应用光伏学期末考试试卷及答案

应用光伏学期末考试试卷

1、请阐述太阳电池基本工作原理。

答：太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层)，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是PN结。当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。

2、推导因电流在硅太阳能电池顶部扩散层中横向流动所导致的功率损失百分率。

答：依题画草图1，图1中dy区域造成的功率损失由下式求出：

dP=I2dR

□dy/b，I(y)是横向电流。在均匀的光

上式中dR=ρ

照下，I（y）在两条栅线的正中间为零，并且向两侧栅线方向线性增加，在栅线处达到最大。因而于Jby，J为电流密度。 所以总的功率损失为：

I（y）又等

P损失=∫I2dR=∫s/20=J2b2y2ρ□dy/b=J2bρ□s3/24

其中，S是两条栅线的间隔距离。

在最大功率点，产生的功率为

P产生=VmpJmpbs/2

所以功率损失百分率为：

P损失/P产生=ρ

□

s2Jmp/12Vmp

3、根据太阳电池特性，可以采取哪些方法避免光学损失。

①将电池表面顶层的电极面积减到最少 ( 虽然这将导致串联电阻的增加 ) 。

②在电池表面使用减反膜。这层膜通过干涉作用，理论上将膜的上表面的与半导钵界面处反射回来的光相互抵消，其两者的相位差 180 。，所以前者在一定程度上抵消了后者。

③通过表面制绒可以减少反射。任何粗糙的表面能增加反射光再弹回表面的概率，而不是将光直接反射到空气中，这样就减少了反射。

有效的绒面结构，有助于提高电池的性能。由于入射光在硅片表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，其反射率很低，主要体现在短路电流的提高。所谓绒面结构的制备，即利用氢氧化钠稀释液、乙二胺和磷苯二酚水溶液、乙醇胺水溶液等化学腐蚀剂，对硅片表面进行绒面处理。如果以 (100) 面作为电池的表面，经过这些腐蚀液的处理后，硅片表面会出现 (111) 面形成的正方锥。这些正方锥像金字塔一样密布于硅片的表面，肉眼看来像丝绒一样，因此通常称为绒面结构，又称为表面织构化。经过绒面处理后，增加了入射光投射到硅片表面的机会，第一次没有被吸收的光被折射后投射到硅片表面的一晶面时仍然可能被吸收，这样可使反射率减少到 10 ％以内。如果镀上一层减反射膜，还可进一步降低。

④电池背表面 ( 也称后表面 ) 的高反射减少了电池背电极的吸收，使背表面的光线被弹回，再度进入电池而有可能被吸收。如果背面反射体能够完全随机式地打乱反射光的方向，光线可能会因为电池内部的全反射而被捕获在电池内。通过这种陷光方式 ( “陷光”指将光捕获 ) ，最多可以将入射光的路径长度扩大至 4n2( 约 50) 倍，因此光线被吸收的可能性将显著地增加。

太阳能电池对更大波长辐射的转换效率 ( 或者红光响应 ) ，可以通过增加电池“背电场”的方式来改善，也就是降低背表面的复合速率。背电场通常通过加入一个重掺杂区域来实现。比如在电池背面丝网印刷一层铝，这层金属 ( 相当于重掺杂层 ) 与硅体中相对轻掺杂区之间形成一个低复合速率界面。

4、阐述太阳能光伏发电系统中防反充二极管、逆变器、控制器的作用。

防反充二极管其作用是避免由于太阳能电池阵列在阴雨天和晚上不发电时或出现断路故障时，蓄电池组通过太阳能电池阵列放电。

逆变器其作用是将直流电转变为交流电。

控制器其作用则是对蓄电池过放电和过充电进行保护。

5、太阳能光伏发电系统对蓄电池的基本要求有哪些？并阐述铅酸蓄电池的基本原理。

太阳能光伏发电系统对蓄电池的基本要求： ① 自放电率低； ② 使用寿命长； ③ 深发电能力强； ④ 放电效率高； ⑤ 少维护或免维护； ⑥ 工作温度范围宽； ⑦ 价格低廉。

酸蓄电池的电化学反应原理：

酸蓄电池的电化学反应原理就是充电时将电能在电池内储存起来，放电时将化学能转化为电能供给外系统，其充电和放电是通过电化学反应完成的，上图为铅蓄电池电化学反式。

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