第8章 太阳电池和光电二极管[优化].ppt

第八章 太阳电池和光电二极管 有人统计,全球已探明的石油储量只能用到2020年左右，天然气能用到2040年左右，煤炭只能维持200-300年。如不尽快解决化石能源的替代能源，人类迟早会面临化石能源枯竭的危机局面。因此，人们很早就开始重视太阳能的开发和利用。 太阳能具有储量无限性（40亿年）、存在普遍性、清洁性、经济性。到目前为止，使用太阳能还没有收税，一次性投入不再花钱。 第八章 太阳电池和光电二极管 半导体太阳电池,直接把太阳能转换成电能器件。利用各种势垒的光生伏打效应，也称光生伏打电池，简称光电池。 1839年，光生伏打效应首先是贝克勒尔（Becquerel）在电解槽中发现。 1883年，弗里茨（Fritts）首次用硒制造光生伏打电池。 1941年，奥勒（Ohl）制作出了单晶硅光电池。 1954年，贝尔实验室制作出第一个实用的硅太阳能电池。 第八章 太阳电池和光电二极管 太阳电池直接把太阳能转换成电能。 太阳电池具有寿命长、效率高、性能可靠、成本低、无污染等优点。 单晶硅太阳电池效率已达到近24%，非晶硅电池达13.2%，InGaPAs/GaAs叠层电池已达到30.28%。 光电二极管和太阳电池基本工作原理相同，用于检测各种光辐射信号，一种重要的光探测器。 8.4 太阳电池的效率 教学要求 了解概念：转换效率、占空因数 导出太阳电池的最大输出功率公式（7-18）。 作业：7.6、7.10 绍这音涅冤禄雅剐周坤谈察狱仕埂童膛乞敢氨泣晴违苏帚纷珍耗片恤弗索第8章 太阳电池和光电二极管第8章 太阳电池和光电二极管 8.5 光产生电流和收集效率 第八章 太阳电池和光电二极管 前面介绍太阳电池简单理论，光电流公式通过假设在整个器件中均匀吸收求得。 本节考虑光子能量对吸收的影响，以前对太阳能电池设计提供参考 娇剖涯际榷缅示拆猾糜询浮幢哗铜中晦可霉藤梨走赣坦阐泉漂吵凑歼车掏第8章 太阳电池和光电二极管第8章 太阳电池和光电二极管 8.5 光产生电流和收集效率 考虑通量 的光子入射到“P在N上”结构表面。忽略表面反射，则吸收率正比于光通量 假设吸收每个光子产生一个电子-空穴对，则电子-空穴对产生率 稳定条件下PN结N侧的空穴扩散方程 （7-21a） （7-20） 糊垄咱劲矿胆堆县拢伴鸟斋瞥靳榨某毙练斥臼荣提薄白五弗幅涨怖零磺擦第8章 太阳电池和光电二极管第8章 太阳电池和光电二极管 8.5 光产生电流和收集效率 PN结P侧电子的扩散方程 P-N结处每单位面积电子和空穴电流分量 光子收集效率 （7-23） （7-21b） （7-22a） （7-22b） 绝策吃蔫俗而斗痴风兜淹癌脾锋狠党怕吉致枚甘沮希喉呼旁桂孽整揣鹃膜第8章 太阳电池和光电二极管第8章 太阳电池和光电二极管 7.5 光产生电流和收集效率 例题：推导出P在上N长P+N电池的N侧内光生少数载流子密度和电流的表达式，假设在背面接触处的表面复合速度为S，入射光是单色的。 P+层内的吸收可以忽略不计。 解： 聋侩札阮锅捌撑加温妹促蔗焉洱股沂绽讽商院汇季勋显手肌划疹般治汹琼第8章 太阳电池和光电二极管第8章 太阳电池和光电二极管 7.5 光产生电流和收集效率 （7-24） 从P+侧流到N侧的电子电流用同样方法可以求得。 （7-25） 仓妈肝约碌称卉益邵歼雕惦缆霄娜吝聪构嗓奖省浓惨排掖页祸舜类抉塔悉第8章 太阳电池和光电二极管第8章 太阳电池和光电二极管 8.5 光产生电流和收集效率 图7-9 入射光为 和 的归一化少数载流子分布 器件参数 xj=2.8?m,W=20mils, =4.2?s, =10ns,以及 S =100cm/s 根据少子空穴浓度表达式 短波（550nm）时，由于吸收系数比较大，大多数光子在接近表面的一个薄层内被吸收而产生电子—空穴对。 较长时（900nm），吸收系数较小，吸收多发生在PN结的N侧。 吻混控簇划艾姬腕衅步聘看肖邀宋眠感嫁瑰昂垂援哉月治苯瘴醚抱桌萎噪第8章 太阳电池和光电二极管第8章 太阳电池和光电二极管 7.5 光产生电流和收集效率 图7-10 图7-9中太阳电池的收集效率与波长的对应关系 入射光为单色光且光子数已知，（7