晶体硅太阳能电池基本原理.ppt
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1、晶体硅太阳电池基本原理 (仅供学习交流使用),沈 富 生 2011年2月初稿于上海光伏展会 2011年3月6日完稿于深圳,PN结的形成,目 录,太阳能电池的等效电路,光电转换原理,爱因斯坦划时代的光电理论,主要参考文献,半导体材料,爱因斯坦划时代的光电理论,20世纪最伟大的两个物理理论:相对论&量子力学 相对论(狭义相对论和广义相对论) 一人的创作 量子力学 多人的集体创作(以玻尔为首的哥本哈根学派,如玻恩、泡利、海森堡、狄拉克等成员),爱因斯坦划时代的光电理论,狭义相对论(1905年发表) 光速不变,四维时空,否定经典力学的绝对时空观 。 E-MC2 物体跑得越快,则时间变得越慢,长度变得越
2、短,重量变得越重。 广义相对论(1916年发表) 引力场,宇宙黑洞,宇宙的有限无界,爱因斯坦于1905年发表光量子论,提出光子假说 爱因斯坦公式:Dn=(kT/q)n Dh=(kT/q)h 爱因斯坦因为解释光电效应方面的理论 而不是因为发表相对论获得诺贝尔物理奖(1921年),爱因斯坦划时代的光电理论,诺贝尔委员会的错误决定? 诺贝尔委员会的正确决定!,爱因斯坦划时代的光电理论,半 导 体 材 料,固体材料按其导电性能可分为三类:绝缘体、 半导体及导体。 绝缘体:玻璃、橡胶、塑料、石英等 半导体:锗、硅、砷化镓、硫化镉等 导体:金、银、铜、铝、铅、锡等,半导体的电阻率:10-4 10-7 欧姆
3、米,半 导 体 材 料,1、热敏 2、光敏 3、杂质 4、其它特性( 温差电效应,霍尔效应, 发光效应,光伏效应,激光性能等),半导体材料特性,半 导 体 材 料,半导体的能级/能带,导带,禁带,满带,固体,原子,Si1.1eV,半 导 体 材 料,满带(允带) :被电子占满的能带 不导电,导带(允带) :被电子部分占领的能带 导电,禁带:没有被电子占领的能带,价带:处于满带顶的能带,半 导 体 材 料,(a): 绝缘体 (b):半导体 (c):导体,半 导 体 材 料,半导体除了导电中的电子导电,还有价带上空穴的导电,半 导 体 材 料,硅晶体的特点是原子之间靠共有电子对连接在一起。硅原子的
4、4个价电子和它相邻的4个原子组成4对共有电子对。这种共有电子对就称为“共价键”。,共价键 共用电子对,半 导 体 材 料,半导体的掺杂 一、本征半导体 电子和空穴(载流子) Si在300K:1.5x1010/cm3 二、掺杂半导体:少量的掺杂可极大地增加载流子浓度 (常温时,Si:10-6 105) 1、N型半导体 2、P型半导体,半 导 体 材 料,1、N型半导体 在Si材料中掺入第V族元素 (P,As等) 多数载流子电子 少数载流子空穴,在Si材料中掺入第III族元素 (B, Al等) 多数载流子空隙 少数载流子电子,2、P型半导体,半 导 体 材 料,电阻率与杂质浓度有如下关系:,本征半
5、导体:,P型半导体:,N型半导体:,扩散运动 因浓度差,载流子沿浓度梯度由高浓度向低浓度方向的运动。 漂移运动 受电场力的驱使,载流子沿由高电势向低电势方向的运动,PN结的形成,PN结的形成,N区:高浓度电子向低浓度P区扩散,P区:高浓度空穴向低浓度N区扩散,N区:电子是多子,空穴是少子。,P区:空穴是多子,电子是少子。,N区:电子(带负电)移动后留下正电荷,P区:空穴(带正电)移动后留下负电荷,以上为多数载流子由高浓度向低浓度区的扩散运动的过程,电场方向由N区指向P区,PN结的形成,N区:多子即电子被由N区指向P区的电场阻挡无法向P区做扩散运动, 少子即空穴在由N区指向P区的电场驱动下向P区
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