温度对太阳能电池影响的研究
温度对太阳能电池影响的研究[20200408102710]
摘要
伴随着社会的发展和人们生活水平的改善，人们对能源的需求越来越大。传统能源已经不能满足人们的所有需求，而且传统能源的使用也会产生大量导致环境污染的气体如CO 和SO 等，所以传统的能源利用结构需要改变。新能源的开发和利用逐步成为人们研究的重点。其中，太阳能是新能源中最为引人注目的，它具有无污染，便于采集等优点。
影响太阳能电池特性的因素有很多，其中温度对太阳能特性的影响较为显著。本课题主要研究了温度对太阳能电池特性的影响。
通过分析实验数据，本课题发现：在其他条件保持不变，温度不断增加时，太阳能电池片的短路电流也会不断的增加，太阳能电池片的开路电压则是不断的减少；并且开路电压减少的程度大于短路电流增加程度；单晶硅和多晶硅电池受温度影响的程度大于非晶硅电池受温度影响程度。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:新能源太阳能电池温度
目 录
第一章 绪论 1
1.1 能源背景 1
1.2 太阳能电池 1
1.2.1 太阳能电池的工作原理 2
1.2.2 太阳能电池的应用 3
1.3 特性研究 4
1.3.1 等效电路 4
1.3.2温度特性和光照特性 5
1.3.3负载特性 6
1.4 对影响太阳能电池特性的各种因素的研究现状 7
第二章 温度影响的理论模型 8
第三章 实验验证过程、数据结果及分析 10
3.1 实验目的和实验内容 10
3.2 数据结果和分析 10
3.2.1 温度对单晶硅电池片输出特性影响 10
3.2.2温度对多晶硅电池片的影响 15
3.2.3温度对非晶硅电池片的影响 19
3.3 结论 25
总 结 26
参考文献 27
致 谢 28
第一章 绪论
1.1 能源背景
上个世纪，化石能源为人类的发展带来福祉，人类以使用原油、煤和天然气为主。好几万年之前有太阳能辐射到地球上，其中的一些能源贮存到古植物和古动物中。但是近千年人类社会的发展迅猛，消耗的能源量日趋上涨，尤其是这几百年来，人类对能源的消耗和需求更是一发不可收拾。据可靠统计，地球上相当一部分的化石能源已经被消耗。伴随着社会的不断发展，人类对能源的需求势必持续增长，过不了多久，地球上的化石能源将会被用完 。
因此，新能源的开发对中国的能源结构和生态环境具有重要意义。目前，新能源主要有：太阳能、风能、潮汐能、核能、生物质能和燃料乙醇等等 。这些新能源储藏量大，但是利用效率较低，具有很大的开发潜能。
要减少我国对进口石油的依存，就需要从根本上解决能源供应和利用问题。比如：加强新能源的研发和利用，增大可再生能源的消费比例；必须大力促进能源科技的进步和提高自主创新能力。专家预测：到2050年，我国煤炭消耗量将会从现在的70%下降到40%，新能源所占的比重会增加到30% 。
图1-1 2006年（左）和2050年（右）我国能源利用结构
1.2 太阳能电池
可以把太阳能转变为电能的元器件叫作太阳能电池，也称为光伏电池。把许许多多的光伏电池结合起来，可以组成光伏电池组件，如果再把一些光伏组件和一些储能、控制部件组合起来，那便能构成光伏发电系统 。本章重点讨论太阳能电池的工作原理和应用情况。
1.2.1 太阳能电池的工作原理
太阳能电池是通过半导体P-N结在阳光照射下产生的光生伏特效应来将太阳能直接转换成电能的。
1829年，法国物理学家贝克勒在一次实验中偶然发现了光生伏特效应，将两金属片放入溶液，当有阳光照射时就会产生电势差。这是人们首次发现光生伏特现象。光生伏特效应是指光照射在物质上产生电动势的现象。后来还发现，这种现象不仅发生在液体里，也发生在固体中，而且在半导体中的效率更高。半导体材料制成的太阳能电池就是利用了这种原理，把光能转换成电能。目前的半导体太阳能电池的基本结构大都是pn结。它的结构示意图如图1-2.
图1-2 太阳能电池结构
电子是N型半导体的多数载流子，而空穴是P型半导体的多数载流子。两种载流子浓度有差异的材料接触后，由于多数载流子会从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散，空穴从P型半导体向N型半导体扩散。多子的扩散打破了内部电场的平衡，使得N型带正电荷P型带负电荷。在两种材料之间产生电势差，在临界面附近形成一个电场，即内建电场，也称势垒电场，电场的方向是从N型半导体指向P型半导体。多数载流子在内建电场中扩散时会受到电场力的作用，从而减弱它的扩散。多数载流子向对方扩散的量越多，它的电势差越大，对多数载流子的扩散的阻碍也就越大。最终内建电场将电场内的载流子都扫向两边，因此该区域电阻特别高，所以将它称为阻挡层。如果此时有光照射，原子得到光子的能量后，它的外层电子就会挣脱原子核的束缚，成为一个自由电子，同时由于轨道上缺少一个电子，形成空穴。在内建电场的电场力作用下，自由电子会向N型区移动，空穴会向P型区移动。这种在光照下产生电子空穴对，形成的电场称之为光生电场。它会抵消一部分内建电场，并使得P型材料带正电荷，N型材料带负电荷，两种材料之间形成光生伏特电动势。如果用电极将两极引出，并接一定的负载，则会有电流输出，完成了光能向电能的转换 。
1.2.2 太阳能电池的应用
目前已经提出了利用光伏电池的各种各样的方法。最常见的用途包括：为偏远地区的住房供电和航天器生产电力。其他应用还包括并入公共电网，以减少城市地区的高峰电力需求 。此外，很多其他产品也在制造中嵌入了太阳能电池（如计算器）。
（1）光伏电池在公用电网中的应用
为提升公司的公众形象，有些公司选择了“绿色电力”。谷歌未必需要增强他的公众形象，但它着手修建其总部已反映了这一趋势。谷歌对部分在硅谷的Googleplex总部安装了9000多个太阳能电池板来使用太阳能，产生的电力足够1000个家庭使用。该项目现在正在进行中。此外，2007年12月，在Nellis空军基地，美国政府建立了一个占地140英亩 ，容量达到14MW的太阳能电站，它的硅电池板跟踪太阳旋转。其他国家也使用光伏技术来降低电力费用。2007年4月发行的“技术评论”指出：世界上最大的太阳能发电站之一，将于今冬在阳光照耀的Serpa牧场（葡萄牙南部的一个小镇）投产使用。通用电气是其产权的拥有者，并有加利福尼亚州Berkeley和PowerLight公司运营。在晴朗天气中午的发电高峰期，它可产生11MW电力，足够8000户居民使用。
（2）光伏电池在太空系统中的应用
自1958年以来，太阳能电池以应用于太空。最初，这些太阳能电池都是单晶方阵，效率只有10%。在过去几十年中，单晶硅电池效率据称已达到18%，他们已用于“不严格要求高效率和更好辐射稳定性的III-V族电池的太空任务”。目前，最特殊的光伏电池通常只用在有重要任务的航天器。这主要是因为他们的研究和制造成本非常高。这些电池包括III-V族元素材料制成的三结电池。铟磷（InP）电池也被认为适合太空使用，因为它比砷化镓具有更高的抗辐射能力。
（3）太阳能产品
为了不受电源限制，许多现代产品嵌入了光伏电池。室内产品包括计算器、手表和钟表、蓄电池电器、烟雾报警器、旋转式装置和商店橱窗展示品。户外产品包括道路照明和声控照明装置、喷泉等水演示产品、温室通风和收音机等。非晶硅可以浸渍背包，给具备GPS功能的手机充电，这可以给一个长途徒步旅行爱好者增加一项安全功能。此外，太阳能电池板具有与有色玻璃类似的建筑美学作用。
总之，光伏电池技术已在过去的几十年证实了它的能力。它的发展显示了许多应用的可行性，但是太阳能电池的效率仍低于期望值。为了提高效率，必要的研究和随之而来的制造加工必须在确定的预算内实现。研究和生产需要一定的折衷来维持精妙的平衡，这样才能提高以及降低成本。
1.3 特性研究
1.3.1 等效电路
可以用一个等效电路来模拟太阳能电池的工作状态。在光照保持不变的情况下，一个正在工作的光电池，它的光电流 保持不变，在等效电路中可以用恒电流源来等效它。一部分光电流流过负载，在负载两端形成端电压U。端电压U又正偏于P—N结，从而产生与光电流方向相反的暗电流 。引入串联电阻 和并联电阻 ，构成一个简化的等效电路，如图1-3所示。
摘要
伴随着社会的发展和人们生活水平的改善，人们对能源的需求越来越大。传统能源已经不能满足人们的所有需求，而且传统能源的使用也会产生大量导致环境污染的气体如CO 和SO 等，所以传统的能源利用结构需要改变。新能源的开发和利用逐步成为人们研究的重点。其中，太阳能是新能源中最为引人注目的，它具有无污染，便于采集等优点。
影响太阳能电池特性的因素有很多，其中温度对太阳能特性的影响较为显著。本课题主要研究了温度对太阳能电池特性的影响。
通过分析实验数据，本课题发现：在其他条件保持不变，温度不断增加时，太阳能电池片的短路电流也会不断的增加，太阳能电池片的开路电压则是不断的减少；并且开路电压减少的程度大于短路电流增加程度；单晶硅和多晶硅电池受温度影响的程度大于非晶硅电池受温度影响程度。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:新能源太阳能电池温度
目 录
第一章 绪论 1
1.1 能源背景 1
1.2 太阳能电池 1
1.2.1 太阳能电池的工作原理 2
1.2.2 太阳能电池的应用 3
1.3 特性研究 4
1.3.1 等效电路 4
1.3.2温度特性和光照特性 5
1.3.3负载特性 6
1.4 对影响太阳能电池特性的各种因素的研究现状 7
第二章 温度影响的理论模型 8
第三章 实验验证过程、数据结果及分析 10
3.1 实验目的和实验内容 10
3.2 数据结果和分析 10
3.2.1 温度对单晶硅电池片输出特性影响 10
3.2.2温度对多晶硅电池片的影响 15
3.2.3温度对非晶硅电池片的影响 19
3.3 结论 25
总 结 26
参考文献 27
致 谢 28
第一章 绪论
1.1 能源背景
上个世纪，化石能源为人类的发展带来福祉，人类以使用原油、煤和天然气为主。好几万年之前有太阳能辐射到地球上，其中的一些能源贮存到古植物和古动物中。但是近千年人类社会的发展迅猛，消耗的能源量日趋上涨，尤其是这几百年来，人类对能源的消耗和需求更是一发不可收拾。据可靠统计，地球上相当一部分的化石能源已经被消耗。伴随着社会的不断发展，人类对能源的需求势必持续增长，过不了多久，地球上的化石能源将会被用完 。
因此，新能源的开发对中国的能源结构和生态环境具有重要意义。目前，新能源主要有：太阳能、风能、潮汐能、核能、生物质能和燃料乙醇等等 。这些新能源储藏量大，但是利用效率较低，具有很大的开发潜能。
要减少我国对进口石油的依存，就需要从根本上解决能源供应和利用问题。比如：加强新能源的研发和利用，增大可再生能源的消费比例；必须大力促进能源科技的进步和提高自主创新能力。专家预测：到2050年，我国煤炭消耗量将会从现在的70%下降到40%，新能源所占的比重会增加到30% 。
图1-1 2006年（左）和2050年（右）我国能源利用结构
1.2 太阳能电池
可以把太阳能转变为电能的元器件叫作太阳能电池，也称为光伏电池。把许许多多的光伏电池结合起来，可以组成光伏电池组件，如果再把一些光伏组件和一些储能、控制部件组合起来，那便能构成光伏发电系统 。本章重点讨论太阳能电池的工作原理和应用情况。
1.2.1 太阳能电池的工作原理
太阳能电池是通过半导体P-N结在阳光照射下产生的光生伏特效应来将太阳能直接转换成电能的。
1829年，法国物理学家贝克勒在一次实验中偶然发现了光生伏特效应，将两金属片放入溶液，当有阳光照射时就会产生电势差。这是人们首次发现光生伏特现象。光生伏特效应是指光照射在物质上产生电动势的现象。后来还发现，这种现象不仅发生在液体里，也发生在固体中，而且在半导体中的效率更高。半导体材料制成的太阳能电池就是利用了这种原理，把光能转换成电能。目前的半导体太阳能电池的基本结构大都是pn结。它的结构示意图如图1-2.
图1-2 太阳能电池结构
电子是N型半导体的多数载流子，而空穴是P型半导体的多数载流子。两种载流子浓度有差异的材料接触后，由于多数载流子会从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散，空穴从P型半导体向N型半导体扩散。多子的扩散打破了内部电场的平衡，使得N型带正电荷P型带负电荷。在两种材料之间产生电势差，在临界面附近形成一个电场，即内建电场，也称势垒电场，电场的方向是从N型半导体指向P型半导体。多数载流子在内建电场中扩散时会受到电场力的作用，从而减弱它的扩散。多数载流子向对方扩散的量越多，它的电势差越大，对多数载流子的扩散的阻碍也就越大。最终内建电场将电场内的载流子都扫向两边，因此该区域电阻特别高，所以将它称为阻挡层。如果此时有光照射，原子得到光子的能量后，它的外层电子就会挣脱原子核的束缚，成为一个自由电子，同时由于轨道上缺少一个电子，形成空穴。在内建电场的电场力作用下，自由电子会向N型区移动，空穴会向P型区移动。这种在光照下产生电子空穴对，形成的电场称之为光生电场。它会抵消一部分内建电场，并使得P型材料带正电荷，N型材料带负电荷，两种材料之间形成光生伏特电动势。如果用电极将两极引出，并接一定的负载，则会有电流输出，完成了光能向电能的转换 。
1.2.2 太阳能电池的应用
目前已经提出了利用光伏电池的各种各样的方法。最常见的用途包括：为偏远地区的住房供电和航天器生产电力。其他应用还包括并入公共电网，以减少城市地区的高峰电力需求 。此外，很多其他产品也在制造中嵌入了太阳能电池（如计算器）。
（1）光伏电池在公用电网中的应用
为提升公司的公众形象，有些公司选择了“绿色电力”。谷歌未必需要增强他的公众形象，但它着手修建其总部已反映了这一趋势。谷歌对部分在硅谷的Googleplex总部安装了9000多个太阳能电池板来使用太阳能，产生的电力足够1000个家庭使用。该项目现在正在进行中。此外，2007年12月，在Nellis空军基地，美国政府建立了一个占地140英亩 ，容量达到14MW的太阳能电站，它的硅电池板跟踪太阳旋转。其他国家也使用光伏技术来降低电力费用。2007年4月发行的“技术评论”指出：世界上最大的太阳能发电站之一，将于今冬在阳光照耀的Serpa牧场（葡萄牙南部的一个小镇）投产使用。通用电气是其产权的拥有者，并有加利福尼亚州Berkeley和PowerLight公司运营。在晴朗天气中午的发电高峰期，它可产生11MW电力，足够8000户居民使用。
（2）光伏电池在太空系统中的应用
自1958年以来，太阳能电池以应用于太空。最初，这些太阳能电池都是单晶方阵，效率只有10%。在过去几十年中，单晶硅电池效率据称已达到18%，他们已用于“不严格要求高效率和更好辐射稳定性的III-V族电池的太空任务”。目前，最特殊的光伏电池通常只用在有重要任务的航天器。这主要是因为他们的研究和制造成本非常高。这些电池包括III-V族元素材料制成的三结电池。铟磷（InP）电池也被认为适合太空使用，因为它比砷化镓具有更高的抗辐射能力。
（3）太阳能产品
为了不受电源限制，许多现代产品嵌入了光伏电池。室内产品包括计算器、手表和钟表、蓄电池电器、烟雾报警器、旋转式装置和商店橱窗展示品。户外产品包括道路照明和声控照明装置、喷泉等水演示产品、温室通风和收音机等。非晶硅可以浸渍背包，给具备GPS功能的手机充电，这可以给一个长途徒步旅行爱好者增加一项安全功能。此外，太阳能电池板具有与有色玻璃类似的建筑美学作用。
总之，光伏电池技术已在过去的几十年证实了它的能力。它的发展显示了许多应用的可行性，但是太阳能电池的效率仍低于期望值。为了提高效率，必要的研究和随之而来的制造加工必须在确定的预算内实现。研究和生产需要一定的折衷来维持精妙的平衡，这样才能提高以及降低成本。
1.3 特性研究
1.3.1 等效电路
可以用一个等效电路来模拟太阳能电池的工作状态。在光照保持不变的情况下，一个正在工作的光电池，它的光电流 保持不变，在等效电路中可以用恒电流源来等效它。一部分光电流流过负载，在负载两端形成端电压U。端电压U又正偏于P—N结，从而产生与光电流方向相反的暗电流 。引入串联电阻 和并联电阻 ，构成一个简化的等效电路，如图1-3所示。
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