[发明专利]绝缘栅型硅光伏电源组件

说明书

技术领域

本发明涉及绝缘栅型硅光伏电源组件，尤其是通过提供一个独立的直流方波电场，为绝缘栅型硅光伏电池提供一个激励调控硅光伏电池半导体表面的电场效应，由感应电荷的多少改变偏置电压使硅光伏电池pn结形成零偏与负偏，使该绝缘栅型硅光伏电池可以直接输出直流脉动波形电流的电源组件。尤其是通过两组串联的绝缘栅型硅光伏电池组对及独立的直流方波电场激励调控电路，组成可交流输出的绝缘栅型硅光伏组件。

背景技术

当前单晶硅、多晶硅光伏电池组件输出的是直流电，并通过专门的逆变电源将硅光伏电池组件输出的是直流电逆变成高压的交流电。硅光伏电池组件中的单晶硅、多晶硅光伏电池的基本结构，都是采用p型半导体、n型半导体所组成具有pn结特征的光伏电池。硅光伏电池的基本结构是一个大面积的光电二极管，当半导体pn结处于零偏或负偏时，在pn结的结合面耗尽区存在一内电场Enp，当有光照时，入射光子将把处于介带中的束缚电子激发到导带，激发出的电子空穴对在内电场Enp作用下，分别飘移到N型区和P型区，当在pn结两端加负载时就有一光生电流流过负载。所以，硅光伏电池必须处于零偏或负偏状态工作，当硅光伏电池处于正偏状态工作时，由于硅光伏电池pn结内电场Enp被外电场抵消，此时硅光伏电池不产生光生电流。当前现有的硅光伏电池都是工作在零偏状态，参看附图1A、图1B所示。

图1A所示的单晶或多晶硅光伏电池是由：表面电极1.1、耗尽区pn结1.2、背面电极1.3、p型半导体1.4、n型半导体1.5所组成。

图1A中E_np是单晶或多晶硅光伏电池在零偏状态时pn结自建电场，I_p是光伏电池输出电流，I_D是单晶或多晶硅光伏电池pn结正向电流。

n型半导体是在本征半导体材料中，掺入杂质使自由电子浓度大大增加，称为n型(电子型)半导体。p型半导体在本征半导体中，掺入杂质使空穴浓度大大增加，称为p型(空穴型)半导体。

硅单晶或多晶硅光伏电池的n型半导体与p型半导体直接接触或通过导体接触，并在接触面形成pn结耗尽区，并在耗尽区载流子扩散形成自建电场E_np，硅光伏电池pn结界面的扩散势垒深度一般为0.05μm-0.5μm，电势一般在0.4V-0.65V。

当入射光子进入硅单晶或多晶硅光伏电池pn结耗尽区，并光子能量大于pn结耗尽区能隙时，光子能量会被吸收，产生高势能的电子和空穴对。电子和空穴对会分别受到自建电场E_np的影响而产生光电流I_p。

图1B中硅光伏电池pn结区载流子扩散自建电场E_np的大小，是由外电场E的大小与方向，来确定光伏电池是处在零偏、负偏或正偏状态下，决定硅光伏电池发电与效率的重要参数。

发明内容

为了使硅光伏电池具有开关波形输出电流与提高转换效率，以及提供一种直接交流输出的硅光伏电源组件。本发明提供一种绝缘栅型硅光伏电池；以及由多个串联绝缘栅型光伏电池组件，通过一个直流方波电场为绝缘栅型硅光伏电池组件提供一个直流方波，调控串联的绝缘栅型硅光伏电池半导体表面的电场效应，由感应电荷的多少改变偏置电压，使每个绝缘栅型硅光伏电池pn结同步形成零偏与负偏电压，使该绝缘栅型硅光伏电池组件可以直接输出直流脉动电流。

尤其是由串联绝缘栅型硅光伏电池组对及直流方波电源电路，直接组成一种可输出交流的绝缘栅型光伏电池组件装置。

实现本发明目的技术方案是：

一种绝缘栅型硅光伏电源组件，包括绝缘栅型硅光伏电池，所述的绝缘栅型硅光伏电池是由p型半导体、n型半导体及两者之间的pn结组成的单晶硅或多晶硅光伏电池，在光伏电池的光辐射面(或称为表面)与背面分别设有表面电极和背面电极，在所述的绝缘栅型硅光伏电池的n型半导体光辐射面的上面依次设有透明减反绝缘膜、透明导电膜；n型半导体光辐射面、透明减反绝缘膜和透明导电膜之间构成一个绝缘栅结，透明导电膜为控制栅级；所述p型半导体背面电极为正电极，N型半导体栅型表面电极为负电极；所述透明导电膜(控制栅级)与p型半导体背面电极之间设有外加电场电压源V1，外加电场电压源V1正电极连接控制栅级，负电极连接p型半导体背面电极。

本发明通过外部电源V1接入绝缘栅型硅光伏电池，外加电源电压范围V1≥V(V是单片硅光伏电池零偏时的开路电压)，电场电源V1是一定频率的直流方波或直流的电压源；绝缘栅结膜厚度≤0.1μm，绝缘栅结膜是采用SiO2或SiN的减反绝缘膜。