【《Micro-Cap软件探究叠层太阳能电池性能影响因素分析》2500字】

Micro-Cap软件探究叠层太阳能电池性能影响因素分析目录TOC\o"1-3"\h\u21950Micro-Cap软件探究叠层太阳能电池性能影响因素分析 1204251.1电路模拟软件介绍 1255371.2叠层太阳能电池等效电路 1284811.3软件模拟与仿真 2198311.4串联电阻对叠层太阳能电池性能影响探究 9276221.5温度对叠层太阳能电池性能影响探究 111.1电路模拟软件介绍Micro-Cap是一款用于模拟和数字电路原理图设计和仿真的软件。该工具为交互式设计和仿真电路提供电子环境。Micro-Cap不断扩展其功能。目前，该软件是一个现代化，简单，用户友好的界面和许多用于模拟电路的强大算法。本文将介绍如何使用Micro-Cap12设计一个太阳能电池等效电路，利用参软件查考该太阳能电池的I-V曲线、P-V曲线以及各个特性参数，并通过设置一系列变量探究太阳能电池性能参数的影响。1.2叠层太阳能电池等效电路叠层太阳能电池可等效为如下电路：图1.1叠层太阳能电池等效电路IL模拟光生电流，二极管D1模拟太阳能电池的P-N结，RS和RSH分别模拟太阳能电池中的串联电阻以及分流电阻。该电路的电流-电压方程为:(1.1)其中：IL=光生电流k=玻尔兹曼常数I0=暗饱和电流T=绝对温度（K）q=电子电荷RS=串联电阻n=理想二极管因数RSH=分流电阻表1.2等效电路基本参数1.3软件模拟与仿真打开Micro-Cap12软件，在空白的页面中添加所需的电器元件，并且用导线连接起来画出如图1.1的叠层太阳能等效电路。图1.2Micro-Cap12绘制等效电路画好等效电路以后开始设置电路图中的各项基本参数，在本文中我们将太阳能电池的参数设为156.75mm×156.75mm硅太阳能电池在标准测试条件下(1.0kWm-2AM1.5,25ºC)的标准参数。如下：IL=9.15Ak=1.38×10-23JK-1I0=2.5×10-10A(25°C条件下)T=25°C（298K）q=1.60×10-19CRS=1.00×10-3Ωn=1.10RSH=100Ω表1.3太阳能电池的标准参数二极管模型选用最简单的$GENERIC模型，将参数设置成如下参数：参数数值描述Level1确定程序如何执行计算IS2.5e-10暗饱和电流(A)N1.1理想因子RS0二极管内电阻(Ω）EG1.11带隙能量(eV)XTI6IS温度指数表1.4二极管标准参数图1.3二极管参数设置我们已经用Micro-cap成功构建了太阳能电池的等效电路，接下来要做的是利用Micro-cap12对电路进行分析。在软件左上方选择Analysis，展开后选择DC（直流）。随后会出现以下对话框，在红线处定义变量，Name为变量名，设为V1，Range是变量的范围和刻度,为方便试图将范围设为0—0.8，增量为0.1。图1.4变量范围设置如下图所示，在对话框底部设置图像的横纵坐标，为便于试图我们将软件的自动尺寸设置关闭功能关闭，然后把两组函数（I-V曲线与P-V曲线，P=I*V）的表达式如下填入，并将X的范围统一设置为0—0.8，增量为0.1；Y的范围设置为0—10，增量为1。图1.5坐标参数设置设置完毕后的对话框如下图所示，单击左上角的Run(运行)即可进行分析。图1.6模拟电路运行得到的图像如下图所示，其中蓝色曲线为太阳能电池的I-V曲线，红色曲线为太阳能电池的P-V曲线。点击图像任意一点即可读取对应曲线上的读数。图1.6I-V曲线和P-V曲线得到I-V和P-V曲线后，我们要利用图像进行一些重要的读数，例如：短路电流（ISC）、开路电压（VOC）、最大功率PMAX以及填充因子（FF）。接下来我们将一一读取。短路电流（ISC）：在上方工具栏中找到如下图所示gotoX选项，将值设置为0，意思是横纵标设置为零，也就是电压为零的时候。点击left，就是左边的读数，9.15A便是该电路的短路电流大小。图1.7短路电流计算开路电压（VOC）：同理利用GotoY功能（就在GotoX的旁边），将y值设置为0，也就是电流为零时，点击Right，右边读数便是电路的开路电压。图1.8开路电压计算最大功率PMAX：在上方工具栏中选中PEAK（峰值）这时候P-V曲线上出现已下读数，横纵坐标的乘积便是最大功率值PMAX。图1.9最大功率计算在已知短路电流ISC、开路电压VOC、最大功率PMAX的条件下，通过公式可求出填充因子FF：(1.2)此外，在已知进入电池的太阳辐射光功率Pin(W/m2ormW/cm2)的情况下，还可以算出能量转换效率η，η是判断太阳能电池质量的重要参数：(1.3)1.4串联电阻对叠层太阳能电池性能影响探究假设条件：理想条件下，不考虑其他物理参量在本实验中设置不同的串联电阻阻值，分别重复以上操作可以得到在不同串联电阻阻值下的I-V曲线和P-V曲线并可以得出相应的短路电流，开路电压，最大功率等参数数值。根据上述公式即可计算出叠层太阳能电池的性能参数。本次实验中设置串联电路的阻值分别为0Ω,0.05Ω，0.1Ω，0.15Ω，0.2Ω实验结论如下：abcde图1.10串联电阻阻值为0、0.05、0.1、0.15、0.2的I-V曲线和P-V曲线图1.11不同串联电阻阻值的I-V曲线和P-V曲线RS(Ω)ISC(A)VOC(V)PM(W)FFȵ09.1500.6955.3090.834822.12%0.056.5970.6941.1640.25421.85%0.13.4140.6920.5930.25112.47%0.152.2290.6920.3970.25741.65%0.21.7250.6920.2990.25051.25%表1.7不同串联电阻的转化效率首先我们可以看出在理想情况下如果串联电阻为零则该叠层太阳能电池的最大功率、填充因子、转化效率均为最大。其次随着串联电阻的增大我们可以从I-V曲线和P-V曲线读出该叠层太阳能电池的短路电流逐渐减小，开路电压基本保持不变。最后从实验结论中可以看出在理想条件下其他物理参数保持不变，随着串联电阻的增大，该叠层太阳能电池的最大工作功率，填充因子，转化效率都会降低。由此我们可以得出结论降低串联电阻的阻值是提高作为第三代超高效薄膜太阳能其中一种的叠层太阳能电池转化效率的有效方法之一。1.5温度对叠层太阳能电池性能影响探究假设条件：理想条件下，不考虑其他物理参量在本次探究中保持太阳能电池除温度以外的其他参数保持不变，继续上述的实验步骤，分别得到不同温度下的I-V曲线和P-V曲线并可以得出相应的短路电流，开路电压，最大功率等参数数值。根据公式1.2，1.3即可计算出叠层太阳能电池的性能参数。本次探究中设置温度值分别为0℃，15℃，25℃，40℃，实验结论如下：abcd图1.12温度为0℃、15℃、25℃、40℃的I-V曲线和P-V曲线图1.13不同温度的I-V曲线和P-V曲线T（℃）ISC(A)VOC(V)PM(W)FFȵ09.1500.7425.6310.838523.72%159.1500.7145.3460.818322.28%259.1500.6955.1540.810521.48%409.1500.6671.8540.795320.23%表1.8不同温度的转化效率通过以上实验我们可以从I-V曲线和P-V曲线看出在理想条件下，不考虑其他物理参量，随着温度的升高叠层太阳能电池的短路电流不发生变化但是开路电压、最大功率、、填充因子、转化效率均会降低。通过本次探究我们可以发现叠层太阳能电池的转化效率与其工作温度息息相关，在一定的条件下我们可以通过降低叠层太阳能电池的工作温度来对其