel太阳能电池或染料敏化Ti02纳晶太阳能电池。目前，在染料敏化太阳能电池中普遍使用的，也是效率较好的敏化剂为钌的多联吡啶络台物系列染料。染料敏化纳米薄膜太阳能电池的制作方法简单，成本低，光电转换效率高，是目前广泛研究的太阳能电池系统。但可用作高效太阳能电池敏化剂的染料为数不多，许多染料在近红外区的吸收很弱，其吸收光谱不能与太阳光谱很好的匹配。因此大量的研究集中在合成能与太阳光谱很好的匹配的有机染料化合物。但新染料的合成通常需要比较复杂的合成及分离、提纯路线。 近年来，利用无机纳米半导体粒子作为光敏剂进行敏化纳晶太阳能电池的研究正在逐渐增多。已有的研究表明窄禁带半导体材料如PbS，CdS，CdSe，Ag2S，Sb2S3和Bi2S3等都可以用作敏化太阳能电池的光敏剂。 设想： CdS纳米半导体材料在太阳光可见区具有优良的光学吸收性能，而且其导带能级比Ti02的导带能级更负，因此当光激发CdS时产生的光生电子能有效地转移到Ti02的导带从而实现光生电子空穴的有效分离。同时CdS作为无机半导体材料还具有大的消光系数及优良的光化学 稳定性。因此CdS为一种优良的无机光敏剂材料。

太阳能电池发展现状及存在的主要问题

太阳能电池发展现状及存在的主要问题 晨怡热管2008-10-17 23:05:45 一、2005年国际太阳能电池产业发展情况 2005年，世界太阳能电池总产量1656MW，其中日本仍居首位，762M W，占世界总产量的46％，欧洲为464M W，占总产量的28％，美国156M W，占总产量的9％，其他274MW，占总产量的17％。 2004年全球前14位太阳能电池公司总产量达到1055MW，占当年世界总产量的88.3％，近五年来，日本Sharp公司一直领先，2004年产量达到324MW，见表1。

以2004年数据分析，各种太阳能电池中硅基太阳能电池占总产量的98％，晶体硅太阳能电池占总产量的84.6％，多晶硅太阳能电池占总量的56％，见表2。

2005年，世界光伏市场安装量1460M W，比2004年增长34％，其中德国安装最多，为837MW，比2004年增长53％，占世界总安装量的57％；欧洲为920MW，占总世界安装量的63％，日本安装量292M W，增幅为14％，占世界总安装量的20％；美国安装量为102MW，占世界总安装量的7％，其他安装量为146M W，占世界总安装量的10％。

至2005年全世界光伏系统累计安装量已超过5GW，2005年一年内投资太阳能电池制造业的资金超过10亿美元。现在，一个世界性的问题是制造太阳能的电池的硅原材料紧缺，尽管2005年全世界硅原材料供应增长了12％，但仍然供不应求，国际上长期供货合同抬价25％。持续的硅材料紧缺将对2006年太阳能电池生产产生较大的影响，预计2006年世界太阳能电池产量的增幅将不限制在10％左右。要解决硅材料的紧缺问题预计将需要5年以上的时间。 根据光伏市场需求预测，到2010年，全世界光伏市场年安装量将在3.2G到3.9GW之间，而光伏工业年收入将达到186美元到231亿美元。 日本和欧美各国都提出了各自的中长期PV发展路线图。 按日本的PV路线图（TV Roadmap 2030），到2030年PV电力将达到居民电力消耗的50％（累计安装容量约为100GW），具体的发展目标见表3和表4。

太阳能电池的研究与发展

太阳能电池的研究与发展 文献综述 摘要：能源是人类不可忽视的一个问题，因为它同我们的生活息息相关并且制约着未来经济的发展。面临非可再生能源被大规模地开采利用，其储量越来越少，总有枯竭之时这样一个现实问题，可再生能源显得尤为重要，因为可再生能源可以循环再生，不因长期使用而减少。而我国作为一个能耗大的国家，考虑到我国资源情况及国际环境和我国的环境状况，若到22世纪初不能用核能、太阳能等这些非化石能源代替化石能源，那么我们国家、我们民族的发展都会受到严重的影响。 太阳能具有环境友好、与之不尽用之不竭等特点，由此在可再生能源中的位置得以突显。而本文选择从光伏发电这个方面来说明太阳能电池的研究与发展。讲述了太阳能光伏发电的模式，输送方式及原理等。 关键词：太阳能；光伏发电；独立光伏发电；并网光伏发电；分布式光伏发电 1引言 能源是现今人类不得不考虑的一个重大问题，面临着严峻的能源形势和生态环境的恶化，人们对于绿色能源的需求显得迫切起来。改变现有能源结构、发展可持续发展的绿色能源已成为世界各国极为关注的课题。 化石燃料为不可再生能源，随着社会的进步与发展，人类对能源的需求量日益增大，所以化石燃料是无法满足的。除此之外，化石燃料煤、石油和天然气都是含碳元素的物质．其中还含硫元素等杂质。这些燃料燃烧时，会产生二氧化硫等污染空气的气体，燃料燃烧不充分，会产生一氧化碳和碳粒，加上未燃烧的碳氢化合物，如果直接排放到空气中必然对空气造成污染。因此，对于可再生能源的概念中最重要的要保证两点：第一，要求提供的可再生能源的源头是巨大的、无限制的。第二，从整体技术效率而言，要有明显的安全保障性。从这两点出发，显现了太阳能的利用在可再生能源中领域中的重要地位。 太阳能发电分光热发电和光伏发电。但不论产销量、发展速度和发展前景、光热发电都赶不上光伏发电。光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。

太阳能电池片转换效率

太阳能电池片转换效率 影响太阳能电池转换效率的因素很多，简单的归纳下吧： 1）太阳能光强。太阳能电池就是把太阳光转化为电的一种器件，在一般的情况下（注意条件），太阳能电池的效率随光强增加而增加的。再进一步说就是太阳能电池效率和安装地的综合气候条件有关系。2）电池的材料。不同的材料对光的吸收系数不同，禁带宽度也不同，量子效率自然也不同，电池效率自然也不同了。一般来说，单晶硅/多晶硅对光的系数系数远小于非晶硅的，所以非晶硅太 阳能电池厚度仅仅有单晶硅/多晶硅厚度的百分之一即可较好的吸收太阳光。另 外理论上讲GaAs太阳能电池的极限效率要大于其他太阳能电池的极限效率，因为GaAs太阳电池的禁带宽度在1.4ev，和地面太阳光光谱能量的最值最为接近。3）工艺水平。不同的工艺水平，电池的效率自然也不同，看看各个厂子就很明白了，为什么原材料几乎都一样，做出来的电池效率却差别很大，原因就在这。工艺水平自然和设备水平有着重要的关系，一般来说设备越是先进工艺就越优秀，电池效率就越高（工艺是设备的产物，没有设备工艺无法实现，都是空想）。典型的例子就是SiN:H减反膜以及倒金字塔结构，一块电池如果不采用这两种工艺，效率差别会很大（大概8%左右）。实际生产中典型的工艺有：尚德的“Pluto”，晶澳的“Maple”，英利的“熊猫”等等。 新能源是新经济，新经济前期的发展是指数性的爆发增长，这个行业的前景不错。但是中国人容易头脑发热，一窝蜂的上，现在有着说法“买个切片机就说自己是 某某光伏公司”，这样发展下去电池行业会重复中国彩电业，苦了自己，富了别人。电池这个产业现在火的有道理又没有道理，国企也进来掺和了，一锅粥就这乱炖起来，我相信未来几年行业就会大洗牌，谁是骡子谁是马自然一目了然。另外光伏行业的发展发向（近几年看）是垂直一体化，但是这个模式究竟能不能演义成经典，有待考察。上有硅料供应商纷纷进入中下游，电池制作商也纷纷进入上游硅料，现在就是这样一副景象，做电池的更关心怎么做硅料，做硅料的更关心怎么做电池，然而与电池最为核心的设备却无人问津，高校的研究者就是扯淡，国家大笔钱投入，都让他们换成了发票，但是不见设备出来，哎，乱哪！ 借用一句话总结“道路坎坷，前途光明”！ 电阻R=ρ*L/S （ρ为电阻率，S为截面积，L为样品长度），由于电阻率是金属的固有属性，它不随金属的横截面，长度的变化而变化，所以针对组件输出电性能，适当增加截面积，以降低组件内电阻，提高输出功率。涂锡铜带基材的截面积越大其电阻越小，组件的串联电阻也越小，提高涂锡铜带基材的截面积有两种，在相同材质下，一种是提高基材厚度，一种是提高基材宽度。但不管采取哪种情况，增加截面积势必会影响涂锡铜带的“柔软度”，也就会影响焊接的破损率。至于采用何种规格，还需要根据实际情况来做试验得出，目的是在保证焊接破

太阳能电池材料的研究现状及未来发展

太阳能电池材料的研究现状及未来发展 太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是清洁能源.太阳光辐射能转化电能是近些年来发展最快，最具活力的研究，人们研制和开发了不同类型的太阳能电池.太阳能电池其独特优势，超过风能、水能、地热能、核能等资源，有望成为未来电力供应主要支柱.制造太阳能电池材料的禁带宽E:应在1.1eV-13W之间，以1.5eV左右为佳，最好采用直接迁移型半导体，较高的光电转换效率(以下简称“效率”)，材料性能稳定，对环境不产生污染，易大面积制造和工业化生产. 1954年美国贝尔实验室研制了世界上第一块实用半导体太阳能电池，不久后用于人造卫星.经近半个世纪努力，人们为太阳电池的研究、发展与产业化做出巨大努力.硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用.在随后10多年里，空间应用不断扩大，工艺不断改进.20世纪70年代初，硅太阳电池开始在地面应用，到70年代末地面用太阳电池产量己经超过空间电池产量，并促使成本不断降低.80年代初，硅太阳电池进入快速发展，开发的电池效率大幅度提高，商业化生产成本进一步降低，应用不断扩大.20世纪80年代中至今，薄膜太阳能电池研究迅速发展，薄膜电池被认为大幅度降低成本的根本出路，成为 今后太阳能电池研究的热点和主流，并逐步向商业化生产过渡. 1.不同材料太阳电池分类及特性简介 太阳能电池按材料可分为品体硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池和光电化学太阳电池等儿大类.开发太阳能电池的两个关键问题就是:提高效率和降低成本. 1晶体硅太阳电池 晶体硅太阳电池是PV(Photovoltaic)市场上的主导产品，优点是技术、工艺最成熟，电池转换效率高，性能稳定，是过去20多年太阳电池研究、开发和生产主体材料.缺点是生产成本高.在硅电池研究中人们探索各种各样的电池结构和技术来改进电池性能，进一步提高效率.如发射极钝化、背面局部扩散、激光刻槽埋栅和双层减反射膜等，高效电池在这些实验和理论基础上发展起来的. 2硅基薄膜太阳电池 多晶硅(ploy-Si)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池可以大幅度降低太阳电池价格.多晶硅薄膜电池优点是可在廉价的衬底材料上制备，其成本远低于晶体硅电池，效率相对较高，不久将会在PV市场上占据主导地位.非晶硅是硅和氢(约10%)的一种合金，具有以下优点:它对 厚，材料的需求量大大减少，沉积温度低(约200'C)，阳光的吸收系数高，活性层只有1m 可直接沉积在玻璃、不锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，便于工业化大规模生产.缺点是由于非晶硅材料光学禁带宽度为1.7eV，对太阳辐射光谱的长

太阳能电池的研究现状及发展趋势

太阳能电池的研究现状及发展趋势 摘要：太阳能电池的利用可为人类社会提供可再生的清洁能源。综述了太阳能电池的研究现状, 从材料、工艺与转换效率等方面讨论了它们的优势和不足之处, 并对太阳能电池的发展趋势进行了预测。 关键词：太阳能太阳能电池发展趋势 前言 随着煤、石油等一次性能源的逐渐枯竭及对环境的恶化影响，人类迫切需求对环境友好的可再生能源。目前，太阳能电池由于制造成本高、光电转换效率低，因而其应用受到了限制，但其优点及化石能源的枯竭又促使人们不断地寻找低成本、高效率的太阳能电池材料。 太阳能电池的研究现状 太阳能电池由材料分类大致可分为4类:硅太阳能电池;多元化合物薄膜太阳能电池;有机物太阳能电池;纳米晶太阳能电池。 目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅电池。硅太阳能电池中以单晶硅太阳能电池转换效率最高,技术也最为成熟。单晶硅电池己十分成熟,效率高,寿命长,在大规模应用和工业生产中,单晶硅太阳能电池占据主导地位。单晶硅电池的最高效率已达到24.4%,而多晶硅电池的效率也已达到19.8%。但是硅电池生产工艺比较复杂,需要高温(400～2000)和高真空条件,这导致其制造成本较高;同时其成熟的技术使光电转换效率已基本达到极限值,而且其材料本身不利于降低成本。开发太阳能电池的两个关键是:提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜成本低,便于大量生产,受到普遍重视并得到迅速发展。目前非晶硅太阳能电池的研究取得两大进展:3叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到13%,创下新的记录;3叠层太阳能电池年生产能力达5MW。非晶硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的成本及质量轻等特点,有着极大的潜力。 多元化合物薄膜太阳能电池主要有砷化镓(GaAs)电池、碲化镉(CdTe)电池、硫化镉(CdS)电池和铜铟硒(CuInSe2)薄膜电池。砷化镓及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。在多元化合物薄膜太阳能电池中,由于GaAs电池的原料价格昂贵,且不易制备;而CdTe电池含有危险的重金属元素,对环境保护不利,并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。 以聚合物代替无机材料是太阳能电池制造的方向。其原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势,在导电材料(电极)表面进行多层复合,制成类似无机pn结的单向导电装置。其中一个电极的内层由还原电位较低的聚合物修饰,外层聚合物的还原电位较高,电子转移方向只能由内层向外层转移;另一个电极的修饰正好相反,并且第一个电极上两种聚合物的还原电位均高于后者的两种聚合物的还原电位。当两个修饰电极放入含有光敏化剂的电解液中时。光敏化剂吸光