太阳能电池伏安特性

J sh

Vsh SRsh
J (V ) J sc百度文库 J dark J sh
Vsh V SJRs
实际太阳能电池的伏安特性曲线
J (V )

J sc

q[V SJ (V ) RS ]
J 0{e kBTa
V 1}

SJ (V )Rs SRsh
串联电阻Rs和并联电阻Rsh对太阳电池J-V曲线的影响
理想太阳能电池的伏安特性方程
qV
J Jsc Jdark Jsc J 0(e kBT 1)
J0

qDh ni2 Lh Nd

qDe ni2 Le Na
太阳能电池
1）短路状态
当R 0时，即太阳能电池处于短路情况下，
此时V 0，J J sc
2）断路状态
当R 时，即太阳能电池出于断路情况下，此时J 0
pn结两端的电压即为开路
电压Voc，Voc

kBT q
ln(1
J sc J0
)
3）外接负载，正常工作状态
理想太阳能电池伏安特性曲线
太阳能电池电流与太阳能电池面积S密切相关，即I=J·S
通常用电流密度 J (mA / cm2 )取代电流 I
最佳工作点(最大输出功率）
描述太阳能电池的重要参数
1）最大输出功率
太阳能电池伏安特性测试
太阳能电池伏安特性测试原理：选取合适的太阳模拟器（模拟 光源）作为测试电池的光源。选取阻值可变的负载电阻，通过 改变负载R的阻值，同时用两个独立的测试线路分别测量光照条 件下太阳能电池的输出电压V和输出电流I，得到太阳能电池的IV特性曲线，从曲线上可以得到太阳能电池的开路电压、短路电 流、填充因子和转换效率等特征参数。 1）要求参考电池和待测电池由同种半导体材料组成，具有相似 的结构和生产工艺 2）要求模拟光源的光谱成分接近标准光源的光谱成分，模拟光 源必须能在测试平面上射出强度均匀的平行光束，在测试过程中 稳定
GaAs和CdTe是带隙较为理想的材料
实际太阳能电池的等效电路
对于实际的太阳能电池器件，太阳能电池各层材料、 前表面和背表面电极接触及引线接触等都会引入了 附加电阻，在等效电路中，可将其总效果用串联电 阻Rs来表示。 此外，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，这种影响可用 并联电阻Rsh来等效。
Pm J mVm
2）填充因子
FF Pm J mVm
J V sc oc
J V sc oc
3）光电转换效率
（%）
Pm Pin

J
mVm Pin
，Pin
表示入射到太阳能电池
上的辐照度
材料的禁带宽度直接影响到光能转换为电能的效率，理想
的情况是用Eg值介于1.2~1.6eV的材料制作成太阳能电池，
太阳能电池的伏安特性
➢太阳能电池的工作原理 ➢理想太阳能电池等效电路图和伏 安特性曲线
➢实际太阳能电池等效电路图和伏 安特性曲线
➢太阳能电池伏安特性测试和影响 因素
太阳能电池的工作原理
当太阳光照射到太阳能电池上并被吸收时，其中能量大于 电池吸收材料禁带宽度Eg的光子把价带中电子激发到导带 上去，形成导带电子，价带中留下带正电的空穴，即电 子——空穴对，通常称它们为光生载流子。导带电子和价 带空穴在不停的运动中扩散到pn结的空间电荷区，被该 区的内建电场分离，电子被扫到电池的n型一侧，空穴被 扫到电池的p型一侧,从而在电池上下两面（两极）分别形 成了正负电荷积累，产生“光生电压”。如果在电池的两 端接上负载，在持续的太阳光照下，就会不断有电流经过 负载，这就是太阳能电池的基本工作原理。
3）在标准测试条件下测试，即大气质量AM1.5,太阳辐照度 1000W/m^2，环境温度为300K
太阳能电池伏安特性影响因素
（1）辐照度影响
不同辐照强度太阳电池的J-V曲线
（2）温度的影响
太阳能电池的效率随温度的升高而下降，主要原因是电池的开 路电压随温度的升高而下降，电池的短路电流对温度不敏感， 且随温度升高略有上升
pn结基本结构
理想太阳能电池的等效电路图
在持续光照条件下，太 阳能电池可看成一恒流 源；黑暗条件下，太阳 能电池是一普通的二极 管，具有整流特性（单 向导电性），可得到理 想太阳能电池的等效电 路图。等效电路中恒流 源与单向导通的二极管
并联，光生电流Jsc分流
到二极管上的电流即为
Jdark,对外输出电流为J