太陽能電池伏安特性

太陽能電池伏安特性第1頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六太陽能電池的工作原理理想太陽能電池等效電路圖和伏安特性曲線實際太陽能電池等效電路圖和伏安特性曲線太陽能電池伏安特性測試和影響因素第2頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六當(dāng)太陽光照射到太陽能電池上并被吸收時，其中能量大于電池吸收材料禁帶寬度Eg的光子把價帶中電子激發(fā)到導(dǎo)帶上去，形成導(dǎo)帶電子，價帶中留下帶正電的空穴，即電子——空穴對，通常稱它們?yōu)楣馍d流子。導(dǎo)帶電子和價帶空穴在不停的運動中擴散到pn結(jié)的空間電荷區(qū)，被該區(qū)的內(nèi)建電場分離，電子被掃到電池的n型一側(cè)，空穴被掃到電池的p型一側(cè),從而在電池上下兩面（兩極）分別形成了正負(fù)電荷積累，產(chǎn)生“光生電壓”。如果在電池的兩端接上負(fù)載，在持續(xù)的太陽光照下，就會不斷有電流經(jīng)過負(fù)載，這就是太陽能電池的基本工作原理。太陽能電池的工作原理第3頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六pn結(jié)基本結(jié)構(gòu)第4頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六在持續(xù)光照條件下，太陽能電池可看成一恒流源；黑暗條件下，太陽能電池是一普通的二極管，具有整流特性（單向?qū)щ娦裕?，可得到理想太陽能電池的等效電路圖。等效電路中恒流源與單向?qū)ǖ亩O管并聯(lián)，光生電流Jsc分流到二極管上的電流即為Jdark,對外輸出電流為J理想太陽能電池的等效電路圖第5頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六理想太陽能電池的伏安特性方程第6頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六太陽能電池1）短路狀態(tài)2）斷路狀態(tài)3）外接負(fù)載，正常工作狀態(tài)第7頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六理想太陽能電池伏安特性曲線最佳工作點(最大輸出功率）太陽能電池電流與太陽能電池面積S密切相關(guān)，即I=J·S第8頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六描述太陽能電池的重要參數(shù)1）最大輸出功率2）填充因子3）光電轉(zhuǎn)換效率材料的禁帶寬度直接影響到光能轉(zhuǎn)換為電能的效率，理想的情況是用Eg值介于1.2~1.6eV的材料制作成太陽能電池，GaAs和CdTe是帶隙較為理想的材料第9頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六實際太陽能電池的等效電路對于實際的太陽能電池器件，太陽能電池各層材料、前表面和背表面電極接觸及引線接觸等都會引入了附加電阻，在等效電路中，可將其總效果用串聯(lián)電阻Rs來表示。此外，由于電池邊沿的漏電和制作金屬化電極時，在電池的微裂紋、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本應(yīng)通過負(fù)載的電流短路，這種影響可用并聯(lián)電阻Rsh來等效。第10頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六第11頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六實際太陽能電池的伏安特性曲線串聯(lián)電阻Rs和并聯(lián)電阻Rsh對太陽電池J-V曲線的影響第12頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六太陽能電池伏安特性測試太陽能電池伏安特性測試原理：選取合適的太陽模擬器（模擬光源）作為測試電池的光源。選取阻值可變的負(fù)載電阻，通過改變負(fù)載R的阻值，同時用兩個獨立的測試線路分別測量光照條件下太陽能電池的輸出電壓V和輸出電流I，得到太陽能電池的I-V特性曲線，從曲線上可以得到太陽能電池的開路電壓、短路電流、填充因子和轉(zhuǎn)換效率等特征參數(shù)。1）要求參考電池和待測電池由同種半導(dǎo)體材料組成，具有相似的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝2）要求模擬光源的光譜成分接近標(biāo)準(zhǔn)光源的光譜成分，模擬光源必須能在測試平面上射出強度均勻的平行光束，在測試過程中穩(wěn)定3）在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下測試，即大氣質(zhì)量AM1.5,太陽輻照度1000W/m^2，環(huán)境溫度為300K第13頁，共14頁，2