專題四太陽能電池的參數(shù)課件

1、OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 專題四、太陽能電池的主要參數(shù)專題四、太陽能電池的主要參數(shù) 主講：主講： 光電學院光電學院 鐘鐘 建建 OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 . 提綱提綱 一、太陽能電池的等效電路一、太陽能電池的等效電路 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 一、太陽能電池的等效電路一、太陽能電池的等效電路 (1) .理想的太陽電池等效電路理想的太陽電池等效電路 理想的太陽電池等效電路如圖所示。理想的太陽電池等效電路如圖所示。

2、當連接負載的太陽電池受到光照射時，當連接負載的太陽電池受到光照射時， 太陽電池可看做是產(chǎn)生光生電流太陽電池可看做是產(chǎn)生光生電流Iph的恒的恒 流源。流源。 與之并聯(lián)的有一個處于正偏置下的二與之并聯(lián)的有一個處于正偏置下的二 極管，通過二極管極管，通過二極管P-N結(jié)的結(jié)的漏電流漏電流ID稱為稱為 暗電流暗電流，是在無光照時，由于外電壓作，是在無光照時，由于外電壓作 用下用下P-N結(jié)內(nèi)流過的電流，其方向與光生結(jié)內(nèi)流過的電流，其方向與光生 電流方向相反，會抵消部分光生電流。電流方向相反，會抵消部分光生電流。 OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 一、太陽能電池的等效電路一

3、、太陽能電池的等效電路 (1) .理想的太陽電池等效電路理想的太陽電池等效電路 暗電流暗電流ID表達式為：表達式為： 式中式中 I0反向飽和電流，在黑暗中通反向飽和電流，在黑暗中通 過過P-N結(jié)的少數(shù)載流子的空穴電流和電子電結(jié)的少數(shù)載流子的空穴電流和電子電 流的代數(shù)和；流的代數(shù)和； U等效二極管的端電壓；等效二極管的端電壓； q電子電量；電子電量； T絕對溫度；絕對溫度； A二極管曲線因子，取值在二極管曲線因子，取值在12之間。之間。 因此，因此，流過負載兩端的工作電流為：流過負載兩端的工作電流為： /() 0( 1) qUAkT D IIe /() 0( 1) qUAkT phDph III

4、II e OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 一、太陽能電池的等效電路一、太陽能電池的等效電路 (2) 實際的太陽電池等效電路實際的太陽電池等效電路 太陽電池本身還有電阻，太陽電池本身還有電阻，一類是串聯(lián)一類是串聯(lián) 電阻，另一類是并聯(lián)電阻（又稱旁路電電阻，另一類是并聯(lián)電阻（又稱旁路電 阻）阻）; 串聯(lián)電阻主要是由于串聯(lián)電阻主要是由于半導體材料的體半導體材料的體 電阻、金屬電極與半導體材料的接觸電阻、電阻、金屬電極與半導體材料的接觸電阻、 擴散層橫向電阻以及金屬電極本身的電阻擴散層橫向電阻以及金屬電極本身的電阻 四個部分產(chǎn)生的四個部分產(chǎn)生的Rs; 其中擴散層橫向電

5、阻是串聯(lián)電阻的主其中擴散層橫向電阻是串聯(lián)電阻的主 要形式，串聯(lián)電阻通常小于要形式，串聯(lián)電阻通常小于1； OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 一、太陽能電池的等效電路一、太陽能電池的等效電路 (2) 實際的太陽電池等效電路實際的太陽電池等效電路 太陽電池本身還有電阻，太陽電池本身還有電阻，一類是串聯(lián)一類是串聯(lián) 電阻，另一類是并聯(lián)電阻（又稱旁路電電阻，另一類是并聯(lián)電阻（又稱旁路電 阻）阻）; 并聯(lián)電阻是由于并聯(lián)電阻是由于電池表面污染、半導電池表面污染、半導 體晶體缺陷引起的邊緣漏電或耗盡區(qū)內(nèi)的體晶體缺陷引起的邊緣漏電或耗盡區(qū)內(nèi)的 復合電流等原因產(chǎn)生的旁路電阻復合電流

6、等原因產(chǎn)生的旁路電阻Rsh，一，一 般為幾千歐。實際的太陽電池等效電路如般為幾千歐。實際的太陽電池等效電路如 圖所示。圖所示。 OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 一、太陽能電池的等效電路一、太陽能電池的等效電路 (2) 實際的太陽電池等效實際的太陽電池等效 電路電路 在旁路電阻在旁路電阻Rsh兩端的電壓為兩端的電壓為 Uj=（U+IRs），因此流過旁路電），因此流過旁路電 阻阻Rsh的電流為的電流為Ish=（U+IRs）/Rsh 而流過負載的電流為：而流過負載的電流為： () 0 (1) s q UIR s AkT phDshph sh UIR IIIIIIe

7、 R OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 一、太陽能電池的等效電路一、太陽能電池的等效電路 (2) 實際的太陽電池等效電路實際的太陽電池等效電路 () 0 (1) s q UIR s AkT phDshph sh UIR IIIIIIe R 顯然，太陽電池的串聯(lián)電阻越小，顯然，太陽電池的串聯(lián)電阻越小， 旁路電阻越大，越接近于理想的太陽電旁路電阻越大，越接近于理想的太陽電 池，該太陽電池的性能也越好。池，該太陽電池的性能也越好。 目前的太陽電池制造工藝水平，在目前的太陽電池制造工藝水平，在 要求不很嚴格時，可以認為串聯(lián)電阻接要求不很嚴格時，可以認為串聯(lián)電阻接 近于

8、零，旁路電阻趨近于無窮大，也就近于零，旁路電阻趨近于無窮大，也就 可當做理想的太陽電池看待?？僧斪隼硐氲奶栯姵乜创?。 OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 一、太陽能電池的等效電路一、太陽能電池的等效電路 (2) 實際的太陽電池等效電路實際的太陽電池等效電路 實際的太陽電池等效電路還應實際的太陽電池等效電路還應 該包含由于該包含由于P-N結(jié)形成的結(jié)形成的結(jié)電容和結(jié)電容和 其他分布電容其他分布電容，但考慮到太陽電，但考慮到太陽電 池是直流設(shè)備，通常沒有交流分池是直流設(shè)備，通常沒有交流分 量，因此這些電容的影響也可以量，因此這些電容的影響也可以 忽略不計。忽略不計。

9、 OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) 伏安特性曲線伏安特性曲線 由上式可知，當負載由上式可知，當負載R從從0變到無變到無 窮大時，負載窮大時，負載R兩端的電壓兩端的電壓U和流過的和流過的 電流電流I之間的關(guān)系曲線，即為太陽電池之間的關(guān)系曲線，即為太陽電池 的負載特性曲線，通常稱為的負載特性曲線，通常稱為太陽電池太陽電池 的伏安特性曲線的伏安特性曲線，以前也按習慣稱為，以前也按習慣稱為I -V特性曲線。特性曲線。 () 0 (1) s q UIR s AkT phDshph sh UIR IIIIIIe R

10、 OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) (1) 伏安特性曲線伏安特性曲線 實際上，通常并不是通過計算，而是通實際上，通常并不是通過計算，而是通 過實驗測試的方法來得到。過實驗測試的方法來得到。 在太陽電池的正負極兩端，連接一個可在太陽電池的正負極兩端，連接一個可 變電阻變電阻R，在一定的太陽輻照度和溫度下，在一定的太陽輻照度和溫度下， 改變電阻值，使其由改變電阻值，使其由0（即短路）變到無窮（即短路）變到無窮 大（即開路），同時測量通過電阻的電流和大（即開路），同時測量通過電阻的電流和 電阻兩端的電壓。電阻

11、兩端的電壓。 在直角坐標圖上，以縱坐標代表電流，在直角坐標圖上，以縱坐標代表電流， 橫坐標代表電壓，測得各點的連線，即為該橫坐標代表電壓，測得各點的連線，即為該 電池在此輻照度和溫度下的伏安特性曲線，電池在此輻照度和溫度下的伏安特性曲線， 如圖所示。如圖所示。 OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) (2) 開路電壓開路電壓 在一定的溫度和輻照度條件下，在一定的溫度和輻照度條件下， 太陽電池在空載（開路）情況下的太陽電池在空載（開路）情況下的 端電壓，也就是端電壓，也就是伏安特性曲線與橫伏安特性曲線與橫 坐標

12、的交點所對應的電壓坐標的交點所對應的電壓，通常用，通常用 Uoc來表示。來表示。 OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) (2) 開路電壓開路電壓 對于一般的太陽電池，可近似認為接對于一般的太陽電池，可近似認為接 近于理想的太陽電池，即太陽電池的串聯(lián)近于理想的太陽電池，即太陽電池的串聯(lián) 電阻值為零，旁路電阻為無窮大。當開路電阻值為零，旁路電阻為無窮大。當開路 時，時，I=0，電壓，電壓U即為開路電壓即為開路電壓Uoc， 太陽電池的開路電壓太陽電池的開路電壓Uoc與電池面積與電池面積 大小無關(guān)，一般單晶硅太陽電

13、池的開路電大小無關(guān)，一般單晶硅太陽電池的開路電 壓約為壓約為450600mV，最高可達，最高可達700mV左左 右。右。 00 ln(1)ln phph oc II AkTAkT U qIqI OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) (3) 短路電流短路電流 在一定的溫度和輻照度條件下，太陽在一定的溫度和輻照度條件下，太陽 電池在端電壓為零時的輸出電流，也就是電池在端電壓為零時的輸出電流，也就是 伏安特性曲線與縱坐標的交點所對應的電伏安特性曲線與縱坐標的交點所對應的電 流，通常用流，通常用Isc來表示。來表示

14、。由下式可知：由下式可知： 當當U=0時，時，Isc=Iph。 太陽電池的短路電流太陽電池的短路電流Isc與太陽電池的與太陽電池的 面積大小有關(guān)，面積越大，面積大小有關(guān)，面積越大，Isc越大，一般越大，一般 1cm2的單晶硅太陽電池的單晶硅太陽電池Isc=1630mA。 /() 0 (1) qUA kT phDph IIIIIe OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) (4) 填充因子（曲線因子）填充因子（曲線因子） 填充因子是表征太陽電池性能優(yōu)劣的填充因子是表征太陽電池性能優(yōu)劣的 一個重要參數(shù)，定義為太陽電

15、池的最大功一個重要參數(shù)，定義為太陽電池的最大功 率與開路電壓和短路電流的乘積之比，通率與開路電壓和短路電流的乘積之比，通 常用常用FF(或或CF)表示：表示： 式中式中 IscUoc極限輸出功率；極限輸出功率； ImUm最大輸出功率。最大輸出功率。 1ln(1) mmm scocococ I UqUAkTAkT FF I UqUAkTqU OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) (4) 填充因子（曲線因子）填充因子（曲線因子） 在太陽電池伏安特性曲線圖上，通在太陽電池伏安特性曲線圖上，通 過開路電壓所作垂直線

16、與通過短路電流過開路電壓所作垂直線與通過短路電流 所作水平線和縱坐標及橫坐標所包圍的所作水平線和縱坐標及橫坐標所包圍的 矩形面積矩形面積A，是該電池有可能達到的極，是該電池有可能達到的極 限輸出功率值；限輸出功率值； 通過最大功率點所作垂直線和水平通過最大功率點所作垂直線和水平 線與縱坐標及橫坐標所包圍的矩形面積線與縱坐標及橫坐標所包圍的矩形面積 B，是該電池的最大輸出功率值；，是該電池的最大輸出功率值； 兩者之比，就是該電池的填充因子，兩者之比，就是該電池的填充因子， 即即 FF=B/A。 OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二、太

17、陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) (4) 填充因子（曲線因子）填充因子（曲線因子） 太陽電池的串聯(lián)電阻越小，太陽電池的串聯(lián)電阻越小， 旁路電阻越大，則填充因子越大，旁路電阻越大，則填充因子越大， 該電池的伏安特性曲線所包圍的該電池的伏安特性曲線所包圍的 面積也越大，表示伏安特性曲線面積也越大，表示伏安特性曲線 越接近于正方形，越接近于正方形，這就意味著該這就意味著該 太陽電池的最大輸出功率越接近太陽電池的最大輸出功率越接近 于所能達到的極限輸出功率，因于所能達到的極限輸出功率，因 此性能越好。此性能越好。 OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二

18、、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) (5)最大功率點最大功率點 在一定的太陽輻照度和工作溫度在一定的太陽輻照度和工作溫度 的條件下，伏安特性曲線上的任何一的條件下，伏安特性曲線上的任何一 點都是工作點，工作點和原點的連線點都是工作點，工作點和原點的連線 稱為負載線；稱為負載線； 負載線斜率的倒數(shù)即為負載電阻負載線斜率的倒數(shù)即為負載電阻 RL的值，與工作點對應的橫坐標為工的值，與工作點對應的橫坐標為工 作電壓作電壓U，縱坐標為工作電流，縱坐標為工作電流I。 電壓電壓U和電流和電流I的乘積即為輸出功的乘積即為輸出功 率。率。 OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 二、太陽能電

19、池的主要技術(shù)參數(shù)二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) (5)最大功率點最大功率點 調(diào)節(jié)負載電阻調(diào)節(jié)負載電阻RL到某一值到某一值Rm時，在時，在 曲線上得到一點曲線上得到一點M，對應的工作電流，對應的工作電流Im和和 工作電壓工作電壓Um的乘積為最大，即的乘積為最大，即 則稱則稱M點為該太陽電池的最佳工作點為該太陽電池的最佳工作 點（或最大功率點），點（或最大功率點），Im為最佳工作電流，為最佳工作電流， Um為最佳工作壓，為最佳工作壓，Rm為最佳負載電阻，為最佳負載電阻， Pm為最大輸出功率。為最大輸出功率。 mmax I mm PUP OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中

20、心 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) (5)最大功率點最大功率點 通過伏安特性曲線上的某個工作通過伏安特性曲線上的某個工作 點，作一水平線，與縱坐標相交點為點，作一水平線，與縱坐標相交點為 I；再作一垂直線，與橫坐標相交點；再作一垂直線，與橫坐標相交點 為為U。 這兩條線與橫坐標和縱坐標所包這兩條線與橫坐標和縱坐標所包 圍的矩形面積，在數(shù)值上就等于電壓圍的矩形面積，在數(shù)值上就等于電壓 U和電流和電流I的乘積，即輸出功率。的乘積，即輸出功率。 伏安特性曲線上的任意一個工作伏安特性曲線上的任意一個工作 點，都對應一個確定的輸出功率。點，都對應一個確定的輸出功率。 OLED研

21、發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) (5)最大功率點最大功率點 不同的工作點輸出功率也不一樣，但不同的工作點輸出功率也不一樣，但 總可以找到一個工作點，其包圍的矩形總可以找到一個工作點，其包圍的矩形 （OImMUm）面積最大，也就是其工作電）面積最大，也就是其工作電 壓壓U和電流和電流I的乘積最大，因而輸出功率的乘積最大，因而輸出功率 也最大，該點即為最佳工作點，即也最大，該點即為最佳工作點，即 在此最大功率點，有在此最大功率點，有dPm/dU =0，因，因 此有：此有： /() 0 (1) qUAkT ph PU

22、IU II e 0 (1)1 m qU ph m AkT I qU e AkTI OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) (5)最大功率點最大功率點 由圖看出，如果太陽電池工作在最大由圖看出，如果太陽電池工作在最大 功率點左邊，也就是電壓從最佳工作電壓功率點左邊，也就是電壓從最佳工作電壓 下降時，輸出功率要減少；而超過最佳工下降時，輸出功率要減少；而超過最佳工 作電壓后，隨著電壓的上升，輸出功率也作電壓后，隨著電壓的上升，輸出功率也 要減少。要減少。 通常太陽電池所標明的功率，是指通常太陽電池所標明的功率，是

23、指 在標準工作條件下最大功率點所對應的功在標準工作條件下最大功率點所對應的功 率。率。 OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) (5)最大功率點最大功率點 實際工作時，往往并不是在標準測試實際工作時，往往并不是在標準測試 條件下工作，而且一般也不一定符合最佳條件下工作，而且一般也不一定符合最佳 負載的條件，再加上一天中太陽輻照度和負載的條件，再加上一天中太陽輻照度和 溫度也在不斷變化，所以真正能夠達到額溫度也在不斷變化，所以真正能夠達到額 定輸出功率的時間很少。定輸出功率的時間很少。 有些光伏系統(tǒng)采用有些光伏

24、系統(tǒng)采用“最大功率跟蹤最大功率跟蹤 器器”，可在一定程度上增加輸出的電能。，可在一定程度上增加輸出的電能。 OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) (6) 太陽電池的轉(zhuǎn)換效率太陽電池的轉(zhuǎn)換效率 太陽電池接受光照的最大太陽電池接受光照的最大 功率與入射到該電池上的全部功率與入射到該電池上的全部 輻射功率的百分比稱為太陽電輻射功率的百分比稱為太陽電 池的轉(zhuǎn)換效率，即池的轉(zhuǎn)換效率，即 。 m I / mtin UAP OLED研發(fā)中心 電子科技大學電子科技大學OLED研發(fā)中心研發(fā)中心 二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù)二、太陽能電池的主要技術(shù)參數(shù) (6) 太陽電池的轉(zhuǎn)換效率太陽電池的轉(zhuǎn)換效率 式中式中 Um、Im最大輸出功率點的最大輸出功率點的 電壓、電