Part2光伏材料与器件2017秋季-太阳能光伏器件的基本原理(6)VIP免费

光伏材料与器件2017.9上次课回顾•第一节人类能源的希望所在——太阳能•第二节太阳和太阳辐射•第三节太阳能资源的分布特点•第四节光伏发电历史与现状人类能源利用历史与展望http://wesrch1.wesrch.com/User_images/wiki/2fb8b474ae494b70b2bbca47c7db2048_1236984472.jpg世界主要能源消耗发展一次能源开采年限煤炭231年铀72年天然气63年石油43年新能源比较太阳能蕴藏量最丰富，地区分布广泛太阳辐射能可直接转换为电能，转换环节最少最直接新能源储量特点太阳能1x105TW太阳能是目前可以使用的能源中最经济、最清洁、最环保的可持续能源。风能14TW风能是太阳辐射下流动所形成的。蕴藏量大，风力发电是当代人利用风能最常见的形式，但是风力断续分散；生物质能5-7TW生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用，农村的沼气池就属于生物质能的利用，应用规模不大；水电1.2TW指水体的动能、势能和压力能等能量资源，水利发电较为常用；地热能1.9TW地热能资源指陆地下5000米深度内的岩石和水体的总含热量，分布相对来说比较分散，开发难度大；潮汐/海洋能0.7TW海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等，限于技术水平，现尚处于小规模研究阶段；太阳和太阳能辐射光球色球第二章太阳能光伏器件的基本原理•第一节半导体的基本性质•第二节半导体p-n结•第三节太阳电池基础•第四节影响效率的关键因素2.1半导体的基本性质2.1.1半导体的结构自然界物质存在的状态分为液态、气态、固态。固态物质根据它们的质点（原子、离子和分子）排列规则的不同，分为晶体和非晶体两大类。具有确定熔点的固态物质称为晶体，如硅、砷化镓、冰及一般金属等；没有确定的熔点，加热时在某以温度范围内就逐渐软化的固态物质称为非晶体，如玻璃、松香等。晶体又分为单晶体和多晶体。整块材料从头到尾都按同以规则作周期性排列的晶体，称为单晶体。整个晶体由多个同样成分、同样晶体结构的小晶体（即晶粒）组成的晶体，称为多晶体。硅材料有多种形态，按晶体结构，可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅。单晶：原子在整个晶体中排列有序原子在微米数量级排列有序多晶：短程序包含：1、近邻原子的种类和数目；2、近邻原子之间的距离（键长）；3、近邻原子的几何方位（键角）；原子在原子尺度上排列有序非晶：单晶、多晶和非晶体原子排列:晶体的微观结构:晶体是原子在三维空间周期性重复排列拓展而成的。原胞为晶体的最小重复单元，按原胞结构的不同构成不同类型的晶体。以立方晶系的原胞为例，有如下种类：金刚石结构（与硅、锗等半导体类似）金刚石109º28´共价键硅晶体的微观结构:ABBBBAAA晶胞同种原子形成的两类格点相互套构kijcba顶角、面心Ｃ体对角线1/4处Ｃ1、通过晶格的格点可做许多间距相同而相互平行的平面，为晶面。2、垂直于晶面的法线方向为晶向。3、密勒指数（hkl）——表示晶面的方向选晶格的三条棱边作为坐标系的坐标轴，求出晶面在每一坐标轴的截距，将这三个截距分别化为晶格常数的倍数，并把它们化成互质的整数，加上圆括号（hkl）即为一个晶面或一族晶面的密勒指数。acboacboacbo（100）（110）（111）晶体的晶面:2.1.2半导体的能带真空中的电子得到的能量值基本是连续的，但在晶体中情况不同。原子的壳层模型认为，原子的中心是一个带正电荷的核，核外存在着一系列不连续的、由电子运动轨道构成的壳层，电子只能在壳层里绕核转动。在稳定状态，每个壳层里运动的电子具有一定的能量状态，所以一个壳层相当于一个能量等级，称为能级。+14E5E4E3(4)E2(8)E1(2)一个能级也表示电子的一种运动状态，所以能态、状态与能级的含义相同。图为硅原子的电子能级图。+14能级能级能级能带能带能带禁带禁带电子轨道对应的能带在孤立原子中，电子只能在各允许轨道上运动。晶体中，原子之间距离很近，相邻原子的电子轨道相互重叠、互相影响。与轨道相对应的能级分裂成为能量非常接近但又大小不同的许多电子能级，称为能带。每层轨道都有一个对应的能带。电子在每个能带中的...