10、太阳能光伏技术：材料、原理与特性解析

太阳能光伏技术：材料、原理与特性解析

1. 太阳能电池性能与光谱敏感性

1.1 温度对太阳能模块性能的影响

太阳能模块的性能会随着温度的升高而下降。在本征半导体中，由于被激发的电子会再次与空穴复合，所以不存在电流。而掺杂半导体则能通过光电效应产生电流。

1.2 光伏材料的光谱敏感性

不同光伏材料的光谱敏感性和带隙有所不同。长波长的光子会因环境温度的能量促使电子流动，而短波光子可能因能量过高而无法被吸收。材料将光转化为电流的能力用响应率来衡量，其计算公式为：
[
\zeta = \frac{Electric\ current}{Irradiance}
]

响应率高度依赖于入射光的波长。太阳光的大部分能量集中在可见光谱中。虽然硅能捕获比人眼更宽的光谱，但它对红外光比对可见光更敏感，因此在转换重要的可见光谱时效率较低。其他III - V族化合物材料，如GaAs、GaInP或GaAsAl，能覆盖更宽的光谱范围，其光谱敏感性与入射太阳光更匹配，从而提高了电池的效率。通过在串联或多结电池中应用两种材料，可以捕获更宽的光谱。

以下是不同光伏材料光谱敏感性的比较：
| 材料类型 | 特点 |
| ---- | ---- |
| 晶体硅 | 单晶硅原子形成规则晶格，响应率较好；多晶硅是一系列晶体，能量转换效率略低 |
| 薄膜 | 包括非晶硅（a - Si）、CdTe、CIS/CIGS等，具有很强的光吸收特性 |
| 多结 | 通过叠加多个吸收层形成多个p - n结，可提高整体效率 |

2. 半导体与光伏材料