光生伏特效应与光伏电池[最新]

光生伏特效应与光伏电池[最新] 光生伏特效应及光电池的广泛应用 我们知道，光生伏特效应是指半导体在受到光照时，内部产生电动势的现象。当然，这种光必须在一定的波长范围内，半导体一般为非均匀半导体例如P-N结。如果此时将P-N结短路，就会出现光生电流。 那么，这种P-N结的光生伏特效应其深层的原因是什么,现代半导体理论揭示了这一现象的原理:设入射光垂直P-N结面，结比较浅，光子讲进入P-N结区，甚至深入到半导体内部。能量大于禁带宽度的光子，由本征吸收在结的两边产生电子-空穴对。事实是，这种光激发对少数载流子浓度的影响很大。另一方面，由于P-N结势垒区内存在较强的内建电场(由n区指向p区)，少数载流子将受该场的作用，p区的电子穿过P-N结进入n区;n区的空穴进入p区，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，由于光照产生的载流子各自向相反方向运动，从而在P-N结内部形成自n区向p区的光生电流I。 另外，需要说明的是，金属-半导体形成的肖特基势垒层也能产生光生伏特效应(肖特基光电二极管)。其电子运动过程和P-N结相类似。 光电池的原理又是怎样,基于上述P-N结的光生伏特效应原理，由于光照在P-N结两端产生光生电动势，相当于在P-N结两端加正向电压V，使势垒降低，产生正向电流。在P-N结开路情况下，光生电流和正向电流相等时，P-N结两端建立起稳定的电势差，这就是光电池的开路电压。如果将P-N结与外电路接通，只要光照不停止，就会有源源不断的电流通过电路，换言之，P-N结起了电源的作用。这便是光电池的基本原理。 实际生产中的光电池实质上是一个大面积的PN结，当光照射到PN结的一个面，例如P型面时，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生一对自由电子和空穴，电子-空穴对从面向内迅速扩散，在结电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。 下面，我想详细谈谈太阳能电池的广泛应用及其前景。 众所周知，地球的各种自然能源正在一步步走向衰竭。这些资源无非只有这些:淡水、森林、土地、生物种类、矿山、化石燃料(煤炭、石油和天然气)。以中国为例，作为世界上人口最多的国家，其淡水资源十分缺乏，许多城市缺水，人均森林、土地面积更是少之又少。虽然化石燃料的总量丰富，但由于社会经济发展的需求，其开发规模严重超标，“用完”的那天并非十分遥远。另外，化石燃料这种旧能源，其环境污染的程度也不容忽略。于是，太阳能电池的优越性此时展露无余:丰富性(几乎取之不尽用之不竭)、清洁性(不存在任何形式的对于环境的污染)。 正因为此，太阳能电池已成为几十年来乃至未来能源产业的重头戏。 世界上第一块实用型半导体太阳能电池源自于美国贝尔实验室(那是1954 年)。经过人们40 多年来卓越的努力，太阳能电池的研究、开发与产业化已取得巨大进步。目前，太阳能电池已成为空间卫星的基本电源和地面无电、少电地区及某些特殊领域(通信设备、气象台站、航标灯等)的重要电源。随着太阳能电池制造成本的不断降低，太阳能光伏发电将 逐步地部分替代常规发电。 有科学家预言，到21 世纪中叶，太阳能光伏发电将占世界总发电量的15% ~ 20%，成为人类的基础能源之一，在世界能源构成中占有重要的地位( 相信终有一日，我们所用的能源大都能取自于太阳能。 纵观太空飞行器的领域，迄今为止翱翔于太空的成千个人造飞行器中，大多数都配备了太阳能电池系统。第一颗人造卫星上天，是光伏技术开发利用的起点，经过近五十年的发展，它已形成一门新的光伏科学与光伏。无论是在宇宙飞行中的应用，还是作为地面发电系统的应用，从开发速度、技术成熟性和应用领域来看，光伏技术都是新能源中的佼佼者。 太阳电池作为有潜力的可再生能源，在地面上也逐渐得到推广。太阳电池的成本及售价也在逐年下降，多年来太阳电池的产量一直以10-25,的增长率在增加。 实际生产中的光伏发电具有许多优点，比如:安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得、不受地域限制、无须消耗燃料、无机械转动部件、故障率低、维护简便、可以无人值守，建站周期短、规模大小随意、无须架输电线路和可以方便地与建筑物相结合等，这些优点都是其它发电方式所不及的。 目前国际上大量使用的电池为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池三种，我国生产单晶硅太阳电池的效率在12-13,，多晶硅太阳电池在10,，非晶硅太阳电池在5-6,。晶体硅太阳电池在研究上是朝着高效率化、薄片化、大面积化的方向发展。 总的来说，利用“光生伏特效应”的应用十分广泛，并且发展迅速。不仅可以通过此效应制作光电池，还可以制作光敏二极管、光敏三极管，反转光敏二极管(利用侧向光生伏特效应)。 一门学问的诞生、发展，直到其完整的应用，往大里说是为了全人类，往小一点说更是为了我们祖国。 我们有必要说明光伏电池产业对于中国的应用和前景。 一组数据显示:1990年世界太阳能电池组件的产量70MW，2001年全世界太阳电池的产量已达350MW，那一年我国太阳能电池的累计安装量刚超过20MW。 我国是个发展中国家，人口东多西少，地域辽阔，有许多边远西部省份(譬如新疆、西藏、甘肃和内蒙古)，这些地区的经济欠发达但是有着超长的日照。另据统计目前我国尚有700万户(2800万人口)，还没有用上电，60,的有电县严重缺电。这些地区在短期内不可能靠常规电力解决用电问题，光伏发电则是解决分散农、牧民用电的理想途径，一定能解他们的燃眉之急。 目前国际整体上光伏电池产业的发展是这样的: 第一代太阳电池的主要原料为硅，单晶硅及多晶硅这种结晶硅太阳电池，由于材料缺陷较少，光电能转换效率较高，但成本也相对的较高;就其转换效率而论，结晶硅太阳电池商业化平均转换效率达16%，而实验室之转换效率则接近25%， 薄膜硅太阳电池(非晶硅)被称之为第二代太阳电池，尤其是具优势性的微晶硅薄膜太阳电池，其转换效率可达12%，虽目前仍无大量商品推出，然预期10,15年后将逐渐于市场具影响力。由于薄膜太阳电池具备低价、可大面积化的特征，因此，一直扮演着未来可商业化希望的太阳电池的角色。 第三代太阳电池，例如:先进薄膜材料、纳米/量子材料及技术、有机无机混成太阳电池。其中纳米太阳电池研究很少且水平不佳，而目前纳米应用于太阳电池领域之技术发展步 调缓慢 由此我可以得出这样的结论:我们要大力发展第一代光电池，因为未来单晶硅与多晶硅太阳电池仍为太阳电池之主流技术。同时加强对第二代光电池的研究，不忽视并投入部分精力研究第三代光电池。 相信终有一日太阳能电池产业能成为我国经济发展的一股美妙而坚实的推动力，占据世界的先进领域。 光生伏特效应及光电池的广泛应用 姓名:薛刚 学号:2007117275 专业:电子科学与技术