太阳电池效率与串联电阻的近似指数关系

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太阳能电池特性测量实验报告

竭诚为您提供优质文档/双击可除太阳能电池特性测量实验报告篇一：实验报告--太阳能电池伏安特性的测量实验报告姓名：张伟楠班级：F0703028学号：5070309108实验成绩：同组姓名：张家鹏实验日期：08.03.17指导教师：批阅日期：太阳能电池伏安特性的测量【实验目的】1.了解太阳能电池的工作原理及其应用2.测量太阳能电池的伏安特性曲线【实验原理】1．太阳电池的结构以晶体硅太阳电池为例，其结构示意图如图1所示．晶体硅太阳电池以硅半导体材料制成大面积pn结进行工作．一般采用n+/p同质结的结构，即在约10cm×10cm面积的p型硅片（厚度约500μm）上用扩散法制作出一层很薄（厚度~0.3μm）的经过重掺杂的n型层．然后在n型层上面制作金属栅线，作为正面接触电极．在整个背面也制作金属膜，作为背面欧姆接触电极．这样就形成了晶体硅太阳电池．为了减少光的反射损失，一般在整个表面上再覆盖一层减反射膜．图一太阳电池结构示意图2．光伏效应图二太阳电池发电原理示意图当光照射在距太阳电池表面很近的pn结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度eg，则在p区、n区和结区光子被吸收会产生电子–空穴对．那些在结附近n区中产生的少数载流子由于存在浓度梯度而要扩散．只要少数载流子离pn结的距离小于它的扩散长度，总有一定几率扩散到结界面处．在p区与n区交界面的两侧即结区，存在一空间电荷区，也称为耗尽区．在耗尽区中，正负电荷间形成一电场，电场方向由n区指向p区，这个电场称为内建电场．这些扩散到结界面处的少数载流子（空穴）在内建电场的作用下被拉向p区．同样，如果在结附近p区中产生的少数载流子（电子）扩散到结界面处，也会被内建电场迅速被拉向n区．结区内产生的电子–空穴对在内建电场的作用下分别移向n区和p区．如果外电路处于开路状态，那么这些光生电子和空穴积累在pn结附近，使p区获得附加正电荷，n区获得附加负电荷，这样在pn结上产生一个光生电动势．这一现象称为光伏效应（photovoltaiceffect,缩写为pV）．3．太阳电池的表征参数太阳电池的工作原理是基于光伏效应．当光照射太阳电池时，将产生一个由n区到p区的光生电流Iph．同时，由于pn结二极管的特性，存在正向二极管电流ID，此电流方向从p区到n区，与光生电流相反．因此，实际获得的电流I为（1）式中VD为结电压，I0为二极管的反向饱和电流，Iph为与入射光的强度成正比的光生电流，其比例系数是由太阳电池的结构和材料的特性决定的．n称为理想系数（n值），是表示pn结特性的参数，通常在1~2之间．q为电子电荷，kb为波尔茨曼常数，T为温度．如果忽略太阳电池的串联电阻Rs，VD即为太阳电池的端电压V，则（1）式可写为（2）当太阳电池的输出端短路时，V=0（VD≈0），由（2）式可得到短路电流即太阳电池的短路电流等于光生电流，与入射光的强度成正比．当太阳电池的输出端开路时，I=0，由（2）和（3）式可得到开路电压（3）当太阳电池接上负载R时，所得的负载伏–安特性曲线如图2所示．负载R可以从零到无穷大．当负载Rm使太阳电池的功率输出为最大时，它对应的最大功率pm为（4）式中Im和Vm分别为最佳工作电流和最佳工作电压．将Voc与Isc的乘积与最大功率pm之比定义为填充因子FF，则（5）FF为太阳电池的重要表征参数，FF愈大则输出的功率愈高．FF取决于入射光强、材料的禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电阻等．太阳电池的转换效率η定义为太阳电池的最大输出功率与照射到太阳电池的总辐射能pin之比，即（6）图三太阳电池的伏–安特性曲线4．太阳电池的等效电路图四太阳电池的等效电路图太阳电池可用pn结二极管D、恒流源Iph、太阳电池的电极等引起的串联电阻Rs和相当于pn结泄漏电流的并联电阻Rsh组成的电路来表示，如图3所示，该电路为太阳电池的等效电路．由等效电路图可以得出太阳电池两端的电流和电压的关系为（7）为了使太阳电池输出更大的功率，必须尽量减小串联电阻Rs，增大并联电阻Rsh．【实验数据记录、实验结果计算】◆实验中测得的各个条件下的电流、电压以及对应的功率的表格如下：表11.根据以上数据作出各个条件下太阳能电池的伏安特性曲线2.各个条件下，光伏组件的输出功率p随负载电压V的变化【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】◆各个条件下太阳能电池的伏安特性曲线图的分析与讨论从图中的曲线可以明显看出：1.光照距离越近，也即是光强越大，电池产生的电动势越大（但不能断定是否有上界）；2.研究电动势的大小，两个电池并联，电动势几乎不变，电池串联，电动势大致增大一倍；3.研究电池电阻的大小，在I-V图里，函数线越陡，电阻越小，函数线越平坦，电阻越大。

物理实验竞赛太阳能电池板光能转化效率的测定优秀PPT

U I 2．当太阳能电池接上负载电阻后，太
关系，画出曲线图。 4 mW,短路电流 ISC =2.
U I 在没有光照时, 可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压与通过的电流的关系为
由于数据本身就比较小,数据估读时存在较大误差,导致实验结果不太理想。
值越大,说明太阳能电池对光的利用率越高）。
（3〕测量短路电流 I 和开路电压不同值时，相应的和的值。
将所吸收的光子的能量转化为电能。在
没有光照时, 可将太阳能电池视为一个
二极管,其正向偏qU 压与通过的电流的关
系为
I I0 e nKT 1
（1）
其中是二q 极管的反向饱和电流,是理想二极管n参K T 数,理论值为1。是玻尔兹曼常
2．当太阳能电池接上负载电阻后，太阳能电池的输出电压和电流随着负载电阻的变化而变化，当负载电阻 R=Rm时，太阳能电池的输出功率为最大即最大功率，对应电压和电流，可知 Pm=ImUm
电池距离保持为201 cm
图一
（1〕如图一连接电路图
若入射光最大光强为J0 ,改变后光照强度为J ,测量不同相对光照强度J/ J0 下的 ISC和 UOC, 得到 ISC和J/ J0 呈线性关系,如下图; UOC
和 J/ J0近似呈指数函数关系,如图所示.
（2〕测量电池在不同负载电阻下，对变化 4 mW,短路电流 ISC =2.
的工作研究打下基础。
【实验目的】
1. 了解无光照时测量太阳能电池的伏安 2. 特性曲线 3. 2. 测定太阳能电池的最大输出功率及
填 4. 充因子，得出太阳能电池的光电转
化 5. 效率。
【实验仪器】
光具座、滑块电阻箱
【实验原理】

太阳能电池效率的影响因素分析

太阳能电池效率的影响因素分析郝华丽;刘文富【摘要】太阳能电池作为光伏发电系统的核心单元，其能量转换效率和成本的高低直接影响光伏发电系统的应用。

如何提高效率，降低成本是光伏技术工作者的核心任务之一。

太阳能电池的转换效率是由其输出参数开路电压、短路电流和填充因子决定的。

通过分析材料的禁带宽度、少数载流子寿命、表面复合、温度、寄生电阻等对其输出参数的影响规律，最终得到其对太阳能电池效率的影响规律，并针对性地提出提高效率的方法，对太阳能电池的发展与应用将具有一定的推动作用。

%Solar cell as the core unit in photovoltaic power generation system. Its energy conversion efficiency and cost di⁃rectly affects the application of photovoltaic power generation system. How to improve efficiency and reduce costs is one of the core tasks of photovoltaic technology workers. Conversion efficiency of the solar cell is determined by its output parameters (open circuit voltage,short circuit current and fill factor). According to the analysis on influence of material band gap,life of minority carriers,temperature and parasitic resistance on output parameters,the rule that influence the efficiency of solar cells was obtained. The methods to improve the efficiency of solar cells are proposed. This will have a certain role in the development and applications of solar cells.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】3页(P156-158)【关键词】太阳能电池;能量转换效率;影响因素;光伏发电系统【作者】郝华丽;刘文富【作者单位】黄淮学院电子科学与工程系，河南驻马店 463000;黄淮学院电子科学与工程系，河南驻马店 463000【正文语种】中文【中图分类】TN911-34近年来，太阳能发电由于具有清洁、无污染，对环境友好等优点越来越受到社会关注，但其市场占有率还很低，究其原因是效率低并且成本高，对于成本相对低廉的多晶硅太阳能电池来说，其平均价格为1.2元 W，与目前的火力发电成本来比还是较高。

晶体硅光伏组件的衰减研究

标称值 42.6 2.82 15.1 3.02 20.8 0.68
2.2 1987 年产单晶硅组件
破损，无明显的腐蚀现象，背板材料平整，
该批组件共计 50 块，由 BP Solar 于无开裂。由于在市区使用，组件表面污染
1987 年生产，安装与通信基站，后拆除安严重（包括粘结性积灰和油污），无法清
０１０２０．３
０４
64
川Ｖ１
第 14 届中国光伏大会（CPVC14）论文集
（3）并联内阻 Rsh 对 I-V 的影响图 5 各项因子对组件 I-V 特性曲线的影响 [8]
表 5 为本文所统计的不同年限组件单晶硅与多晶硅组件的衰降比例，下面将逐一分析各种组件的衰降原因。
从表 5 可以看出 Solarex 多晶硅组件衰减主要来源于短路电流 Isc 和最大功率点电流 Im 的衰减，而填充因子、Vm 略微上升和 Voc 相对下降，我们认为是测试带来的误差或组件在老化过程中带来的一些
2.4 2010 年产多晶硅组件
了逆变器之外采用统一规格组件、统一以
该批组件共计 30 块，由 Kyocera 生产，采 22°倾角安装，安装地址位于广东顺德。截
用了三种安装方式[1-2]，分别是：微逆变器至目前组件外观良好。组件原始标称值如
系统、电源优化器系统和组串式逆变器系表 4 所示。
统。这三个系统于 2010 年安装至今，除
2009 96 87.7 109.5 90.6 97.7 108 Solarex 144
2014 94.6 86.2 109.9 88.8 98.8 108
BP Solar
2009 91 96.3 94.6 94.6 97.8 98 12

太阳能电池的原理与特性

简述太阳能电池的原理与特性一、太阳能电池的基本工作原理太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器才能变换成为电能。

这个把太阳能（或其他光能）变换成电能的能量转换器，就叫做太阳能电池。

太阳能电池工作原理的基础，是半导体p－n 结的“光生伏打”效应。

所谓光生伏打效应，简单地说，就是当物体受到光照时，其体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。

在气体、液体和固体中均可产生这种效应，但在固体尤其是在半导体中，光能转换为电能的效率特别高。

因此半导体中的光电效应引起人们的格外关注，研究得最多，并发明制造出了半导体太阳能电池。

可将半导体太阳能电池的发电过程概括成如下4点：（1）首先是收集太阳光和其他光使之照射到太阳能电池表面上。

（2）太阳能电池吸收具有一定能量的光子，激发出非平衡载流子（光生载流子）—电子－空穴对。

这些电子和空穴应有足够的寿命，在它们被分离之前不会复合消失。

（3）这些电性符号相反的光生载流子在太阳能电池p-n 结内建电场的作用下，电子- 空穴对被分离，电子集中在一边，空穴集中在另一边，在p－n 结两边产生异性电荷的积累，从而产生光生电动势，即光生电压。

（4）在太阳能电池p-n 结的两侧引出电极，并接上负载，则在外电路中即有光生电流通过，从而获得功率输出，这样太阳能电池就把太阳能（或其他光能）直接转换成了电能。

下面以单晶硅太阳能电池为例，对太阳能电池的基本工作原理进行具体阐述。

众所周知，物质的原子是由原子核和电子组成的。

原子核带正电，电子带负电。

电子就像行星围绕太阳转动一样，按照一定的轨道绕着原子核旋转。

单晶硅的原子是按照一定的规律排列的。

硅原子的外层电子壳层中有4 个电子。

每个原子的外壳电子都有固定的位置，并受原子核的约束。

它们在外来能量的激发下，如在太阳光辐射时，就会摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并同时在原来的地方留出一个空位，即空穴。

由于电子带负电，空穴就表现为带正电。

电子和空穴就是单晶硅中可以运动的电荷。

硅太阳能电池串联电阻的一种估算新方法

2008年5月电工技术学报Vol.23 No. 5 第23卷第5期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY May 2008 硅太阳能电池串联电阻的一种估算新方法廖志凌1, 2阮新波1（1. 南京航空航天大学航空电源重点实验室南京 2100162. 江苏大学电气信息工程学院镇江 212013）摘要硅太阳能电池等效串联电阻会影响其正向伏安特性和短路电流，而对开路电压没有影响，另外串联电阻的增大会使太阳能电池的填充因子和光电转换效率降低。

研究计算太阳能电池串联电阻具有重要的实际意义。

提出一种估算太阳能电池串联电阻的新方法，利用太阳能电池生产厂商提供的在标准测试条件下的四个技术参数（短路电流I sc，开路电压V oc，最大功率点电流I m和电压V m）进行计算，同时通过引入相应补偿系数来考虑太阳光强和电池温度变化时对串联电阻的影响。

理论估算结果与实验测量结果比较，两者误差在工程应用允许的精度6%以下。

关键词：硅太阳能电池光伏发电串联电阻估算方法中图分类号：TK513A New Method on Computing Series Resistance of Silicon Solar CellsLiao Zhiling1, 2 Ruan Xinbo1（1. Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing 210016 China2. Jiangsu University Zhenjiang 212013 China)Abstract The equivalent series resistance of silicon solar cell can influence its straight volt-ampere property and short-circuit current, but have no influence on open-circuit voltage. Moreover, the increase of series resistance can reduce the solar cell’s fill factor and conversion efficiency.Research on computing the series resistance of silicon solar cell has the important meaning. A new method on computing series resistance of silicon solar cells is proposed, which uses only four electrical parameters (the short-circuit current I sc, the open-circuit voltage V oc, the current of maximum power point I m, the voltage of maximum power point V m) under standard test conditions provided by manufacture. And the influence of variational solar radiation and solar cell temperature on series resistance of solar cell is taken into account with three additional compensation parameters. According to the comparison between theoretic computing datum and experimental datum of silicon solar cells, the result is satisfactory and the difference is found to be less than 6 percent.Keywords：Silicon solar cell，photovoltaic，series resistance，computing method1引言当今世界能源结构是以煤炭、石油和天然气等化石能源为主体，而化石能源是不可再生能源，大量耗用终将枯竭。

第二章光伏电池模型及MPPT技术原理

第二章光伏电池模型及MPPT技术原理光伏电池是能够将太阳光能转化为电能的电子器件，其输出功率尤其受光照强度、电子器件温度的阻碍。

为了将太阳能最大限度地转化为电能，提高光伏电池的光电转化效率，对光伏电池的最大功率点跟踪那么是光伏发电系统的关键技术之一。

为了进行最大功率点跟踪，必需对光伏电池的工作原理和特性进行详尽的研究，了解其是如何将太阳光能转化为电能，其转化进程受哪些因素的阻碍，和如何提高光电转化的效率。

基于此，研究光伏电池的工作特性势在必行。

一、太阳能光伏电池模型一、光伏电池的工作原理光伏电池的大体结构是PN结，当受到外界光照时，PN结会产生电动势，这种现象就称为光生伏特效应。

当太阳光照射到光伏电池表面时，一部份光子被反射归去，如光子1；一部份光子会在离PN结较远的地址被吸收，如光子2，它们在复合还原的进程中无法产生电动势；一部份光子因其本身动能较小，在刚进入PN结时，就被吸收，无法产生电动势，而且会使光伏电池本身的温度升高，如光子3；还有一部份光子在射入光伏电池没有被吸收，如光子4；而真正产生电动势的是那些在PN结周围被吸收的光子，如光子5；在PN结内部原子的价电子受到太阳光子的激发产生处于非平稳状态的空穴-电子对，在PN结内部形成势垒电场，现在，咱们能够把空穴明白得为正电荷，电子明白得为负电荷，当空穴-电子对处在势垒电场时，会受到电场力的作用，使得空穴向P区漂移，而电子那么向N区漂移，至此，在PN结周围会形成一个与势垒电场相反的光生电场。

光生电场的一部份与势垒电场相抵消，另一部份那么使得P区带正电，N 区带负电，而在P区和N区之间，就产生了电动势，只要在外部接上负载，即能够向负载输出直流电，形成一个小小的直流电源，使负载取得电能。

以上的整个进程确实是光生伏特效应，而这一样也是光伏电池的大体工作原理。

图2-1 PN结受光照激发空穴-电子对图图2-2 光伏电池的光生伏特效应图二、光伏电池模型光伏电池模型有两类，一类是物理模型，另一类是外部特性模型。

太阳能电池等效电路分析

•太阳能电池等效电路分析•引言太阳能电池是利用光伏效应直接将光能转换为电能的器件。

其理想等效电路模型是一个电流源和一个理想二极管的并联电路，其输出特性可以用J—V曲线图表示。

如图1(略）。

在实际器件中，由于表面效应、势垒区载流子的产生及复合、电阻效应等因素的影响,其电流电压特性与理想特性有很大差异，这是因为理想模型不能正确反映实际器件的特点。

实际模型采用串联电阻及并联电阻来等效模拟实际器件中的各种非理想效应的影响。

本文针对太阳电池的等效电路模型，利用Matlab软件建立了仿真模块，模拟了太阳电池各输出参数受其内部电阻影响的程度。

太阳能电池等效电路分析实际太阳电池等效电路如图2所示，由一个电流密度为JL的理想电流源、一个理想二极管D和并联电阻Rsh,串联电阻Rs组合而成。

Rsh为考虑载流子产生与复合以及沿电池边缘的表面漏电流而设计的一个等效并联电阻，Rs为扩散顶区的表面电阻、电池体电阻及上下电极之间的欧姆电阻等复合得到的等效串联电阻。

太阳电池两端的电压为V，流过太阳电池单位面积的电流为J。

由图2可以得出其电流电压关系（公式略）：式中，Js-—二极管反向饱和电流密度。

当太阳电池两端开路时,即负载阻抗为无穷大时，通过太阳电池的净电流J为零,此时的电压为太阳电池的开路电压VOC。

在（1)式中令J=0，则有(公式略)(2）式表明,开路电压不受串联电阻Rs，的影响,但与并联电阻Rsh有关。

可以看出，Rsh减小时，开路电压VOC会随之减小。

太阳电池两端短路即负载阻抗为零时，电压V为零,此时的电流为短路电流密度Jsc.在(1）式中令V=0，并且考虑到一般情况下R 〈<Rsh，(1）式可化为（公式略）由上式可以看出，短路电流基本与Rsh无关,但受Rs,的影响，随着Rs的增大，Js会减小。

太阳电池输出特性仿真以上定性分析了太阳电池等效电路中串联电阻和并联电阻对其伏安特性的影响，并讨论了短路电流和开路电压与电池内部的并联电阻及串联电阻之间的关系。

太阳能电池样板-实验报告

一、测量光照状态下太阳能电池的短路电流Isc,开路电压Uoc、最大输出功率Pmax，最佳
根据图示曲线，找出Pmax=6.664mW，由公式Ff=Pmax/(IscUoc)可得：Ff=0.58
二、测量太阳能电池无光照的伏安特性
图二正向偏压与电流关系图
根据实验数据处理要求，作出I-U关系曲线，经过拟合，得出相应的指数函数如图所示。

取拟合曲线上两点，根据公式（1）计算I0，取点（0.41,194.04）和（0.57,735）
最终解得I0=1.13uA
三、测量太阳能电池短路电流、开路电压与光强关系
图三不同光强下U-I关系曲线
由图三可知，随光强增大，开路电压和短路电流也不断增大，但趋于平缓，光强很大时，开路电压与光强几乎无关。

四、不同光照角度下的开路电压与短路电流
由图可知随角度增大，太阳能电池功率逐渐减小，角度增大越多，功率较小速度越快。

由表格可知，串联电压为两电池板电压之和，适合较高电压场合。

并联时短路电流为两板之和，适用于较高电流的场合。

太阳能串联间距要求

太阳能电池板的串联间距是指太阳能电池板安装在支架上时，电池板之间的水平和垂直间距。

串联间距的确定通常需要考虑到阴影遮挡、通风散热、安装结构等多个因素。

以下是一些建议和一般性原则：
1. 阴影遮挡：太阳能电池板串联间距的设计应避免阴影相互遮挡。

如果电池板之间的间距太小，一个电池板的阴影可能会影响相邻电池板的光照，降低整个系统的发电效率。

2. 通风散热：适当的串联间距有助于太阳能电池板之间的通风散热，防止过热对发电效率的不利影响。

通过良好的通风，可以有效降低太阳能电池板的工作温度，提高系统的发电效率。

3. 安装结构：串联间距的设计也需要考虑支架或安装结构的特性。

确保支架能够稳固支撑电池板，并满足抗风荷载等要求。

4. 最佳倾斜角度：如果电池板采用倾斜式安装，间距的设计还需要考虑最佳的倾斜角度，以获得最大的太阳辐射。

5. 地面使用和屋顶使用的区别：在太阳能电站的地面使用和屋顶使用中，串联间距可能有所不同。

地面使用通常可以设置较大的间距，而屋顶使用可能需要更小的间距，以充分利用有限的空间。

具体的串联间距要求可能会因太阳能电池板的型号、安装方式、地理位置和工程规模而有所不同。

在实际的太阳能电站设计和建设中，建议根据具体的项目情况进行优化设计，可以借助光照模拟软件等工具进行精确计算。

此外，应当遵循当地相关的建筑和电气规范，以确保系统的安全性和合规性。

太阳能电池基本特性研究实验数据

五：数据记录与处理
1
表一负载电压和电流记录表
由图可知，短路电流随开路电压的增大而增大，曲线近似于指数曲线。

在做实验过程中可能由于实验误差导致。

没有接近于理想二极管。

求I o 和B ：
在图中取两点A （,）B （,）
带入公式)1(-=βμe I I o j 可得方程组 =I o （μ—1） =I o （μ—1）
解方程组可得：I o = β= 所以经验公式为：)1(5.702.0-=μ
e
I j
3:
表三不同光强下太阳能电池开路电压及短路电流
有曲线可知，在不通光照下，随光照的增强，开路电压和短路电流也随之增强。

短路电流呈线性变化，开路电压开始增加较快，后趋于水平。

求OC SC U I 和：
在图中取两点A （,1）B （,2）带入)1ln(1
O
SC
OC I I U +
=
β
可得方程组： )00.11ln(1
90.1O
I +
=
β
)00
.21(ln 122.2O I +=β
解方程组可得 I= β=
所以，)0392
.001ln 29.4SC
OC OC SC I U U I +
=（：之间的近似函数关系为和
4:
表四不同角度光照下电池开路电压及短路电流
在一定光照下随角度的逐渐增大,太阳能电池的输出功率逐渐减小。

5:
因为电阻不是无限大，开路电压实际是有电流通过的；因为总电阻不为零，短路电流也不是理论中的无限大。

太阳电池填充因子与并联电阻的指数关系

Ｒ分别为串、并联电阻，＝是热电压。
在理想情况下，ｎ＝１，令Ｒ＝０，（１）式为
，：一，０［ｅｘｐ（）一］－Ｖ
开路情况下，Ｉ＝０，可求出反向饱和电流Ｉ。是开路电压、光生电流和并联电阻的函数，有
２结论
不考虑串联电阻的影响，用Ｍａｔｌａｂ对太阳电池的Ｉ — Ｖ方程进行数值分析，可得到填充因子随并联电阻增大而增大并逐渐趋缓的经验指数关系。
参考文献：
［Ｉ］ＢＯＵＺＩＤＩＫ，ＣＨＥＧＡＡＲＭ，ＢＯＵＨＥＭＡＤＯＵＡ．Ｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｃｏｎｓｉｄｅｉｒｎｇｔｈｅｓｅｒｉｅｓａｎｄｓｈｕｎｔｒｅ — ｓｉｓｔａｎｃｅ［Ｊ］．ＳｏｌａｒＥｎｅｒｇｙＭａｔｅｉｒａｌｓａｎｄＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ，２００７，９１（１８）：１６４７－１６５１．［２］［３］
太阳电池填充因子与并联电阻的指数关系
魏晋云
（云南师范大学太阳能研究所，云南昆明６５００９２）摘要：太阳电池的并联电阻对其填充因子有显著的影响。忽略串联电阻，从太阳电池的Ｉ — Ｖ特

太阳能电池伏安特性曲线的拟合方法研究

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第22期·21·文章编号：2095－6835（2020）22－0021－03太阳能电池伏安特性曲线的拟合方法研究＊顾锦华1，王皓宁2，龙浩2，钟志有2，陈首部2（1.中南民族大学实验教学与实验室管理中心，湖北武汉430074；2.中南民族大学电子信息工程学院，湖北武汉430074）摘要：基于太阳能电池的测试数据，采用单指数函数法、双指数函数法和傅里叶级数法分别对电池的伏安特性曲线进行最小二乘法拟合，通过误差分析研究了不同方法对伏安曲线拟合精度的影响。

结果表明，傅里叶级数法的平均相对误差和最大相对误差均明显低于指数函数法，在整个拟合范围内具有非常高的精度。

关键词：太阳能电池；伏安特性；模型；拟合精度中图分类号：TM914文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.22.008作为一种可再生的环保友好型电源，太阳能电池自从问世以来一直受到各国政府的高度重视[1-4]。

为了进一步提高太阳能电池的光伏性能、更快地拓展太阳能的应用市场，人们对其进行了全面而系统的研究，有力地推动了太阳能电池的迅速发展[5-7]。

由于太阳能电池的伏安特性关系是分析光伏系统的一项重要技术数据，同时也是研究电池性能指标及其模型参数的基础，因此准确确定太阳能电池的伏安特性曲线对于其性能研究及其优化具有非常重要的意义。

MATLAB 是美国MathWorks 公司推出的、当前普遍使用的一款科学计算软件，它不仅具有简单易学、运算效率高等优点，而且还具有非常强大的数值计算能力和可视化功能[8-13]，因此被广泛应用于器件建模、图像处理、数值仿真、模拟计算、量化分析等科研和教学领域[14-23]。

本文将基于测试的太阳能电池实验数据，利用MATLAB 编程进行最小二乘法拟合，对比研究了不同方法对伏安特性曲线拟合效果的影响。

单晶硅太阳电池的温度和光强特性

单晶硅太阳电池的温度和光强特性摘要:利用闪光式电池测试仪在不同温度和光强条件对单晶硅太阳电池进行了测试.研究发现,当温度在25~65℃时,单晶硅太阳电池光照特性的主要参数随着温度呈线性变化.随着温度的升高,短路电流有小幅度上升,填充因子下降,开路电压的降幅达到2.3mV/℃,效率降幅高于0.075%/℃.当光强为340.1~4251.2W/m2时,开路电压随着光强的增加呈指数关系增加,效率随着光强的增加先增加后减小,最大效率值16.67%出现在光强为952.7W/m2的情况下,填充因子随着光强的增加减小,串联内阻的影响可以解释效率和填充因子下降的现象,在聚光条件下太阳电池的峰值功率得到显著提高.关键词:太阳电池;温度特性;光强特性晶体硅太阳电池在如今的光伏市场中占据了绝对主导的地位,而且这一地位在今后很长一段时间内不会改变,因此提高晶体硅太阳电池效率,降低生产成本,使晶体硅太阳电池能与常规能源进行竞争成为现今光伏时代的主题.在标准状况(25,1000W/m2)下晶体硅太阳电池的最高效率是由新南威尔士大学保持的24.7%.尽管多年来相关研究人员不断努力,希望进一步提高晶体硅太阳电池的效率,但是这一记录到目前为止还没有被刷新.由此可见,要想提高即使是0.1%的效率是多么的困难.但是,太阳电池的效率会随着温度和光强等应用条件的变化而发生变化.如果晶体硅太阳电池在不合适的条件下工作,1%效率很可能就损失掉了,因此从应用的角度保持或者提高晶体硅太阳电池效率也很重要.本文用闪光式电池测试仪在不同温度和光强条件下对单晶硅太阳电池进行了测试,并分析了其温度和光强特性,以优化太阳电池的应用.1实验装置和方法实验中所采用的太阳电池为长条状的普通结构的单晶硅太阳电池,主要测试设备为德国Optosolar公司的闪光式太阳电池测试仪,实验装置简图如图1所示.利用温控设备控制承载电池片的载物台的温度,可以改变被测电池的温度.该设备采用的是闪光光源,光强每次都不一样,为了研究在不同温度下电池的电性能,需要通过软件设置将光强修正到一定的光强常数值.本实验将光强修正到1000W/m2,温度变化范围为25~65℃(太阳电池在一般情况下在此温度范围内工作).光强的改变主要通过两种方式实现:一是改变闪光源的实际光强,此时光强不作修正,采用实际值;二是改变被测电池和闪光源之间的距离.因为参考电池固定在载物台上,不方便移动,而且电池测试仪给出的结果只是参考电池的光强,因此被测电池的实际光强值只能通过理论计算求出.计算的方法是:在距离改变前,拟合太阳电池的短路电流I SC和光强的线性关系;在距离改变后,被测电池的实际光强通过实测的I SC外推进行计算.实际上,与光强成线性关系的应是光生电流,光强增大会使光子数目增加,光生载流子随之增加.但是在低倍聚光的条件下,认为I SC与光强成线性关系是很好的近似.将被测电池移动后,不方便控制其温度,可以通过空调进行小范围调节,为了排除温度的影响,在测试时需要将温度修正到固定值.当然可以通过既调整闪光光强又调整距离来实现光强更大范围内的变化.本实验测量了室温(27℃)下的单晶硅太阳电池的光强特性.2实验结果及分析2.1温度特性、开路电压V OC、填充因子FF和效率单晶硅太阳电池的特征参数主要包括ISCη,它们之间的关系为:式(1)中:E为光强,本实验E=1000W/m2,A为太阳电池面积.这四个特征参数的温度特性如图2所示.由图2可知,ISC,V OC,FF,η这四个参数与温度呈很好的线性关系.通过线性拟合后,可得到各参数的温度变化率,见表1.从表1可以看出,单晶硅太阳电池的ISC随着温度升高而略微增加,相对其他参数的温度变化率而言很小.短路电流ISC增加的原因是:单晶硅的禁带宽度随着温度升高而减小,光吸收增加,这就意味着能产生更大的ISC;载流子的扩散系数随着温度升高而增大,因此少数载流子的扩散长度也随着温度的增加而稍有增大.V OC随着温度升高而减小,是影响太阳电池效率降低的主要参数.这是因为V OC随着反向饱和电流增加而降低,而反向饱和电流随着温度升高呈指数增大.在考虑dISC /dT的影响时,能推导出d V OC/dT的理论公式;在忽略dISC/dT的影响时,d V OC/dT的表达式为:式(2)中:E G(0)是用线性外推方法得到的在0K时的硅电池的禁带宽度,γ是包含确定反向饱和的其余参数中与温度有关的因素,数值在1~4范围内,k为玻尔兹曼常数(1.38×10-23J/K),q为电荷电量(1.6×10-19J/V).将V OC=0.6V,EG(0)/q=1.2V,γ=3代入式(2),可得到d V OC/dT=-2.3mV/K.本实验的结果与之完全符合,由此可见,单晶硅太阳电池的d V OC/dT很稳定,可以认为是常数.利用这个特性,可以在其它条件不变时,根据V OC的变化值计算出太阳电池的工作温度.FF随温度升高而下降是由于并联内阻和串联内阻的影响.在弱光条件下,并联内阻的影响才会很显著.对于串联内阻,在假定n不随温度变化后,可推导出串联内阻R s随着温度升高而上升,理论证明晶体硅太阳电池R s具有正温度系数半导体型内阻的数学表述形式.从物理机制上可解释为:高于室温时接触电阻可以忽略不计,基区电阻贡献很小,扩散层的薄层电阻占优势,它随温度的升高而升高.而串联内阻增大会降低FF.在假设理想因子等于1时,可以推导出FF随着温度变化的经验公式.根据以上三个参数的温度特性值的相对大小及公式(1),就可以得出效率随着温度升高而降低的结论.测试的单晶硅太阳电池效率的降幅高于0.075%/℃.也就是说,在标准状况下工作良好的单晶硅太阳电池,如果在实际应用时散热效果不理想,在相同光强下太阳电池在45℃工作,则效率将会减少1.5%,这对太阳电池来说是很严重的效率损失.因此,在应用太阳电池时,保证较低的温度是保持电池效率的重要条件.2.2光强特性室温为27℃时,V OC随着光强的增加呈指数规律增加,如图3所示.将V OC和E线性拟合后的公式如下:在反向饱和电流不变的条件下,开路电压与光强在理论上应该是指数关系,本实验的计算结果和理论完全符合.因此,如果要提高单晶硅太阳电池的开路电压,不仅可以通过改进太阳电池的结构来实现,而且可以通过增加聚光光强达到这一目的.η与光强的关系如图4所示,它随着光强的增加先增加后减小.当光强值为952.7W时,η最大,为16.67%.因此,单晶硅太阳电池在不大于1倍太阳光强下的效率η不一定比在大于1倍太阳光强条件下的效率η低,某些单晶硅太阳电池可能不适合用于聚光环境,而适合用于普通或者弱光场合.对于η随着光强的增流加先升后降,有些学者认为这是串联内阻随着光强的变化逐渐增加的缘故.ISC过串联内阻时会产生焦耳热,在低倍聚光条件下,在假设串联内阻不随光强变化平方成正比,即与光强的平方成正比,其在总功率中占据时,产生的焦耳热与ISC的比例会逐渐增大.当光强达到一定值时,焦耳热引起的功率损失超过因光强增加而增加的功率,所以η开始下降.串联内阻的影响也可以解释图5中FF随光强增加逐渐下降的现象.由图5可知,当E从340.1W/m2增加到4251.2W/m2时,FF从0.757降低到0.652.FF与光强进行二次多项式拟合后能得到较好的结果.图6为同一片电池的最大功率(P mmp)随光强变化的情况.由图6可知,P mmp与光强可以很好地拟合成线性关系.在低倍聚光下,提高光强能提高电池的输出功率,这就意味着和标准状况下的电池相比,产生同样的功率所需要的电池面积更小,那么所需要的硅材料就更少或者说同样一片电池在聚光条件下能发挥更大的作用.但是也不能一味地追求高光强,因为一方面随着电池效率的下降,通过提高光强来提高功率将变得越来越不明显;另一方面光强增加会带来温度升高以致增加冷却成本,同时对聚光器的要求也会越来越高,因此,对晶体硅太阳电池来说,要在效益与成本之间找到平衡点.3结论单晶硅太阳电池随着温度的升高,I SC小幅度线性上升,FF线性下降,但是下降幅度很小.V OC线性下降的幅度为2.3mV/℃,和理论计算值完全吻合,V OC的下降在整个电池的电性能参数的变化中占据主导地位,效率的温度变化率高于0.075%/℃.如果没有良好的冷却措施,太阳电池在相对高温的条件下工作,效率损失非常明显.当光强为340.1~4251.2W/m2时,随着光强的增加,V OC呈指数规律增加,为提高单晶硅太阳电池的V OC提供了一条新的途径.η随着光强增加先增加后减小;当光强值为952.7W时,η达到最大值16.671%.P mmp随着光强的增加呈线性增加,对发挥单晶硅太阳电池的发电潜力具有重要意义.。

填充因子FF

FF7.4.6 光—电能量转换效率η太阳能电池最重要的和综合性的特性参数是光-电能量转换效率，经常简称为效率,用符号η表示,它的值是太阳能电池最大输出电功率与入射光功率之比，即：inoc sc in m m in m P FFV I P V I P P ===η (7.14)式中，P in 是在整个太阳能电池正面光入射面积的总入射光功率;P m 是太阳能电池最大输出电功率，I m 和V m 就是对应于P m 时的电流和电压，即P m =I m ⨯V m ;I sc 是短路电流；V oc 是开路电压；FF 是填充因子。

对于地面上应用，标准测试条件是光谱AM1。

5G ，入射光功率100mW/cm 2，温度25o C 。

从上式可知道，三个参数I sc ，V oc 和FF,能决定电池的效率η。

影响电池性能V oc ，I sc ，FF 的因素：V oc : 硅（Si ）基片性质（晶向,p 型/n 型，电阻率，少子寿命等）,p/n 结掺杂浓度,电池结构形式,并联电阻等；I sc : 硅基片性质（少子寿命等),表面反射，光陷作用，硅片对光不全吸收,p/n 结对载流子不全收集和收集面积等;FF: 硅(Si ）基片性质（电阻率，少子寿命等)，电池结构, 电极接触，串联电阻,并联电阻等.为了获得高效率，这三个参数应尽可能高.这就意味着(1)要获得较高的短路电流I sc 。

太阳能电池有源材料和太阳能电池结构应在紫外光，可见光和近红外光的光谱范围上，有较高，较宽和较平坦的光谱响应，内量子效率应接近于1。

(2)要获得较高的开路电压V oc 。

太阳能电池内部必需正向暗电流I o 较低而并联电阻R sh 较高.（3)要获得较高的填充因子FF 。

太阳能电池必需正向暗电流I o 较低，理想因子“n ”接近于1，串联电阻R s 必需较低（1cm 2的太阳能电池面积应该R s <1Ω)，而并联电阻R sh 必须较高(〉104Ω.cm 2).7。

（doc版）太阳电池组件全过程质量控制检验和验收

（doc版）太阳电池组件全过程质量控制检验和验收中民投新能源股份有限公司太阳电池组件全过程质量控制检验和验收技术⽂件⽬录⼀、⼀般规定与规范 (3)1.1总则 (3)1.2监造⼯作范围 (3)1.3监造实施进度 (4)⼆、标准及规范 (4)三、组件质量控制和检验要求 (5)3.1⼀般要求 (5)3.2组件的认证 (6)3.3⼯⼚检查 (6)3.4 太阳电池原材料的检验和控制 (6)3.5太阳电池关键⽣产⼯艺和性能的检验与控制 (7)3.6组件关键元器件和原材料的控制 (7)3.7组件⽣产关键⼯艺控制 (8)3.8组件成品检验 (9)3.9组件功率核查 (11)3.10第三⽅实验室抽样测试 (12)3.11项⽬现场组件性能验收测试和安装指导 (13)3.12驻⼚监造和现场验收⼯作职责 (15)四、技术资料与售后服务 (17)4.1⽂件资料范围 (17)4.2⽂件资料交付进度 (17)4.3⼈员培训计划 (17)4.4售后服务计划 (18)⼀、⼀般规定与规范1.1总则1.1.1 本技术规范书提出的是检验和验收标准的基本准则，并未对⼀切细节做出规定，也未全⾯引述有关标准和规范的条⽂。

卖⽅应在投标⽂件中提供详细的监造与验收⽅案，并保证符合相关的最新⼯业标准。

1.1.2卖⽅应根据该技术要求责任范围和监造验收⽅案，对组件的⽣产进⾏全⾯的监造和验收，提供详细的过程⽂件资料。

1.1.2卖⽅应指定负责本⼯程的项⽬经理，专职负责买⽅在监造⼯程中的⼈员调配、⼯作执⾏及问题处理，同时提供参与本项⽬的技术⼈员名单和监造验收计划。

1.1.3双⽅如对本技术规范书有异议，应以书⾯形式明确提出，在双⽅达成⼀致意见后，可对有关条⽂进⾏修改。

1.1.4本技术规范书所使⽤的标准如与卖⽅所执⾏的标准发⽣⽭盾时，按较⾼标准执⾏。

1.1.5在合同签订之后，买⽅保留对本规范书提出补充要求和修改的权利，卖⽅应允诺予以配合。

如提出修改，具体项⽬和条件由双⽅商定。

如何降低太阳电池串联电阻

如何降低太阳电池串联电阻降低串联电阻可大幅度提高其转换效率，有什么技术手段降低串联电阻，首先要明白串联电阻的组成。

串联电阻由硅片基体电阻、扩散方块电阻、栅线电阻及烧结后的接触电阻组成。

基体电阻由硅片决定。

扩散方块电阻可以调节，但又伴随着结深的变化。

栅线电阻主要靠丝网印刷参数决定，重要的是栅线的清晰度和高宽比（越大越好），当然，若单纯的减少串联电阻，栅线可以很宽，但高度较低，但是会增大遮光面积。

接触电阻主要看你的烧结。

有问题可以加我QQ16203423是串阻和并阻的关系是怎样的呢？二者没有太直接的关系，以经验来看，二者电阻可以都很大，也可以都很小。

从工艺流程对二者的影响来看，二者都受烧结的影响。

串联电阻影响因素就不说了，咱们说并联电阻，并联电阻反映的是电池的漏电水平。

一般生产处的电池并联电阻小于5*148.6欧姆，就属于等外片。

说并联电阻就离不开说漏电。

其受等离子刻蚀影响最大，其次表面浆料污染、PECVD放电方式、浆料特性、烧结也会影响并联电阻大小。

理论上的影响因素，可以参考本论坛“太阳能电池漏电种类”一贴，该文我已经翻译完了。

有需要可以联系我等离子刻蚀影响最大，其次表面浆料污染、PECVD放电方式、浆料特性、烧结。

等离子刻蚀是否对表面产生了损伤，导致漏电？能谈谈其他方面的影响漏电的具体原因吗？组件的电阻有并联电阻和串联电阻之分：串联电阻影响太阳电池的正向伏安特性，使得正向偏压较低时电流大于理想值，正向偏压增大时伏安特性偏离指数关系；并联电阻产生的漏电流影响反向特性和正向小偏压特性，使正向偏压较低时电流大于理想值，使反向电流不能饱和，在反向偏压较大时电流电压偏离指数关系。

另一方面，并联电阻Rsh影响太阳电池开路电压，Rsh减小会使开路电压降低，但对短路电流基本没有影响；串联电阻Rs影响短路电流，Rs增大会使短路电流降低，而对开路电压没有影响；Rsh的减小和Rs的增大都会使太阳电池的填充因子和光电转换效率降低。

太阳能电池基本特性研究实验数据

太阳能电池基本特性研究实验数据Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】录与处理负载电压和电流记录表由上图可知：当R 小于某一值时，负载电流几乎不变，此时，可视为恒流源；当R 大于某一值时，负载电流近乎按指数形式减小。

从图中可知：mA I SC 58.3= V U SC 61.1= 当R 增加时，P 先增加，后减小，UI P = 由图可看出，当R=Ω时，P m = 故填充因子：F f =OC SC U I P max =61.158.3728.5⨯=且F f 值越大，太阳能电池对光的利用率越高，光转化率越高.2，表二太阳能电池正向偏压与电流数据表在图中取两点A （,）B （,）带入公式)1(-=βμe I I o j 可得方程组 =I o （μ—1） =I o （μ—1）解方程组可得：I o = β=所以经验公式为：)1(5.702.0-=μe I j 3:表三不同光强下太阳能电池开路电压及短路电流有曲线可知，在不通光照下，随光照的增强，开路电压和短路电流也随之增强。

短路电流呈线性变化，开路电压开始增加较快，后趋于水平。

求OC SC U I 和：在图中取两点A （,1）B （,2）带入)1ln(1OSCOC I I U +=β可得方程组： )00.11ln(190.1OI +=β)00.21(ln 122.2O I +=β解方程组可得 I= β=所以，)0392.001ln 29.4SCOC OC SC I U U I +=（：之间的近似函数关系为和4:表四不同角度光照下电池开路电压及短路电流在一定光照下随角度的逐渐增大,太阳能电池的输出功率逐渐减小。

5:表五太阳能电池串并联特性因为电阻不是无限大，开路电压实际是有电流通过的；因为总电阻不为零，短路电流也不是理论中的无限大。

太阳能电池基本特性的测量讲义

太阳能电池基本特性的测量太阳能的利用和太阳能电池特性研究是21世纪新型能源开发的重点课题。

目前硅太阳能电池应用领域除人造卫星和宇宙飞船外，已大量用于民用领域：如太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能收音机、太阳能计算机、太阳能乡村电站等。

太阳能是一种清洁、“绿色”能源，因此，世界各国十分重视对太阳能电池的研究和利用。

本实验的目的主要是探讨太阳能电池的基本特性，太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子能量转换为电能。

【实验目的】1．在没有光照时，太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该二极管在正向偏压时的伏安特性曲线，并求得电压和电流关系的经验公式。

2．测量太阳能电池在光照时的输出伏安特性，作出伏安特性曲线图，从图中求得它的短路电流(SC I )、开路电压(OC U )、最大输出功率m P 及填充因子FF ，)]U I /(P FF [OC SC m •=。

填充因子是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。

3．测量太阳能电池的光照特性：测量短路电流SC I 和相对光强度0J /J 之间关系，画出SC I 及相对光强0J /J 之间的关系图；测量开路电压OC U 和相对光强度0J /J 之间的关系，画出OC U 及相对光强0J /J 之间的关系图。

【实验原理】太阳能电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压U 及通过电流I 的关系式为：)1e (I I Uo -•=β(1)(1)式中，o I 和β是常数。

由半导体理论，二极管主要是由能隙为V C E E -的半导体构成，如图1所示。

C E 为半导体导电带，V E 为半导体价电带。

当入射光子能量大于能隙时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对。

电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的影响而产生光电流。

假设太阳能电池的理论模型是由一理想电流源（光照产生光电流的电流源）、一个理想二极管、一个并联电阻sh R 及一个电阻s R 所组成，如图2所示。