从光伏发电原理看新技能电池突破点

发表时间:2023-03-24 11:47:47

  “光生伏特”效应是光伏发电的原理,它的发现使人类运用太阳能发电成为可 能。1839年法国贝克勒尔做物理试验时,发现了“光生伏特效应”。1954年,贝尔 试验室研制成功第一个实用价值的硅太阳能电池,把这一突破性的效果 称为“无限阳光为人类文明服务的一个新时代的开端”。“光生伏特”效应指的是半导体在遭到光照的条件下,光子能量激起价带内的 束缚电子穿过禁带抵达导带成为自由电子,并在价带中留下空穴,构成为空穴电子对,然后改动了资料的载流子浓度。在有外电路接入的情况下,电子和空穴 少量载流子在分散效果和 PN 结内建电场的一起的效果下依照特定的方向移动, 然后发生电流。

  半导体资料的挑选是决议光伏电池功率的首要要素。半导体电池资料的禁 带宽度决议了其短路电流和开路电压,其间短路电流跟着禁带宽度的减小而添加, 开路电压跟着禁带宽度的减小而下降,因而适用于光伏发电资料的禁带宽度应当 有一个适宜的规模,当电池资料的禁带宽度在 1.1-1.6eV 时,其理论光电转化效 率能够到达 29.43%。现在可用做光伏电池的资料首要是元素周期表中 III-V 主族 资料,包含硅资料、砷化镓、铜铟镓硒,碲化镉以及近年来开展比较快的有机化 合物电池等。归纳各种资料的电学功能,安全性,资源丰富性,无毒无害性等各 种要素,硅资料成为现在光伏职业中遍及运用的电池资料。

  光学丢失和电学丢失是影响光伏电池功率的两大重要要素。虽然硅资料的 理论电池功率能够到达 29.43%,可是现在在试验室中硅电池的最高转化功率为 26.3%,首要是受光学丢失和电学丢失的影响。

  光学丢失发生的首要原因是资料外表的反射丢失。包含组件玻璃的反射, 电池前外表和背外表的反射,电池栅线的遮挡等等。现在削减光学丢失的首要方 法包含:(1)运用超白高透的压延光伏玻璃。(2)经过减反膜下降反射率,例 如玻璃减反膜,电池外表的氮化硅减反膜。(3)运用化学药品对硅片外表进行 腐蚀,构成绒面,添加陷光效果。(4)添加电池栅线高宽比,削减栅线遮挡损 失,例如运用多主栅以及 IBC 电池技能。

  电学丢失发生的首要原因是半导体资料体内及外表的复合。光子激起的空 穴电子对只要在 PN 邻近才会对光电转化作出贡献,在间隔 PN 结太远处发生的 载流子,很有可能在移动到器材的电极之前就发生复合。半导体中复合率越低, 开路电压 Voc 越高,光电转化功率就越高。跟着硅片质量的不断进步,低成本薄 片化的进程使得晶硅电池外表复合丢失成为限制电池功率上限进步的关键要素。发生复合的首要原因首要跟资料自身的内部缺点以及杂质等相关,例如单晶硅少 子寿数要优于多晶硅,N 型要优于 P 型;其次是因为高浓度的分散在电池前外表 引进很多的复合中心,经过改动光伏电池的结构,退火氢钝化以及引进钝化膜, 隧穿膜等方法,能够有用延伸半导体内光生载流子寿数,削减复合,然后进步光 电转化功率,因而运用 N 型硅片,改动电池结构(TOPcon, HJT)是下降电学丢失的有用方法。

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