太阳能电池伏安特性

1、太阳能电池的伏安特性,?,太阳能电池的工作原理,?,理想太阳能电池等效电路图和伏,安特性曲线,?,实际太阳能电池等效电路图和伏,安特性曲线,?,太阳能电池伏安特性测试和影响,因素,太阳能电池的工作原理,当太阳光照射到太阳能电池上并被吸收时，其中能量大于,电池吸收材料禁带宽度,E,g,的光子把价带中电子激发到导带,上去，形成导带电子，价带中留下带正电的空穴，即电,子,空穴对，通常称它们为光生载流子。导带电子和价,带空穴在不停的运动中扩散到,pn,结的空间电荷区，被该区,的内建电场分离，电子被扫到电池的,n,型一侧，空穴被扫,到电池的,p,型一侧,从而在电池上下两面（两极）分别形成,了正负电荷积累

2、，产生“光生电压”。如果在电池的两端,接上负载，在持续的太阳光照下，就会不断有电流经过负,载，这就是太阳能电池的基本工作原理。,pn,结基本结构,理想太阳能电池的等效电路图,在持续光照条件下，太,阳能电池可看成一恒流,源；黑暗条件下，太阳,能电池是一普通的二极,管，具有整流特性（单,向导电性），可得到理,想太阳能电池的等效电,路图。等效电路中恒流,源与单向导通的二极管,并联，光生电流,J,sc,分流,到二极管上的电流即为,J,dark,对外输出电流为,J,理想太阳能电池的伏安特性方程,J,?,J,sc,?,J,dark,?,J,sc,?,J,0,(,e,qV,k,B,T,?,1,),2,2,J

3、,?,qD,h,n,i,qD,e,n,i,0,L,?,h,N,d,L,e,N,a,太阳能电池,1,）短路状态,当,R,?,0,时，即太阳能电池处于,短路情况下，,此时,V,?,0,，,J,?,J,sc,2,）断路状态,当,R,?,?,时，即太阳能电池出于,断路情况下，此时,J,?,0,J,sc,k,B,T,pn,结两端的电压即为开路,电压,V,oc,，,V,oc,?,ln(,1,?,),q,J,0,3,）外接负载，正常工作状态,理想太阳能电池伏安特性曲线,太阳能电池电流与太阳能电池面积,S,密切相关，即,I=J,S,通常用电流密度,J,(,mA,/,cm,),取代电流,I,2,最佳工作点,(,

4、最大输出功率）,描述太阳能电池的重要参数,1,）最大输出功率,P,m,?,J,m,V,m,2,）填充因子,P,m,J,m,V,m,FF,?,?,J,sc,V,oc,J,sc,V,oc,3,）光电转换效率,P,m,J,m,V,m,?,（,%,）,?,?,，,P,in,表示入射到太阳能电池,上的辐照度,P,in,P,in,材料的禁带宽度直接影响到光能转换为电能的效率，理想,的情况是用,E,g,值介于,1.21.6eV,的材料制作成太阳能电池，,GaAs,和,CdTe,是带隙较为理想的材料,实际太阳能电池的等效电路,对于实际的太阳能电池器件，太阳能电池各层材料、,前表面和背表面电极接触及引线接触等都

5、会引入了,附加电阻，在等效电路中，可将其总效果用串联电,阻,R,s,来表示。,此外，由于电池边沿的漏电和制作金属化电极时，,在电池的微裂纹、划痕等处形成的金属桥漏电等，,使一部分本应通过负载的电流短路，这种影响可用,并联电阻,R,sh,来等效。,J,?,V,sh,sh,SR,sh,J,(,V,),?,J,sc,?,J,dark,?,J,sh,V,sh,?,V,?,SJR,s,实际太阳能电池的伏安特性曲线,J,(,V,),?,J,sc,?,J,0,e,q,V,?,SJ,(,V,),R,S,k,B,T,a,V,?,SJ,(,V,),R,s,?,1,?,SR,sh,串联电阻,R,s,和并联电阻,R,sh,对太阳电池,J-V,曲线的影响,太阳能电池伏安特性测试,太阳能电池伏安特性测试原理：选取合适的太阳模拟器（模拟,光源）作为测试电池的光源。选取阻值可变的负载电阻，通过,改变负载,R,的阻值，同时用两个独立的测试线路分别测量光照条,件下太阳能电池的输出电压,V,和输出电流,I,，得到太阳能电池的,I-V,特性曲线，从曲线上可以得到太阳能电池的开路电压、短路,电流、填充因子和转换效率等特征参数。,1,）要求参考电池和待测电池由同种半导体材料组成，具有相似,的结构和生产工艺,2,）要求模拟光源的光谱成分接近标准光源的光谱