太阳能电池等效电路修订稿
2太阳能电池的数学模型
2太阳能电池的数学模型太阳能电池的数学模型是太阳能电池模拟器系统设计的基础，本章从太阳能电池的工作原理、等效电路出发，详细介绍了太阳能电池数学模型的建模过程，给出了太阳能电池的数学模型，并且对该数学模型进行了仿真，证明了该数学模型的正确性，为下文提出六折线模型拟合太阳能电池的I-V特性曲线奠定了基础。
2.1太阳能电池的工作原理通常所说的太阳能电池指的是太阳能电池单体，太阳能电池单体是一种能够利用光伏效应将太阳能直接转换为电能的半导体装置，它的转换效率一般可达百分之十五左右。
它通常是由大量的PN结串联而成的，整体结构一般是由一个P型半导体作为底座，在上面刻入N 型薄膜，并且通过金属导线把PN结的两端引出。
太阳能电池单体是最小的光电转换单位，输出电压和输电电流都很小，一般不可以直接作为电源使用。
通常都是将一定数量太阳能电池单体通过串联构成太阳能电池组件来使用。
太阳能电池组件的输出电压一般达到24V左右，24V的电压可用来为蓄电池充电，能够应用在各个系统和领域中。
当需要进行大功率光伏发电系统时，可以把这些太阳能电池组件通过一定的形式串联或并联起来，形成太阳能电池阵列。
太阳能电池阵列能够产生较大的功率，可以用在各个领域中。
太阳能电池发电的原理主要是半导体的光生伏特效应，也称为光伏效应。
硅半导体结构如图2-1 a)所示，在图中，硅原子用正电荷来表示，硅原子四周的四个电子用图中的负电荷来表示。
当向晶体硅中掺入其他的杂质，如硼、磷等就会形成一个个很小的PN结。
当向晶体中掺入硼时，含有杂质硼的晶体硅的内部电子排列如图2-1 (b)所示。
图中，硅原子用正电荷来表示，硅原子四周的四个电子用负电荷表示，而图中黄色的就表示掺入的硼原子，由于硼原子的外部只有三个电子，就会吸引硅原子的一个电子过来，这样就会产生如图中蓝色的空穴，这个空穴又会因为没有足够的电子而去吸引别的电子，这样就形成了P ( positive)型半导体。
对太阳电池I_V曲线进行拟合的数论方法_徐林
x ki= (2qk i- 1) 2n
此处我们修改通常的同余乘法使 qki满足 1Φ qkiΦ n, 则集合 Pn = {xk = (xk1, ……, xks ) k = 1, ……, n}称为生成矢量 (n, h1, ……, h s) 的格子点集, 如果 Pn 在所有可能的生成矢量中具有
最小偏差, 则 Pn
Η(k t
t)
,
否则令
d
t+
1=
dt
2,
Η0 t+
1=
Η(k t
t)
,
且使
D t+ 1= 〔Η0t+ 1-
d
t+
1,
Η0 t+
1+
d t+ 1〕∩D 0
t= t+ 1, 返回 2)
1) —3) 步骤中: t= 0, 1, ……, 表示寻优步数
k = 1, 2, ……, n 表示 n 个散布点中第 k 个点
n
为自然数, 表示散布点数
d t (. )
表示向量 d t 的某一个元素
∩
表示集合相交
<
表示集合属于另一个集合
下面就 2) 中的“均匀散布”作说明: 对于在一个闭域D t 上均匀布点的方法, 我们借鉴数论 中 g lp 集合布点的方法, 该方法首先在 CS 维单位“立方体”上均匀散布代表点集N , 然后把点 集映射到闭域D t 上, 从而获得D t 上均匀分布的点集 R, CS 维单位“立方体”上均匀布点构成点 集N 的方法:
2 期 徐 林等: 对太阳电池 I - V 曲线进行拟合的数论方法
163
C5
上是均匀散布的,
然后仿上方法把
@2太阳能电池的数学模型
2太阳能电池的数学模型太阳能电池的数学模型是太阳能电池模拟器系统设计的基础，本章从太阳能电池的工作原理、等效电路出发，详细介绍了太阳能电池数学模型的建模过程，给出了太阳能电池的数学模型，并且对该数学模型进行了仿真，证明了该数学模型的正确性，为下文提出六折线模型拟合太阳能电池的I-V特性曲线奠定了基础。
2.1太阳能电池的工作原理通常所说的太阳能电池指的是太阳能电池单体，太阳能电池单体是一种能够利用光伏效应将太阳能直接转换为电能的半导体装置，它的转换效率一般可达百分之十五左右。
它通常是由大量的PN结串联而成的，整体结构一般是由一个P型半导体作为底座，在上面刻入N 型薄膜，并且通过金属导线把PN结的两端引出。
太阳能电池单体是最小的光电转换单位，输出电压和输电电流都很小，一般不可以直接作为电源使用。
通常都是将一定数量太阳能电池单体通过串联构成太阳能电池组件来使用。
太阳能电池组件的输出电压一般达到24V左右，24V的电压可用来为蓄电池充电，能够应用在各个系统和领域中。
当需要进行大功率光伏发电系统时，可以把这些太阳能电池组件通过一定的形式串联或并联起来，形成太阳能电池阵列。
太阳能电池阵列能够产生较大的功率，可以用在各个领域中。
太阳能电池发电的原理主要是半导体的光生伏特效应，也称为光伏效应。
硅半导体结构如图2-1 a)所示，在图中，硅原子用正电荷来表示，硅原子四周的四个电子用图中的负电荷来表示。
当向晶体硅中掺入其他的杂质，如硼、磷等就会形成一个个很小的PN结。
当向晶体中掺入硼时，含有杂质硼的晶体硅的内部电子排列如图2-1 (b)所示。
图中，硅原子用正电荷来表示，硅原子四周的四个电子用负电荷表示，而图中黄色的就表示掺入的硼原子，由于硼原子的外部只有三个电子，就会吸引硅原子的一个电子过来，这样就会产生如图中蓝色的空穴，这个空穴又会因为没有足够的电子而去吸引别的电子，这样就形成了P ( positive)型半导体。
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。
dcdc等效电路
dcdc等效电路标题：DCDC等效电路的工作原理与应用导言：DCDC等效电路是一种常用的电子电路，它可以将直流电压转换为不同电压级别的直流电压。
本文将从基本原理、应用场景和优缺点等方面介绍DCDC等效电路。
一、基本原理DCDC等效电路是基于电感和电容的工作原理，通过控制开关管的导通和断开来实现电能的存储和转移。
当开关导通时，电感储存电能，而断开时，电容释放电能。
通过适当设计电感和电容的数值和连接方式，可以实现不同电压级别的转换。
二、应用场景1. 电子设备电源：DCDC等效电路广泛应用于电子设备的电源系统中，可以将电池提供的低电压转换为设备所需的高电压，满足设备正常工作的要求。
2. 通信系统：在通信系统中，需要将电信号转换为合适的电压级别，以便传输和处理。
DCDC等效电路可以灵活地实现这种电压转换，从而确保通信信号的正常传输。
3. 太阳能发电系统：太阳能发电系统中的太阳能电池板输出的电压通常较低，需要经过DCDC等效电路的转换，以适应电网的工作要求。
4. 汽车电子系统：汽车中的各种电子设备需要不同的电压级别来供电，DCDC等效电路可以实现车载电池输出电压到各个设备所需电压的转换。
三、优缺点1. 优点：- 高效率：DCDC等效电路具有较高的转换效率，能够最大限度地减少能量的损耗。
- 稳定性好：DCDC等效电路能够提供稳定的输出电压，对电子设备的工作稳定性有较好的保障。
- 尺寸小：DCDC等效电路体积小，适用于各种紧凑型设备。
2. 缺点：- 成本高：由于DCDC等效电路需要较多的元器件和复杂的控制电路，导致成本相对较高。
- 电磁干扰：DCDC等效电路在工作时会产生一定的电磁干扰，对周围的其他电子设备可能产生影响。
结语：DCDC等效电路作为一种常用的电子电路，具有广泛的应用场景和优缺点。
通过合理的设计和使用，可以实现不同电压级别之间的转换，为各种电子设备提供稳定可靠的电源。
在未来的发展中，DCDC 等效电路将继续发挥重要作用，推动电子技术的进步。
太阳能电池各电性能参数-草稿
太阳能电池各电性能参数的本质及工艺意义⏹武宇涛⏹电性能参数主要有：Voc,Isc,Rs,Rsh,FF,Eff,Irev1,…电性能参数在生产过程中尤其是在实时的生产控制现场，非常及时地反映了整个生产线生产工艺尤其是后道工序的动态变化情况，为我们对产线的控制及生产设备工艺参数的实时调节起到了非常重要的参考作用。
从可控性难易角度来说，Voc,Rs,Rsh,主要和原材料及生产工艺的本身特征相关，与工艺现场的调控波动性关系不是特别紧密，可称之为长程可控参数。
而Isc,FF, Irev1与工艺现场的调控联系紧密，对各调控参数比较敏感，可称之为短程可控参数。
当然我们最关心的是效率Eff。
而Eff则是以上所有参数的综合表现。
太阳能电池的理论基础建立在以下几个经典公式之上：Voc=(KT/q)×ln(Isc/Io+1)Voc=(KT/q)×ln(N aNd/ni2) 12 FF=Pm/(Voc×Isc)=Vm×Im/ (Voc×Isc) 34Eff=Pm/(APin)=FF×Voc×Isc/APin=FF×Voc×Jsc/Pin 5图-1太阳能电池的I-V曲线图-2太阳能电池等效电路从上面5式我们可以看到，与效率直接相关的电性能参数主要有：FF，Voc, Isc。
在生产中我们还比较关心暗电流情况：Irev1，由1式可以看出，它与Voc有比较紧密地联系（实际也是这样的）。
为了更好地说明各参数间的联系，这里先录用几组数据如下：在620mv左右达到了峰值。
另外通过对高Voc电池片（如E-CELL）进行QE扫描发现其长波长响应显著降低。
在现在既定工艺背景下，在没有大的工艺改动下，对产线的技术参数调整对Voc影响不会太大。
在生产中，我们曾对各种能够调节的参数进行了大量的调整，尤其是背电场和烧结温度参数方面，但结果总是很不理想，比如P156的LDK的片子其整体平均值变化范围也就是618m v±2mv左右。
第3章 太阳能电池的特性-2
其他效应 光强效应
聚光对太阳能电池的伏安特性的影响
&3.4.2
其他效应 光强效应
聚光太阳能电池
聚光太阳能电池是一种在光强大于一个太阳的光照下工作的太阳能电池。入射太阳
光被聚焦或透过光学器件形成高强度的光束射到小面积的太阳能电池中。
聚光太阳能电池有几个潜在的优势，包括比平板太阳能电池更高的转换效率和更低
&3.2.5
太阳能电池的参数 效率
发电效率是人们在比较两块电池好坏时最常使用参数。 效率的定义为电池输出的电能与射入电池的光能的比例。
除了反映太阳能电池的性能之外，效率还决定于入射光的光谱和
光强以及电池本身的温度。 在比较两块电池的性能时，必须严格控制其所处的环境。测量陆 地太阳能电池的条件是光照AM1.5和温度25°C。而空间太阳能电池 的光照则为AM0。
的成本。电池的短路电流大小与光的强度成线性关系，这种改变并没有带来转换效 率的提升，因为入射功率也随光强呈线性提高。
由于开路电压与短路电流呈对数关系，转换效率得以提升。因此，在聚光条件下，
VOC随着光强上升呈对数形式增加，如下面式子所示：
nkT ISC V' OC ln I q O
低光强
在光强变低时，并联电阻对电池的影响将慢慢变大。因为通过电池的前置 偏压和电流会随着光的强度的减小而减小，而电池的等效电阻也将开始接 近并联电阻的大小，分流到并联电阻的电流将增加，即增加了能量损失。 在多云的天气下，并联电阻高的电池比并联电阻低的电池保留更大部分的 电流。
&3.5.1太阳能电池的测量
太阳能电池中，引起串联电阻的因素有三种： 第一，穿过电池发射区和基区的电流流动； 第二，金属电极与硅之间的接触电阻； 第三便是顶部和背部的金属电阻。串联电阻对电池的主要影响
太阳能电池技术论文文献综述（可编辑）
太阳能电池技术文献综述王胤东南大学机械学院摘要: 资源和环境一直都是制约许多国家持续发展的两大瓶颈,因而在环境愈加恶化、资源日益紧缺、科技日新月异的今天,对于清洁的可再生能源的研究成为了热点。
太阳能作为一种可再生能源,不仅来源较为广泛(光照),并且几乎不会产生污染,因而倍受研究人员的青睐,也是前景比较广阔的研究方向。
本文主要介绍与太阳能电池相关的技术背景、研究方向和发展前景。
关键词: 太阳能,太阳能电池,研究现状,发展前景。
太阳能可以说是“取之不尽,用之不蝎”的能源,与矿物燃料相比,太阳能具有清洁和可在生等独特优点。
将太阳能直接转换为热能和电能,解决能源危机,造福于全人类一直是广大科学家的奋斗目标。
太阳能的利用分为光电转换和集热两种,前者主要有太阳能电池,后者主要有太阳能热水器、太阳能温室等。
利用半导体材料的光伏效应原理把太阳光能转换成电能称太阳能光伏技术,这也是太阳能电池的主要原理。
对光生伏特效应的研究最早可追溯到1839年,到上世纪五十年代,太阳能利用领域出现了两项重大突破:一是1954年美国贝尔实验室研制出效率为6%的实用型单晶硅电池;是1955年以色列科学家提出了选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。
这两项突破既是太阳能利用进入现代发展时期的划时代标志,也是人类能源技术又一次变革的技术基础。
1.太阳辐射[[1] 施敏著,黄振岗译,《半导体器件物理》,电子工业出版社,1987年12月第一版。
[2] 马丁?格林著,李秀文,谢洪礼,赵海滨等译,《太阳电池工作原理、工艺和系统的应用》,电子工业出版社,1987年1月第一版。
][1]太阳发出的辐射能来自核聚变反应。
每秒钟约有6×1011kg的H2转变为He,净质量损失约为4×103kg,这一质量损失通过爱因斯坦关系(Emc2)转变为4×1012J的能量。
此能量主要作为从紫外到红外和无线电频段(0.2至3μm)的电磁辐射发射出去。
太阳能电池的参数解读
二、太阳能电池的主要技术参数
(4) 填充因子（曲线因子）
在太阳电池伏安特性曲线图上，通 过开路电压所作垂直线与通过短路电流 所作水平线和纵坐标及横坐标所包围的 矩形面积A，是该电池有可能达到的极 限输出功率值； 通过最大功率点所作垂直线和水平 线与纵坐标及横坐标所包围的矩形面积 B，是该电池的最大输出功率值； 两者之比，就是该电池的填充因子， 即 FF=B/A。
作电压后，随着电压的上升，输出功率也
要减少。 通常太阳电池所标明的功率，是指 在标准工作条件下最大功率点所对应的功 率。
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二、太阳能电池的主要技术参数 (5)最大功率点
实际工作时，往往并不是在标准测试 条件下工作，而且一般也不一定符合最佳 负载的条件，再加上一天中太阳辐照度和 温度也在不断变化，所以真正能够达到额 定输出功率的时间很少。
当U=0时，Isc=Iph。
太阳电池的短路电流Isc与太阳电池的 面积大小有关，面积越大，Isc越大，一般 1cm2的单晶硅太阳电池Isc=16~30mA。
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二、太阳能电池的主要技术参数 (4) 填充因子（曲线因子）
填充因子是表征太阳电池性能优劣的 一个重要参数，定义为太阳电池的最大功
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二、太阳能电池的主要技术参数
(5)最大功率点
不同的工作点输出功率也不一样，但 总可以找到一个工作点，其包围的矩形 （OImMUm）面积最大，也就是其工作电 压U和电流I的乘积最大，因而输出功率 也最大，该点即为最佳工作点，即
P UI U[I ph I0 (e
率与开路电压和短路电流的乘积之比，通 常用FF(或CF)表示：
影响太阳电池光电转换效率的因素和提高转换效率的主要措施
太阳能电池的基础与工艺课程期中考核论文题目：影响太阳电池光电转换效率的因素及提高太阳电池效率的主要措施学院：电子与电气工程学院班级：电子091班学号：0903741025姓名：易磊华影响太阳电池光电转换效率的因素及提高太阳电池效率的主要措施随着化石能源的日益枯竭、人们对环境保护问题的重视程度不断提高,寻找洁净的替代能源问题变得越来越迫切。
最新的资料表明，太阳光的充分利用，包括光热及阳光发电，是最清洁、环保，取之不尽用之不竭的可再生能源。
由研究、开发，直到建立规模化生产，光伏行业已经打造成为现今有声势的可再生能源领域。
当前太阳电池产业一直保持20%~30%的年增长率，并且已在2010年全球整体年产量达到了10GW。
预计到2025年，光伏能源占总能源的比例为22%。
可以预期，到21世纪中叶，光伏能源占到整个能源体系的34%的时候，人类生产、生活用电的三分之一将取自光伏发电。
然而，要想使太阳电池成为能源市场的主力之一，必须使太阳电池的制造成本和系统应用成本降低到可与现有能源可比拟的程度，世人才愿意使用，从而达到替代的目的。
因此“提高太阳电池和系统的效率，同时降低光伏系统的制造成本”是光伏界的终极目的，而效率是至关重要的因素。
那么如何提高太阳能电池的光电转换效率呢？首先我们需要知道太阳电池的工作原理。
光伏发电的基础是光生伏特效应，它是指当某种结构的半导体器件受到光照射时将产生直流电压（或电流），当光停止照射后电压（或电流）则立即消失的现象。
这个半导体器件的结构大体上就是一个大面积的平面的p-n结。
在光照射下，能量大于半导体禁带宽度的光子，使得半导体中原子的价电子受到激发，在p区、空间电荷区和n区都会产生光生电子-空穴对，也称光生载流子。
这样形成的电子-空穴对由于热运动，向各个方向迁移。
光生电子-空穴对在空间电荷区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推进n区，光生空穴被推进p区。
在空间电荷区边界处总的载流子浓度近似为0。
太阳能电池I-V方程显式近似解研究硕士学位论文 精品
分类号：密级：U D C ：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）太阳能电池I-V方程显式近似解研究硕士研究生指导教师学科、专业：光学工程论文主审人哈尔滨工程大学Classified Index:U.D.C:A Dissertation for the Professional Degree of Master（Master of Engineering）Research on the Solar Cell Equation ExplicitApproximate SolutionCandidate: Tang XiaopingSupervisor: Prof. Jiang HailiAcademic Degree Applied for: Master of EngineeringSpecialty:Optical EngineeringDate of Submission: May, 2013Date of Oral Examination: June, 2013University: Harbin Engineering University哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。
有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。
除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。
哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。
本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。
太阳能电池各电性能参数-草
太阳能电池各电性能参数的本质及工艺意义⏹武宇涛⏹电性能参数主要有：Voc,Isc,Rs,Rsh,FF,Eff,Irev1,…电性能参数在生产过程中尤其是在实时的生产控制现场，非常及时地反映了整个生产线生产工艺尤其是后道工序的动态变化情况，为我们对产线的控制及生产设备工艺参数的实时调节起到了非常重要的参考作用。
从可控性难易角度来说，Voc,Rs,Rsh,主要和原材料及生产工艺的本身特征相关，与工艺现场的调控波动性关系不是特别紧密，可称之为长程可控参数。
而Isc,FF, Irev1与工艺现场的调控联系紧密，对各调控参数比较敏感，可称之为短程可控参数。
当然我们最关心的是效率Eff。
而Eff则是以上所有参数的综合表现。
太阳能电池的理论基础建立在以下几个经典公式之上：Voc=(KT/q)×ln(Isc/Io+1)Voc=(KT/q)×ln(NaNd/ni2) 12FF=Pm/(Voc×Isc)=Vm×Im/ (Voc×Isc) 34Eff=Pm/(APin)=FF×Voc×Isc/APin=FF×Voc×Jsc/Pin 5图-1太阳能电池的I-V曲线图-2太阳能电池等效电路从上面5式我们可以看到，与效率直接相关的电性能参数主要有：FF，Voc, Isc。
在生产中我们还比较关心暗电流情况：Irev1，由1式可以看出，它与Voc有比较紧密地联系（实际也是这样的）。
为了更好地说明各参数间的联系，这里先录用几组数据如下：表-1以上P156均系LDK片源。
1，Voc由于光生电子-空穴对在内建场的作用下分别被收集到耗尽层的两端，从而形成电势。
所以我们认为Voc是内建电场即PN 结扫集电流的能力的直观表现。
由上面公式1所反映，Voc主要与电池片的参杂浓度(Nd)相关。
对于宽△Eg的电池材料，相对会有比较高的Voc；但△Eg 过高，又会导致光吸收效率的迅速下降（主要是长波段响应降低），使Isc是降低,所以需要找到一个最佳掺杂深度值。
太阳能电池的等效电路和转化效率理论上限
显然， Is取决于Eg、Ln、Lp、NA、ND和绝对温度T的大 小，同时也与光电池结构有关。为了提高Voc，常常采用 Eg 大，少子寿命长及低电阻率（例如对硅单晶片选用 0.2 欧姆 厘米）的材料，代入合适的半导体参数的数值，给出硅的最 大Voc值约700mV左右。
填充因子FF的考虑：
在理想情况下，填充因子FF仅是开路电压Voc的函 数，可用以下经验公式表示： Uoc-ln(Uoc+0.72) FF = Uoc+1 Uoc = Voc(kT/q)1/2 这样，当开路电压Voc的最大值确定后，就可计 算得到FF的最大值。
透射损失：如果电池厚 度不足够大，某些能量 合适能被吸收的光子可 能从电池背面穿出。这 决定了半导体材料之最 小厚度。间接带隙半导 体要求材料的厚度比直 接带隙的厚。如图为对 硅和砷化镓的计算结果。
光生少子的收集几率： 在太阳能电池内，由于存在少子的复合， 所产生的每一个光生少数载流子不可能百分之 百地被收集起来。定义光激发少子中对太阳能 电池的短路电流有贡献的百分数为收集几率。 该参数决定于电池内个区域的复合机理，也与 电池结构与空间位置有关。
下面我们来分析一下串联电阻Rs和漏电电阻Rsh对光电池 效率的影响。 根据图示的电路 ， 对同一个太阳能电 池，当入射光强度 较弱时，IL较小，二 极管电流和漏电流 大小相差不多，此 时， Rsh 的影响较大。
I = IL-Is[exp(qV/kT)-1]-V/Rsh
漏电电阻 对光电池输出特 性的影响可用右 图表示。可以看 出 ， 漏 电 电 阻 Rsh 对光电流的影响 较小，而对开路 电压的影响较大。
短路电流Isc的考虑：
我们假设在太阳光谱中波长大于长波限的光对太阳 能电池没有贡献，其中长波限满足： max = 1.24(m)/Eg(eV) 而其余部分的光子，因其能量 h大于材料的禁带宽度 Eg，被材料吸收而激发电子-空穴对。假设其量子产额为1， 而且被激发出的光生少子在最理想的情况下，百分之百 地被收集起来。在上述理想的假设下，最大短路电流值 显然仅与材料带隙Eg有关，其计算结果如图所示。
太阳能电池光照情况下的电流电压关系分析
太阳能电池光照情况下的电流电压关系分析（亮特性）光生少子在内建电场驱动下定向的运动在PN 结内部产生了n 区指向P 区的光生电流I L ，光生电动势等价于加载在pn 结上的正向电压V ，它使得PN 结势垒高度降低qVD －qV 。
开路情况下光生电流与正向电流相等时，pn 结处于稳态，两端具有稳定的电势差V OC ，这就是太阳能电池的开路电压Voc 。
如图3-4所示，在闭路情况下，光照作用下会有电流流过pn 结，显然pn 结相当于一个电源。
图3-4 太阳能电池等效电路图I ph 为太阳电池内部的光生电流，与光伏电池辐照强度、受光面积成正比。
I D 为光伏电池内部暗电流，其反映太阳电池自身流过PN 结的单向电流；I L 为太阳电池输出流过负载的电流；I SH 为PN 结的漏电流；R SH 为光伏电池内部的等效旁路电阻，其值较大，一般可达几千欧姆；R S 为光伏电池内部等效串联电阻，其值一般较小，小于1欧姆；U L 为负载两端电压。
光电流I L 在负载上产生电压降，这个电压降可以使pn 结正偏。
如图3-4所示，正偏电压产生正偏电流I F 。
从图3-4 1可知，其中流过负载的电流：SHD ph L I I I I --= （1） ]1)[exp(-=AKTqU I I D O D （2） SHD D O ph L R U AKT qU I I I -⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=1)ex p( （3） ]1)[exp(-=AKTqU I I OC O sc （4） 其中I sc 为太阳电池内部的短路电流，如果忽略等效电路输出短路时流过二极管反向漏电流，I ph =I sc 。
从前可知，R sh 阻值较大R s 的电阻较小，所以上式可以变换为：D ph SH D ph L I I I I I I -≈--= （5）所以光伏电池输出功率可表示为：]1)[exp(--==AkTqU I U I U I U P L O L ph L L L (6) o I 为光伏电池内部等效二极管的P -N 结反向饱和电流，近似常数，不受光照度影响；q 为电子电荷，q =1.6×10-19C ；K 为波尔兹曼常数，K=1.38×10-23J/K ，A 为光伏电池内部P -N 结的曲线常数。
大学物理实验--太阳能电池伏安特性的测量
实验报告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×10 cm 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~0.3 μm）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p n结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度E g，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（Photov oltai c Effect, 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I p h．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，V D 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．F F 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R s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R s，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。
《太阳能电池基础与应用》太阳能电池-第四章-1
载流子运动/能带的角度如何理解
4.2 太阳电池的性能表征
短路电流Isc
如 将 p-n 结 短 路 （ V=0 ） ， 这时所得的电流为短路电 流Isc ， 短 路 电 流 等 于 光 生 电流（与太阳能电池的面积大
小有关，面积越大，Isc 越大）
电池能提供的最大电流，与载流子的产生 与收集有关，包括：
J(V) Jsc Jdark Jsh
Vsh V AJRs
J0
J sc eqVoc/k BTa
1
J=Jph-Jdark-Jsh
J(V)
J sc
J0
e q[V AJ (V ) Rs ] / kBTa
1
V
AJ (V )Rs ARsh
考虑了寄生电阻后太阳电池的I-V关系
eqV/K B T eqVoc/K B T
1
1
不考虑寄生电阻的 太阳电池等效电路
伏安特性方程
4.2 太阳电池的性能表征
传输到负载上的功率为：
P(V )
VJ(V)
VJsc 1
eqV/K B Ta eqVoc/K B Ta
1 1
通过令P的导数为零，可得负载上最大功率时的电流电压值
Voc
4.2 太阳电池的性能表征
太阳电池最大功率输出
I
太阳电池的伏安（电流I---电压V） 特性曲线是指在一定光照和环境 Isc
温度为300K的条件下，电流和
Im
电压的函数关系。
太阳电池的用途是将太阳光能转 换为电能，往往用功率密度P=IV； 来衡量电能的大小
太阳能电池等效电路
太阳能电池等效电路(总1页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除太阳能电池等效电路图1.1是利用P/N 结光生伏特效应做成的理想光电池的等效电路图，图中把光照下的p-n 结看作一个理想二极管和恒流源并联，恒流源的电流即为光生电流I L ，R L 为外负载。
I L 的能力通过p-n 结的结电流I j 用二极管表示。
这个等效电路的物理意义是：太阳能电池光照后产生一定的光电流I L ，其中一部分用来抵消结电流I j ，另一部分即为供给负载的电流I R 。
其端电压V 、结电流I 以及工作电流I 的大小都与负载电阻R 有关，但负载电阻并不是唯一的决定因素。
如上所述，I 的大小为j L I I I -= （1-1）根据扩散理论，二极管结电流I j 可以表示为)1(0-=kT qV j je I I （1-2）将式（2-2）代入（2-1），得)1(0--=kT qV L je I I I（2-3） 实际的太阳能电池，由于前面和背面的电极和接触，以及材料本身具有一定的电阻率，基区和顶层都不可避免的要引入附加电阻。
流经负载的电流，经过它们时，必然引起损耗。
在等效电路中，可将它们的总效果用一个串联电阻R S 来表示。
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，这种作用的大小可用一并联电阻R SH 来等效。
则实际的光电池的等效电路如图1.2所示[17-20] 。
图 1.2 太阳能电池的实际等效电路Fig.1.2 Equivalent circuit of thep-n结光生伏特效应最主要的应用是作为太阳能电池。
太阳辐射的光能有一个光谱分布，禁带宽度越窄的半导体，可以利用的光谱越广。
但是，禁带宽度E g 太小的话相应能产生的光电动势又会比较小。
反之，Eg大的半导体，虽然V OC可以提高，但可以利用的太阳光谱范围就会比较小[35]。
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太阳能电池等效电路 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
太阳能电池等效电路
图是利用P/N 结光生伏特效应做成的理想光电池的等效电路图，图中把光照下的p-n 结看作一个理想二极管和恒流源并联，恒流源的电流即为光生电流I L ，R L 为外负载。
I L 的能力通过p-n 结的结电流I j 用二极管表示。
这个等效电路的物理意义是：太阳能电池光照后产生一定的光电流I L ，其中一部分用来抵消结电流I j ，另一部分即为供给负载的电流I R 。
其端电压V 、结电流I 以及工作电流I 的大小都与负载电阻R 有关，但负载电阻并不是唯一的决定因素。
如上所述，I 的大小为
j L I I I -=
（1-1）
根据扩散理论，二极管结电流I j 可以表示为 )1(0-=kT qV j j
e I I （1-2）
将式（2-2）代入（2-1），得 )1(0--=kT qV L j
e I I I （2-3）
图 太阳能电池的实际等效电路
实际的太阳能电池，由于前面和背面的电极和接触，以及材料本身具有一定的电阻率，基区和顶层都不可避免的要引入附加电阻。
流经负载的电流，经过它们时，必然引起损耗。
在等效电路中，可将它们的总效果用一个串联电阻R S来表示。
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，这种作用的大小可用一并联电阻R SH来等效。
则实际的光电池的等效电路如图所示[17-20]。
p-n 结光生伏特效应最主要的应用是作为太阳能电池。
太阳辐射的光能有一个光谱分布，禁带宽度越窄的半导体，可以利用的光谱越广。
但是，禁带宽度E g 太小的话相应能产生的光电动势又会比较小。
反之，E g大的半导体，虽然V OC 可以提高，但可以利用的太阳光谱范围就会比较小[35]。
也就是说，开路电压V oc随E g 的增大而增大，但另一方面，短路电流密度J SC随E g 的增大而减小。
结果是可期望在某一个确定的E g处出现太阳能电池效率的峰值。
因此如何充分合理的利用太阳能资源，是一个太阳能电池生产商面临的关键技术问题。