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半导体太阳能电池
半导体太阳能电池的定义及应用
半导体光生伏特效应
太阳能电池电流电压效应
South China Normal University
1、半导体太阳能电池的定义及应用

定义：把太阳能转变为电能的器件。

工作原理：利用光生伏特效应把光能转变为电能。

特点：寿命长、效率高、可靠性好、无污染。
占地面积大、成本较高。
非晶Si：14%；单晶Si：24%；InGaPAs/GaAs：30%

应用：人造卫星、航标灯、室外照明及日常用电。
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1、半导体太阳能电池的定义及应用
多晶Si太阳能电池
家居用电
单晶Si太阳能电池
太阳能灯具
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1、半导体太阳能电池的定义及应用
1、太阳能电池板；
2、太阳能控制器：对太阳能
电池板的充电过程、充放电保
护等；
3、蓄电池；
4、逆变电源：将12V、24V、
48V直流电转变为一定电压的
直/交流电。
太阳能发电系统
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2、半导体光生伏特效应
半导体中的光吸收
=C/ν=hC/hν=1240/E （nm）
I=I0e-αX； α相当于光在半导体材料中传播1/ α距离时能量
减低至原来的1/e。
光生伏特效应：半导体吸收光能后，由于内建电场作用，半
导体内部产生电动势的效应。
无光照
有光照
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2、半导体光生伏特效应
1）半导体材料吸收光能产生非平衡载流子。
2）非平衡电子和空穴从产生处向势场区运动。
3）非平衡载流子和空穴在势场作用下向相反方向运动而分离 。
p区电子运动到n区，n区空穴运动到p区，在p区边界积累非平
衡空穴、在n区边界积累非平衡电子，形成与内建电场方向相反的
光生电场，形成光生电动势。总体引起p-n结势垒高度降低。
在开路情况下，光生电流等于正向电流，p-n结两端建立起稳定
的电势差VOC，称为开路电压。
短路情况下，光生载流子将形成短路电流IL，方向从n区指向p区。
此时非平衡载流子不在pn结两端积累，光生电压为0。
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3、太阳能电池电流电压特性
光生电流IL、正向电流IF、外电路电流I，IL与IF都
流经p-n结内部，方向相反。
IF=Is·exp[（qV/k0T）-1]
IL=qQA（Lp+Ln）
Q：扩散长度（Lp+Ln）非平衡载流子平均产生率；
A：p-n结面积
有：I=IL –IF =IL – Is·exp[（qV/k0T）-1]
当I=0时，开路电压：
VOC=K0T/q·ln[（IL/Is）+1]
p-n结短路时，V=0，有： ISC=IL
ISC随光照线性增加，VOC随光照指数增加，当增大
到p-n结势垒消失时，为最大光生电压（势垒高VD），
实际与Eg相当。
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3、太阳能电池电流电压特性
太阳能电池向负载提供的功率为：
P=IV=V{IL–Is·exp[（qV/k0T）-1]}
4、太阳能电池的效率：
=Pm/Pin×100% ；
Pm :太阳能电池的输出功率；
Pin ：输入光功率
Pm = VmpImp
实际效率为电流电压关系曲线中
最大矩形面积。
占空因素（FF):VmpImp/VOCISC
= FFVOCISC/Pin ×100%
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