太阳能电池主要技术参数

FF是一个重要的参数，反映太阳能电池的质量，串联电阻越大，短路 电流下降越多，填充因子也随之减少的越多；并联电阻越小，这部分 电流越大，开路电压就下降的越多，填充因子随之也下降的越多，太 阳能电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子也就越大，反映 到太阳能电池的电流-电压曲线上就是曲线接近正方形，此时太阳能电 池可以实现很高转换效率。 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。 对于有合适效率的电池，该值应在0.70-0.85范围之内。
光电转换效率μ：
I mU m AP in
UmIm为改太阳能电池最大输出功率点对应的最佳工作电压 和最佳工作电流，A表示包括栅线在内的电池总面积，Pin 为单位面积入射光的功率。
Pm=Isc*Voc*FF
I mU m I scVoc FF APin APin
Pm，Im，Um：
P=UI，然后对乘积求极值
太阳能电池实际等效电路：
旁路电阻R sh的两端电压 ：U sh (U IR ) s
旁路电阻R sh的电流：Ish (U IR ) / RL s
I I I I I I exp q(U IR ) nkT 1 ( ph D sh ph 0 s


串联电阻鱼骨图：
转换效率鱼骨图：
标准电池
主要技术参数
• 短路电流 Isc • 开路电压 Voc • 填充因子 FF（曲线因子） • 光电转换效率
η
• 最大功率 Pm（最佳工作点）
• 最大工作电流 Im
• 最大工作电压 Vm
• 太阳能电池温度系数 α 、β 、γ
二极管基础：
肖克莱方程式：
qV J J p J n J s exp k T 1 0
令V=0, 得到Isc = Iph 太阳电池的短路电流Isc与电池的面积有关，面积越大，短路 电流也越大 一般：单晶Isc=5.6A (125X125) 多晶Isc=8.1A (156X156)
开路电压Voc：
太阳能电池在空载情况下的端电压为太阳能电池的开路电压，用Uoc表示 对于一般电池，可以认为接近于理想太阳能电池，即Rs=0, Rsh=∞,令I=0,可得：
U IR s) R sh
串联电阻：
并联电阻：
Rsh 主要是电池边缘漏电，电池表面污染或耗尽区内的复合 电流引起，这几种电流构成漏电流。并联电阻越大，漏电流 就越小。
补充：
漏电流：我们都知道，太阳能电池片可以分 3 层，即薄层（即 N区），耗 尽层（即 PN 结），体区（即 P 区），对电池片而言，始终是有一些有害 的杂质和缺陷的，有些是硅片本身就有的，也有的是我们的工艺中形成的， 这些有害的杂质和缺陷可以起到复合中心的 作用，可以虏获空穴和电子， 使它们复合，复合的过程始终伴随着载流子的定向移动，必然会有微小的 电流产生，这些电流对测试所得的暗电流的值是有贡献的，由薄层贡献的 部分称之为薄层漏电流，由体区贡献的部分称之为体漏电流。


显然，当并联电阻Rsh越大，串联电阻越小，就越接近于理想的太阳 电池，电池的特性也就越好
Rs 和Rsh对IV曲线的影响：
不同并联电阻下的IV曲线
不同串联电阻下的IV曲线
短路电流 Isc：
在一定温度和太阳光辐照度的条件下，太阳电池子在端电压为0时的输出电流
I I ph I D I ph I 0 expqV nkT 1
太阳能电池主要技术参数
测试简化电路:
太阳能电池测试曲线
标准测试条件
1
25℃，生产中使用的温度测量系统，准确度为±2℃
AM1.5 地面标准阳光光谱采用总辐射的AM1.5标准阳光光谱 1000W/m2 ， 1000W/m2是标准测试太阳电池的光线的辐照 度。
2
3
太阳光伏能源系统标准化技术委员会（IEC—TC82）规定了标准测试条件：地面用太阳能电 池的标准测试条件为：测试温度：25±2℃，光源光谱辐照度1000W/m2，并且具有标准的 AM1.5太阳能光谱辐照度分布。
----Js为饱和电流密度
理想情况下等效电路：
I ph
ID
二极管光生电流
二极管漏电（暗电 流）
I I ph I D I ph I 0 expqV nkT 1
二极管正向电流：
I 0 为二极管反向饱和电流，其值等于在黑暗中通过PN结的少数载
流子的空穴电流和电子电流之和， q为电子电荷，U为等效二极管的端电压；K为波尔兹曼常数，T为绝 对温度；A为二极管的曲线因子，通常取值在1~2之间。
AM（ air mass 大气质量）
为了描述大气吸收对太阳 辐照能量及其光谱的分布 的影响，引入大气质量， 如果把太阳当顶垂直于海 平面的太阳辐射穿过大气 高度作为一个大气质量， 则太阳在任意位置时大气 质量定义为从海平面看太 阳通过大气的距离与太阳 在天顶时通过大气距离之 比。
由图可知由于大气中不同成分气体的作用，在AM1.5时，相当一部分波长的 太阳光已被散射和吸收。其中，臭氧层对紫外线的吸收最为强烈；水蒸气对能量 的吸收最大，约20%被大气层吸收的太阳能是由于水蒸气的作用；而灰尘既能吸 收也能反射太阳光。
温度升高，短路电流少量增加，开路电压严重降低，因为开压与半导体材 料的禁带宽度有关，禁带宽度随温度变化而变化….
基本关系式：
1 FF=Pm/ (Voc Isc)=ImVm/ (Voc Isc)
2 Pm=Isc*Voc*FF 3 Pm=Im*Vm 4 Pout=AM*S *Eff 5 Eff=Pout/Pin=FF Voc Isc/1000S，S单位为m2
U oc
I ph I ph AkT AkT ln( 1) ln q I0 q I0
可见：太阳电池的开路电压Uoc与太阳电池的面积大小无关， 一般单晶Uoc=0.62V, 多晶Uoc=0.615V
填充因子 FF：
FF
I mpVmp Voc I sc
Pm Voc I sc
FF是衡量太阳能电池输出特性的重要指标，是代表太阳能电池在带最 佳负载时，能输出的最大功率的特性，其值越大表示太阳能电池的输 出功率越大。FF的值始终小于1。
当负载 RL从0变化到无穷的时候，就可以根据上式画出太阳能 电池的负载特性曲线（伏安特性曲线）
曲线上的每一点称为工作点，工作点和原点的连线称为负载线， 斜率为：
U IR s) I I I I I I exp q(U IR ) nkT 1 ( ph D sh ph 0 s R sh
温度系数α，β，γ
电流温度系数：Isc I0 (1 T )
α数：Uoc U0 (1 T )
β=—（0.3~0.4)%/℃
功率温度系数：Pmax P (1 T ) 0
γ=—（0.35~0.5)%/℃
随着温度升高，开路电压变小而短 路电流略微增大，导致转换效率的 降低。