各种物理效应实验专题小论文_百度文库
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各种物理效应实验专题小论文
&&光电效应、光伏效应、电光效应
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3 第三章光伏材料物理概述
? ? ? ? ?太阳电池的开发背景 光伏效应的基本原理 太阳电池的发展历程(类型) 无机纳米晶/有机半导体杂化太阳电池 太阳能电池测试方法? 光电效应(photoelectric)：物体吸收了光能后转换为该 物体中某些电子的能量而产生的电效应。§1887年Heinrich Hertz在实验中发现了光电效应，爱因斯坦因采用光 量子(photon)的概念成功的解释了光电效应而获得了1921年诺贝尔物理 奖。§根据电子吸收光子能量后的不同行为，光电效应可分为外光电效 应和内光电效应。? 外光电效应：在光线作用下，物体内的电子逸出物 体表面向外发射的现象。 §其主要应用有光电管和光电倍增管。? 内光电效应：光照射到半导体材料上激发出电子空穴对而使半导体产了产生的电效应。内光电效应 可分为光电导效应、光生伏特效应。 §光电导效应是指光照射下半导体材料的电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，从而引起材料电阻率的变化。其应用为光敏电阻。§光生伏特效应是指光照射下物体内产生一定方向的电动势的现象。其应用主要有光伏电池、光(电)敏二极管、光(电)敏三极管等。必须加强替代能源 包括核能、风能、 太阳能、水能、地 热和海洋能等的开 发利用。化石能源行将枯竭带给人类巨大的挑战。按照2008年的 开采速度计算，全球石油剩余探明储量可供开采42年， 天然气和煤炭分别可供应60年和122年。2008年我国煤 炭储采比约为41年，天然气和石油储采比分别约为32年 和11年。 化石能源的开发利用造成环境污染。我国每年排入大 气的污染物中，有约80%的烟尘、87%的SO2和67% 的NOx来源于煤的燃烧。这些污染物会形成硫酸烟雾 、酸雨以及其它光化学烟雾等。 化石能源的大量使用导致了全球气候变化。政府间气候 变化专门委员会(IPCC)的综合评估结果表明：近50年全 球大部分增暖，非常可能(90%以上)是人类活动的结果， 特别是源于化石燃料使用导致的人为温室气体排放。? 太阳能的优点：太阳能是人类可利用的最直接的清洁能源，它分布广阔，获取方便；不会污染环境，没有废水、废渣、废气的 排放；可以就地开发利用，不存在运输问题。太阳表面释放的能量 换算成电能的功率约为3.8×1023KW左右，其中约22亿分之一到达地 球，约1.2×1014KW(1.35KW/m2,太阳常数)，这相当于现在地球上消耗 能量的约1万倍。根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足 够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是取自不尽，用之不竭的。? 太阳能的缺点：能源密度较低，并且具有间歇性，使其大规模使用的成本和技术难度均很高，目前太阳能所提供的能源占世界 商业能源总量不足1%。简史(世界)◆ 1839年-法国Becquerel报道在光照电极插入电解质的系统中产生光伏效应－光电化学系统；◆ 1876年英国W. G. Adams发现晶体硒在光照下能产生电流－固体光伏现象； ◆ 1884年，美国人Charles Fritts 制造成第一个 1％硒电池； ◆ 1954年贝尔实验室G. Pearson 和D. Charpin研 制成功6％ 的第一个有实用价值的硅太阳电池；7纽约时报把这一突破性的成果称为“ 最 终导 致使无限阳光为人类文明服务的一个新时代的开始。” －现代太阳电池的先驱；◆1958年硅太阳电池第一次在空间应用； ◆ 20世纪60年代初，空间电池的设计趋于稳定， ◆70年代在空间开始大量应用，地面应用开始， 70年代末地面用太阳电池的生产量已经大大超过空间电池。8（我国)◆ 1959年第一个有实用价值的太阳电池诞生 ◆ 1971年3月太阳电池首次应用于我国第二颗 人造卫星―实践1号上； ◆ 1973年太阳电池首次应用于浮标灯上； ◆ 1979年开始用半导体工业废次单晶、半导体 器件工艺生产单晶硅电池； ◆ 80“年代中后期引进国外关键设备或成套生产 线我国太阳电池制造产业初步形成。9金属半导体绝缘体金属的价带是半满的，所以金属能够导电；绝缘体的价带是全满的， 并且具有较大的禁带宽度，所以不能导电；半导体的价带也是全满的， 但由于其具有较窄的禁带宽度，所以在一定的条件下能够导电。其电 导率在10-4到1010欧姆?厘米之间。? 本征半导体：没有杂质和缺陷的半导体。其原子的排列处于非常整齐的状态，在一定条件下少数电子可能挣脱束缚而形成电子载流子n0， 同时留下带正电的空位(空穴hole)p0，且浓度n0=p0。在本征半导体中载流 子的总数仍然不能满足导电性的需要，所以本征半导体实际用处不大。 常见的本征半导体有硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等。? 掺杂半导体：为了提高半导体的导电性能，可以通过添加杂质的办法降低其电阻率，提高其导电性。例如对本征半导体硅掺入百万分之 一的杂质，其电阻率就会从105下降到只有几个欧姆?厘米。§p-型半导体：positive, 通过掺杂增加半导体内的空穴载流子的浓度，使空穴(正电子)成为多数载流子(多子)；§n-型半导体：negative, 通过掺杂增加半导体内的电子载流子的浓度，是电子称为多数载流子。? 以硅为例，理想的硅原子结构示 意图：? 添加3价元素硼后的示意图：（p 型硅） ? 掺杂5价元素磷后的示意图：（n 型硅）当p-型和n-型半导体结合在一起时，由于p-型半导 体多空穴，n-型半导体多自由电子，在界面处出现 了浓度差。n-区的电子会扩散到p-区，p-区的空穴会 扩散到n-区，这样会在交界面区域形成一个特殊的 薄层，即空间电荷区。空间电荷区存在一个从n-区 指向p-区的内建电场阻止扩散进行，内建电场与半 导体内的扩散达到平衡后，就形成了这样一个特殊 的薄层，这就是p-n结。当光照射p-n结上时，如果入射电子的能量大于半导体材料的禁带宽 度(Eg)，就会在半导体内产生大量的自由载流子-空穴和电子。它们在p-n 结内建电场的作用下，空穴往p-区移动，而电子往n-型区移动，使p端电 势升高，n端电势降低，于是在p-n结两端形成了光生电动势，这就是p-n 结的光生伏特效应。由于光照在p-n结两端产生光生电动势，相当于在pn结两端加正向电压 V，使势垒降低为qVD-qV，当用导线连接p-型区和n型区时就产生正向电流IF。p n无光照 光照激发由上面分析可以看出，为使半导体光电器 件能产生光生电动势（或光生积累电荷），它们 应该满足以下两个条件： 1、半导体材料对一定波长的入射光有足够大 的光吸收系数?，即要求入射光子的能量h? 大于或等于半导体材料的带隙Eg ，使该入射 光子能被半导体吸收而激发出光生非平衡的 电子空穴对。2、具有光伏结构，即有一个内建电场所对应的势垒区。势垒区的重要作 用是分离了两种不同电荷的光生非平衡载流子，在p区内积累了非平衡空 穴，而在n区内积累起非平衡电子。产生了一个与平衡pn结内建电场相 反的光生电场，于是在p区和n区间建立了光生电动势（或称光生电压）。Pn结势垒除了上述pn结能产生光生伏特效应外，金属-半导体形成的 肖特基势垒层等其它许多结构都能产生光生伏特效应。其电子 过程和pn结相类似，都是使适当波长的光照射材料后在半导体 的界面或表面产生光生载流子，在势垒区电场的作用下，光生 电子和空穴向相反的方向漂移从而互相分离，在器件两端积累产生光生电压。
关于光电效应和光伏效应的关系，有以下两种观点： ? 光伏效应是光电效应的一种：基于这种观点的光电效应是指物体吸收光能后引起电性能变化的效应，包括内、外光电效应。? 光电效应和光伏效应是不同的两个概念：可以从两个方面理解： ①这种观点中的光电效应是狭义上的光电效应，仅指外光电效应。 ②这种观点中的光电效应定义不同，即photoemission非photoelectric，其对应 的材料仅指的是金属。“利用金属的光电效应也可以制备太阳电池，有光 照的金属其化学势会稍微大于没有光照的金属的化学势，从而产生光伏电 压”，而“光生伏特效应是指光子入射到半导体的 p-n 结后，从 p-n 结的 二端电极产生可输出功率的电压伏特值”。 ? 这篇文章中还指出：并不是能够转换入射光子能量而直接产生输出电压 的器件都叫光生伏特效应。例如Dember效应，指半导体吸收光子后产生能 自由移动的电子和空穴，由于电子和空穴的扩散系数不一样，因此会在分 布不均的电子和空穴间产生内建电场。又如基于光电化学效应的染料敏化 太阳电池，因为要用到电解质且涉及到了化学反应，也不属于光生伏特效 应。? 光伏电池和光电二极管都是基于光伏效应的光电器 件。其主要区别在于：①光伏电池在零偏置下工作，而光电二极管在反向偏置下工作②光伏电池的掺杂浓度较高1016-19从而具有较强的光 伏效应，而光电二极管掺杂浓度较低1012-13③光伏电池的电阻率较低0.10.01 Ω/cm，而光电二极管则为1000Ω/cm④光伏电池的光敏面积要比光电 二极管大得多，因此光电二极管的光电流小得多，一般在uA级。? 发光二极管：发光二极管简称LED，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性，当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势 垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N 区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产 生复合形成激子，激子经过驰豫、扩散、迁移等过程复合，复合时 产生的能量大部分以光的形式出现，因此而发光。? 理想太阳电池的等效电路：在恒定光照下，光电流是恒定的，它一部分流经负载，在负载两端建立起端电压；另一部分作用于p-n结， 形成正向偏置，引起一股与光电流方向相反的暗电流。? 实际太阳电池的等效电路：实际工作的太阳电池由于电极的接触和材料本身的电阻率，存在着串联电阻的损耗；电池边沿的漏电和电池 的微裂纹、划痕等造成的金属桥漏电，相当于并联电阻的损耗。? 单晶硅太阳电池的制作过程：①砂子还原成冶金级硅：石英砂(SiO2)在电弧炉中用C还原为Si和CO，纯度一般9599%，杂质为Fe、Al、Ga、Mg等。②冶金级硅提纯为半导体级硅：由工业硅制成 硅的卤化物(如三氯硅烷，四氯化硅)通过还原剂还原成为元素硅，最后长成棒状 (或针状、块状)多晶硅。③半导体级硅转变为硅片：多晶硅经过区熔法(Fz)和坩 埚直拉法(CG)制成单晶硅棒。④硅片制成太阳电池：主要包括表面准备（化学处 理和表面腐蚀）、扩散制(P-N)结、去边、去除背结、制作上下电极、制作减反射 膜等。⑤太阳电池封装成电池组件：将若干单体电池串、并联连接并严密封装成 组件，主要有上盖板、粘接剂、底板、边框等部分。单晶硅太阳电池 块状多晶硅太阳电池第一代太阳电池Silicon based多晶硅薄膜太阳电池非晶硅薄膜太阳电池 薄膜多元化合物太阳电池 单层结构 有机化合物太阳电池 无机/有机杂化太阳电池 染料敏化太阳电池 双层异质结 本体异质结 第二代太阳电池thin films叠层太阳电池量子点太阳电池 热载流子太阳电池 多能带太阳电池 热光伏太阳电池第三代太阳电池new concept? 硅材料太阳电池：①单晶硅太阳电池： 以纯度为99.999%的单晶硅棒为原料制作而成，工 艺复杂，电耗很大。目前单晶硅太阳电池的光电转换效率为15%左右， 实验室可达25%，其理论最高效率为32%左右。 ②多晶硅太阳电池：按结构可分为两种，一种是块状(bulk)，多半是用含 有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸 而成。制作工艺与单晶硅太阳电池相似，但材料制造简便，成本较低。 另一种是薄膜状(thin-film),多采用化学气相沉积法(CVD)和液相外延法 (LPPE)、溅射沉积法制备。多晶硅薄膜电池成本远低于单晶硅电池，而 效率高于非晶硅薄膜电池。多晶硅太阳电池目前光电转换效率12%左右， 实验室可达19.8%。 ③非晶硅太阳电池：于1976年出现，硅材料消耗少，电耗低，常用辉光 放电法、反应溅射法、化学气相沉积法、电子束蒸发法和热分解硅烷法 制备。其光电转换效率较低，为10%左右，实验室可达14.5%。? 多元化合物薄膜电池：①砷化镓(GaAs)化合物薄膜太阳电池：砷化镓属于Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材 料，能隙(band gap，又叫禁带宽度forbidden bandwidth)为1.4eV，并且耐高 温性强，最高转换效率可达30%。砷化镓系列太阳能电池包括单晶GaAs、 多晶GaAs、镓铝砷-GaAs异质结、金属-半导体GaAs、金属-绝缘体-半导 体GaAs、GaSb（锑化镓）、GaInP等。 ② 硫化镉(CdS)和碲化镉(CdTe)化合物薄膜电池：效率在10%以上。 ③铜铟硒(CuInSe2，CIS)和铜铟镓硒(CuInxGa1-xSe2，CIGS)化合物薄膜电池： CIS材料的能降为1.1eV，是良好的太阳能电池半导体材料，价格低廉、 性能良好，目前光电转换效率约在15%左右。?在无机半导体中，原子间因存在很强的相互作用(共价键或离子键)从而形 成三维的周期晶格结构，原子间能级的重叠形成能带。而有机半导体中分 子间只有很弱的范德华力结合在一起，导致分子的LUMO和HOMO之间相互 作用力太弱不能形成导带和价带 (也可称之为“导带、价带”)。电子需要 克服较大势垒而不能在分子间进行公有化运动，只能是以“跳跃”的方式 运动，因此其载流子迁移率比无机半导体小很多。此外，无机半导体中吸 收一定能量的光子后将会产生分离的自由电子和空穴，而有机半导体中产 生的电子将束缚在空穴周围，形成呈电中性的电子空穴对-激子(exciton)。? 有机半导体材料也可区分为p-型与n-型的两大类， 缺电子型或可用作电子 受体(Acceptor)的被称为n-型的有机半导体材料；而富电子型的或可用作电 子给体(Donor)的化合物，则称为p-型半导体，因此p-n异质结在有机光伏器 件中一般称作D-A结。多数的有机和高分子半导体材料是p-型的，如聚(对 苯乙烯) (PPV) 、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等衍生物等。相比较起来n-型半 导体种类较少，主要有PTCDI(p酰二亚胺)、p类化合物、C60及其衍生物 (PCBM)等。? 单层有机太阳电池又叫肖特基(Schottky)型太阳电池:两个电极之间夹着一层有机材料，电极一般都是ITO和低功函数金属Al、 Ca、Mg，其内建电场源于两个电极的功函数差异或者金属-有机染料接 触而形成的肖特基势垒。其性能强烈依赖于电极的性能，并且有机物的 绝缘本性，只有当激子扩散到电极和材料接触处激子才可能分离，而扩 散长度很短(10nm左右)使得产生的激子容易复合。? 有机给体-受体异质结有机太阳电池:当光与给体分子相互作用时，受激发的电子给体吸收光子，其最高已占 轨道HOMO上的一个电子跃迁到最低未占轨道LUMO，形成激子，通常由 于给体(p-型) LUMO的电离势比受体(n-型)LUMO的电离势低，电子就由给 体转移到受体，从而完成电子的转移，实现激子的分离。激子分离后产 生的电子和空穴向相反的方向运动，被收集在相应的电极上，形成光电 压。C. W. Tang于1986年第一次提出了双层有机太阳电池的概念。? 异质结电池中D-A界面处的激子分离最有效，但激子典型的扩散长度在 10nm范围内，因此光激发层应尽量薄；而为了尽可能多的吸收光，又要求 薄膜厚度应超过100nm。将施主材料和受主材料混合分布在同一层中，大大增加了施主/受主界面的面积，使激 子能够运动非常短的距离就可以得到有效分离，这 种结构叫分散式(混合或本体异质结Bulk Heterojuntion, BHJ)异质结。1994年将10：1(wt)的MEH-PPV和C60混合溶液制旋涂在ITO玻璃上支撑了第一个分散式聚合物异质结PV电池。 ? 本体异质结结构是目前有机聚合物(Polymer-fullerene)、有机小分子和无机纳 米晶/有机半导体杂化太阳电池的主要研究方向。? 染料敏化太阳能电池模拟光和作用制作的，一般由多孔纳米TiO2薄膜组 成的光阳极、镀铂对电极、染料敏化剂联(吡啶钌络合物)和电解质溶液 (一般是I3?/I?)组成。吸附在纳米TiO2表面上的染料光敏化剂在可见光的 作用下，电子通过吸收太阳光能而从基态跃迁到激发态。染料的激发态 能级略高于TiO2导带能级，电子会注入到TiO2导带，被导电层收集后通过 外回路回到对电极，产生光电流。被氧化的染料分子被电解质溶液中的 I?还原为基态，电解质中产生的I3?又被电子还原为I?，从而构成了一个 电化学循环。1991年瑞士的M. Gr? tzel教授制作了第一个染料敏化太阳电 池，其转换效率达到7.9%，目前这种电池的转换效率可达11%以上，而 其成本仅为硅太阳电池的1/5。?染料敏化太阳电池目前的主要挑 战在于：高效电极的低温制备和 柔性化；廉价、稳定的全光谱染 料的设计和开发；液体电解质的 封装和高效固态电解质的制备等。? 有机和无机材料复合物组成的杂化太阳电池，综合了无机半导体的优异性 能和共轭聚合物的成膜性能。有机材料价格低廉，容易制备且能通过分子 设计和化学合成调整其功能，而无机半导体能被制备成纳米结构，从而具 有较高的吸光系数和尺寸可调性，通过改变纳米粒子的尺寸能改变其带隙 进而调整其吸光范围。?CdS、CdSe、CuInS2、TiO2和ZnO是目前研究得比较广泛的无机材料，其中ZnO相对于TiO2而言电导率较高，并且容易控制生长成纳米棒阵列结构或 者纳米颗粒薄膜；常用的p型有机半导体有P3HT、MDMO-PPV及酞菁化合物等。目前制备杂化太阳电池薄膜的主要方法为旋涂法、电沉积法和层层自组装法(LBL:layer-by-layer assembly)。太阳能电池转换效率的极限(1)首先，热力学理论指出，任何物体吸收热量之后都不可能百 分之百地用来做功。假设太阳是6000K的黑体，环境温度为300K， 由热力学定律决定的转换效率极限为86.8%，上述效率被视为太阳能 电池转换效率的理论极限，即卡诺极限。 (2)接下来的能量损耗机制需要从半导体能带的角度来解释。图2：标准单结太阳电池的能量损失过程：① 晶格热振 动损失 ② 结损失 ③ 接触损失 ④ 复合损失? 太阳光谱可以被分成连续的若干部分，用能带宽 度与这些部分有最好匹配的材料做成电池，并按 能隙从大到小的顺序从外向里叠合起来，让波长 最短的光被最外边的宽隙材料电池利用，波长较 长的光能够透射进去让较窄能隙材料电池利用， 这就有可能最大限度的将光能变成电能，这样的 电池结构就是叠层电池，可以大大提高性能和稳 定性。叠层太阳能电池需要注意的问题： （1）各子电池的带隙要满足电流匹配原则,因为带隙决定电流的大小, 串联在一起的子电池如果各自产生的光电流不同, 有效电流将以最小的光电流值为准.这暴露出叠层电池的一个缺点, 即对太阳光谱的分布非常敏感. （2） 不同材料间要有很好的晶格匹配度, 失配过大必然会造 成大量的缺陷复合中心.（3）子电池之间要通过超低阻方式连接,以减小电流损失.一种方法是采用多芯片机械叠加叠层太阳能电池两种基本结构（1）采用多芯片机械叠加通过金属电极把独立制作的电池压焊在一起该方法适用于大失配的 材料体系,但因其成本高,可靠性和工艺兼容性差, 制备的电池质量重、 体积大,（2）单片集成式技术使整个电池直接生长在一个衬底上, 子电池由重掺杂的宽带隙隧道结 相连,这是目前普遍应用的连接方式.多载流子太阳能电池多载流子太阳电池提高太阳电池转换效率即是尽可能多地将光子的能 量用于激发出电子一空穴对，而避免其转换成热能。如果一个高能量光子激发出一对电子一空穴对并使它们成为具有多余能量的“热载流子”，而这个热载流子具有的能量仍高于激发一对电子一空穴对所需要的能量，那么这个 热载流子就完全有可能把多余的能量用来产生第二对电子一空穴对，如果光子的能量比禁带宽度的三倍还大，就可能产生第三对电子一空穴对。这些电子空穴对将增大太阳电池的输出电流，从而提高光子的利用效率。热载流子电池高能量光子光子的多余能量赋予载流子较高的热能。这些“热载流子” 在被激发后约几个皮秒的时间内，首先通过载流子之间的碰撞达到一定的热 平衡。这种载流子之间的碰撞并不造成能量损失，只是导致能量在载流子 (电子、空穴)之间重新分配。随后，经过几纳秒的时间，载流子才与晶格发 生碰撞，把能量传给晶格。而光照几微秒以后，如果电子和空穴不能被有效 分离到正负极，它们就会重新复合。 热载流子冷却造成的能量损失是限制单结电池效率的一个重要因素.减 小这部分损失的方法有两种: 一是前面讲到的碰撞电离;另一个是在热载流子 冷却之前将其收集到电池两端,从而增加VOC, 这就是热载流子太阳能电池的 基本思想.理论计算表明热载流子太阳能电池在全聚光下的极限效率为 85%。 标准的电池设计需要在电子和空穴复合前把它们收集到电池的正负极，而热 载流子电池则要做到更快，必须在电子和空穴冷却前把它们收集到正负极。 因此吸收层必须很薄，约为几十纳米。热载流子太阳能电池要求热载流子的收集速度比其冷却速度快. 这可以从两方面入手: （1）通过提高材料迁移率并减小传输距离来缩短收集时间; （2）延长热载流子的冷却时间. 量子化的能级有助于减慢热载流子的冷却速度, 所以超晶格、 量子阱和量子点等低维结构已被广泛用于研究光生载流子的冷却 动力学过程 .另外, 强光注入也有利于增加载流子的冷却时间。上下转换太阳电池光伏器件的理论极限就是在聚光条件下算得的, 因此通过修正入 射光谱可提高标准单结电池的转换效率, 这就是所谓的上转换和下转 换太阳电池。上转换即至少吸收 2 个能量小于带宽的光子, 然后发射 出一个能量大于带宽的光子;下转换即吸收1个能量至少 2倍于带宽的光子, 发射出 2个能量稍大于带宽或等于带宽的光子 。下转换材料放在标准单结电池的前面, 通过把高能量的紫外光转 换成可见光来增加光生电流, 这就要求它的量子效率大于 1。在标准单 结电池后面附加上转换材料可充分吸收能量小于带宽的光子从而提高 转换效率 。由于上转换材料不会干扰前面单结电池的入射光, 所以即 便是低效率的上转换材料亦可增加光生电流, 提高电池的转换效率。上转换材料：如采用Er 和Tb 离子共掺杂的玻璃陶瓷 下转换材料：如YAG荧光粉与环氧树脂的混合浆液制备的薄膜杂质带和中间带太阳电池杂质带和中间带太阳电池均是在材料中掺入 1 种或几种能级位于 半导体禁带之间的杂质, 从而吸收不同能量的光子,通过多步吸收将若干 个光子激发成一对载流子, 减少热能化损失。 这 2种结构器件均可吸收能量小于带宽的光子激发出电子空穴对, 而中间带的连续性避免了光子能量被同一电子重复吸收,这可延长中间 能级的寿命, 使第二个光子能够被吸收。为了最大限度地利用这一优点, 中间带必须处于半满状态, 即要求费米能级位于带宽的中间位置,从而使 价带电子的吸收几率和导带电子的发射几率相等。杂质光伏电池是在电 池中引入深能级缺陷, 杂质能级的最佳位置位于带宽的 1/ 3 处。引入的 缺陷同样增加了辐射和非辐射复合的几率, 可通过调整缺陷能级使其远 离结的位置来弥补这一缺点。这种结构的电池既可吸收短波长的光又可 吸收长波长的光, 然而所需条件之间的冲突使这种结构的电池到目前为 止还不具备发展优势。中间带太阳电池可在III-V和II-VI族材料中掺入过 渡金属形成 。
热光伏太阳能电池热光伏技术是将受热高温热辐射体的能量通过半导体P―N 结电池直接转换成电能的技术。热光伏电池使用一个吸热装置吸 收太阳光，再把吸收的能量放出来供给电池，原理如图11所示。 该装置的温度远低于太阳的温度，因此其辐射的平均光子量远小 于阳光。这些光子中能量较高的被电池吸收转化成电能，而其中 能量较小的又被反射回来，容易被吸热装置吸收，用以保持吸热 装置的温度。这种方法的最大特点是电池不能吸收的那部分能量 可以反复利用。二、太阳能电池的输出特性1、光电池的电流电压特性光电池工作时共有三股电流：光生电流IL，在光生电压V作用下 的pn结正向电流IF，流经外电路的电流I。IL和IF都流经pn结内部，但方 向相反。根据p-n结整流方程，在 正向偏压下，通过结的正向电流 为：IF=Is[exp(qV/kT)-1] 其中：V是光生电压，Is是反向 饱和电流。光电流IL 结正向电流IFp n负载I如光电池与负载电阻接成通路，通过负载的电流应该是：I = IF-IL = Is[exp(qV/kT)-1]-IL这就是负载电阻上电流与电压的关系，也就是光电池的伏安特 性方程。左图分别是无光照 和有光照时的光电池 的伏安特性曲线。
? 太阳能电池测试的光源
光强? 我国太阳能光伏发电方面的支持重点： ①提高太阳电池能量转换效率的新概念、新机制研究。 ②光伏材料开发与性能改善。 ③光伏器件结构设计。 ④光伏材料和器件的制备与表征技术。 ⑤光伏系统及规模化利用相关的原理性、基础性、前瞻 性问题。? 我国将建设较大规模的太阳能光伏电站和太阳能发电电站，到2010年，建 成大型并网光伏电站总容量2万千瓦，太阳能热发电总容量达到5万千瓦。 到2020年，建成大型并网光伏电站总容量20万千瓦，太阳能热发电总容量 达到20万千瓦。
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