第3章_太阳能电池的特性-1.
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
n结收集并参与到电流流动的概率，它的大小取决于光生载流子 需要运动的距离和电池的表面特性。
✓ 在耗尽区的所有光生载流子的收集概率都是相同的，因为在这个
区域的电子空穴对会被电场迅速地分开。
✓ 在离开耗尽区，其收集收概率将下降。当载流子在与电场的距离大 集 于扩散长度的区域产生概率时，那么它的收集概率是相当低的。
➢ “填充因子‘，通常使用它的简写”FF“，是由开路电压VOC和
短路电流ISC共同决定的参数，它决定了太阳能电池的输出效 率。
➢ 填充因子被定义为电池的最大输出功率与开路VOC和ISC的乘积
的比值。FF就是能够占据IV曲线区域最大的面积。
输出电流（红线）和功率的（蓝线）图表。同时标明了电场的短路 电流点、开路电压点以及最大功率点。
&3.2.1太阳能电池的参数 电池的伏安曲线
太阳能电池的伏安曲线是电池二极管在无光照时的伏安曲线与光生
电流的叠加。光的照射能使伏安曲线移动到第四象限，意味着能量
来自电池。用光照射电池并加上二极管的暗电流，则二极管的方程
变为：
I
I
0
exp
qv nkT
1
IL
式中IL为光生电流
光照对p-n结的电流电压特性的影响及计算
短路电流源于光生载流 子的产生的收集。对于 电阻阻抗最小的理想太 阳能电池来说，短路电 流就等于光生电流。因 此短路电流是电池能输 出的最大电流。
&3.2.2太阳能电池的参数 短路电流
短路电流的大小取决于以下几个因素：
• 太阳能电池的表面积。要消除太阳能电池对表面积的依赖，通常需改变短路
电流密度（JSC 单位为mA/cm2）而不是短路电流。
➢ 第二个过程是，p-n结通过对这些光生载流子的收集，即把电子和空穴分
散到不同的区域，阻止了它们的复合。P-n结是通过其内建电场的作用把 载流子分开的。如果光生少数载流子到达p-n结，将会被内建电场移到另 一个区，然后它便成了多数载流子。
&3.1.3理想太阳能电池 收集概率
✓ “收集概率”描述了光照射到电池的某个区域产生的载流子被p-
&3.2.2太阳能电池的参数 短路电流
对于表面完全钝化和生成率完全相同的电池来说，短路电流 方程近似于：
JSC=qG(Ln+Lp) 式中G代表生成率，而Ln和Lp分别为电子和空穴的扩散长度。 可以看出，短路电流很大程度上取决于载流子的产生率和扩散 长度。
在AM1.5下的硅太阳能电池，可能的最大电流为46 mA/cm2。 实验室测得的数据已经达到42 mA/cm2，而商业用太阳能电池 的短路电流在28到35 mA/cm2之间。
&3.2.1太阳能电池的参数 电池的伏安曲线
接下来将讨论几个用于描述太阳能电池特性的重要参数。短路 电流（ISC），开路电压（VOC），填充因子（FF）和转换效率 都可以从伏安曲线测算出来的重要参数。
&3.2.2太阳能电池的参数 短路电流
短路电流是指当穿过电池的电压为零时流过电池的电流，ISC。
&3.1.5理想太阳能电池 光谱响应
硅太阳能电池的光伏响应曲线
SR光谱响应 q QE量子效率
hc
&3.1.6理想太阳能电池 光伏效应
➢ 被收集的光生载流子并不是靠其本身来产生电能的。为了产
生电能，必须同时产生电压和电流。在太阳能电池中，电压 是由所谓的”光生伏打效应”过程产生的。
➢ p-n结对光生载流子的收集引起了电子穿过电场移向n型区，
&3.1.4理想太阳能电池 量子效率
➢ 所谓“量子效率”，即太阳能电池所收集的载流子的数量与入射光子的
数量的比例。量子效率即可以与波长相对应又可以与光子能量相对应。
➢ 如果某个特定波长的所有光子都被吸收，并且其所产生的少数载流子都
能被收集，则这个量特定波长的所有光子的量子效率都是相同的。
子
➢ 而能量低于禁带宽效 率度的光子的量子效率为零。
包括了生成率和收集概率，其材料为硅，光照为1.5AM。
J
W
Lqqw0 0
Gx CP x dx
α λ H0eαλx
dλ
CPx
dx
&3.1.3理想太阳能电池 收集概率
在1.5光谱下硅的载流子产生率。注意，电池表面的生成率 是最高的，因此电池对表面特性是很敏感的。
&3.1.3理想太阳能电池 收集概率
收集概率的不一致产生了光生电流的光谱效应。
例如，表面的收集概率低于其他部分的收集概率。比较下图的蓝光、 红光和红外光，蓝光在硅表面的零点几微米处几乎被全部吸收。因 此，如果顶端表面的收集概率非常低的话，入射光中将没有蓝光对 光生电池做出贡献。
&3.1.3理想太阳能电池 收集概率
✓ 不同波长的光在硅材料中的载流子生成率。 ✓ 波长0.45μm的蓝光拥有高吸收率，为105cm-1，也因此它在非常靠近顶端表 面处被吸收。 ✓ 波长0.8μm的红光的吸收率103cm-1，因此其吸收长度更深一些。 ✓ 1.1μm红外光的吸收率为103cm-1，但是它几乎不被吸收因为它的能量接近 于硅材料的禁带宽度
第三章： 太阳能电池的特性
•&3.1理想太阳能电 池
•&3.2太阳能电池的 参数
•&3.3电阻效应
•&3.4其他效应
•&3.5对太阳能电池 的测量
&3.1.1理想太阳能电池 太阳能电池的结构
&3.1.1理想太阳能电池 太阳能电池的结构
➢ 太阳能电池是一种能直接把太阳光转化为电的电子器件。入
射到电池的太阳光通过同时产生电流和电压的形式来产生电 能。这个过程的发生需要两个条件，
&3.1.4理想太阳能电池 量子效率
➢ 硅太阳能电池中，“外部”量子效率包括光的损失，如透射和反
射。然而，测量经反射和透射损失后剩下的光的量子效率还是非 常有用的。
➢ ”内部“量子效率指的是那些没有被反射和透射且能够产生可收
集的载流子的光的量子效率。通过测量电池的反射和透射，可以 修正外部量子效率曲线并得到内部量子效率。
然而，如果光生载流子被阻止流出电池，那pn结对光生载流子的 收集将引起n型区的电子数目增多，p型区的空穴数目增多。这样， 电荷的分开将在电池两边产生一个与内建电场方向相反的电场，也 因此降低了电池的总电场。因为内建电场代表着对前置扩散电流的 障碍，所以电场减小的同时也增大扩散电流。穿过pn结的电压将达 到新的平衡。流出电池的电流大小就等于光生电流与扩散电流的差。 在电池开路的情况下，pn结的正向偏压处在新的一点，此时，光生
&3.1.2理想太阳能电池 光生电流
➢ 在太阳能电池中产生的电流叫做“光生电流”，它的产生包括了两个主
要的过程。
➢ 第一个过程是吸收入射光电子并产生电子空穴对。电子空穴对只能由能
量大于太阳能电池的禁带宽度的光子产生。然而，电子和空穴是处在亚 稳定状态的，在复合之前其平均生存时间等于少数载流子的寿命。如果 载流子被复合了，光生电子空穴对将消失，也没有电流和电能产生。
能量低于禁带宽度的光不能被吸收， 所以长波长的量子效率为零。
&3.1.4理想太阳能电池 量子效率
硅太阳能电池的量子效率。通常，波长小于350nm的光子的量子效率不予 测量，因为在1.5大气质量光谱中，这些短波的光所包含能量很小。
&3.1.4理想太阳能电池 量子效率
➢ 尽管理想的量子效率曲线是矩形的，但是实际上几乎所有的太阳能电池的
&3.1.6理想太阳能电池 光伏效应
➢ 太阳能电池分别在热平衡、短路和开路下的载流子运动状态。 ➢ 在热平衡下（光照为零），扩散电流和漂移电流都非常小。而 电池短路时，p-n结两边的少数载流子浓度以及由少数载流子决 定大小的漂移电流都将增加。 ➢ 在开路时，光生载流子引起正向偏压，因此增加了扩散电流。 扩散电流和漂移电流的方向相反，所以开路时电池总电流为零。
都会因为复合效应而减小。
➢ 影响收集效率的因素同样影响着量子效率。 ➢ 例如，顶端表面钝化会影响靠近表面的载流子的生成，而又因为蓝光是在
非常靠近表面处被吸收的，所以顶端表面的高复合效应会强烈地影响蓝光 部分量子效率。
➢ 相似的，绿光能在电池体内的大部分被吸收，但是电池ห้องสมุดไป่ตู้过低的扩散长度
将影响收集概率并减小光谱中绿光部分的量子效率。
而空穴则移向p型区。在电池短路的情况下，将不会出现电 荷的聚集，因为载流子都参与了光生电流的流动。
载流子在分别在短路和开路的下的流动情况
&3.1.6理想太阳能电池 光伏效应
被收集的光生载流子并不是靠其本身来产生电能的。为了产生电 能，必须同时产生电压和电流。在太阳能电池中，电压是由所谓的” 光生伏打效应”过程产生的。pn结对光生载流子的收集引起了电子 穿过电场移向n型区，而空穴则移向p型区。在电池短路的情况下， 将不会出现电荷的聚集，因为载流子都参与了光生电流的流动。
&3.1.5理想太阳能电池 光谱响应
➢ ”光谱响应“在概念上类似于量子效率。量子效率描述的是电
池产生的光生电子数量与入射到电池的光子数量的比，而光谱 响应指的是太阳能电池产生的电流大小与入射能量的比例。
➢
理想的光谱响应在长波长段受到限制，因为半导体不能吸收能量 光
能量低于禁带宽度的光不能被吸收，
谱
太阳能电池运行的基本步骤：
• 光生载流子的产生 • 光生载流子聚集成电流 • 穿过电池的高电压的产生 • 能量在电路和外接电阻中消耗
&3.1.2理想太阳能电池 光生电流
理想短路情况下电子和空穴在p-n结的流动。 少数载流子不能穿过半导体和金属之间的界限，如果要阻 止复合并对电流有贡献的话，必须通过p-n结的收集。
&3.2.4太阳能电池的参数 填充因子
测量填充因子最常用的方法是测量伏安曲线，即最大功率除于开 路电压与短路电流的乘积：
FF=VmpImp/VocIsc
一个比较常使用的经验方程是：
FF Voc ln(Voc 0.72) Voc 1
&3.2.4太阳能电池的参数 填充因子
然而实际上因为电池中寄生电阻的存在，填充因子的值可能会更 低一些。因此，测量填充因子最常用的方法还是测量伏安曲线， 即最大功率除于开路电压与短路电流的乘积。
FF=VmpImp/VocIsc
• 光子的数量（即入射光的强度）。电池输出的短路电流ISC的大小直接取决于
光照强度。
• 入射光的光谱。测量太阳能电池是通常使用标准的AM1.5光谱。 • 电池的光学特性（吸收和反射） • 电池的收集概率，主要取决于电池表面钝化和基区的少数载流子寿命。
在比较材料相同的两块太阳能电池时，最重要的参数是扩散长度和表面钝化。
压来算出电池的复合效应。
➢ 实验室测得的硅太阳能电池在AM1.5光谱下的最大开路电压能达
到720mV，而商业用太阳能电池通常为600mV。
&3.2.4太阳能电池的参数 填充因子
➢ 短路电流和开路电压分别是太阳能电池能输出的最大电流和
最大电压。然而，当电池输出状态在这两点时，电池的输出 功率都为零。
所以在长波长段的光谱响应为零。
响
低于禁带宽度的光子应。光谱响应曲线在随着波长减小而下降。因为
这些短波长的光子的能量很高，导致光子与能量的比例下降。
➢ 光子的能量中，所有超出禁带宽度的部分都不能被电池利用，而 是只能加热电池。在太阳能电池中，高光子能量的不能完全利用以 及低光子能量的无法吸收，导致了显著的能量损失。
➢ 首先，被吸收的光要能在材料中把一个电子激发到高能级；
➢ 第二，处于高能级的电子能从电池中移动到外部电路。在外
部电路的电子消耗了能量然后回到电池中。
➢ 许多不同的材料和工艺都基本上能满足太阳能转化的需求，
但实际上，几乎所有的光伏电池转化过程都是使用组成PN结 形式的半导体材料来完成的。
&3.1.1理想太阳能电池 太阳能电池的结构
✓ 如果载流子是在靠近电池表面这样的高复合区的区域产生，那么
它将会被复合。 前端表面
在电池中位置
对收集概率的计算，红线代表发射区的扩散长度，蓝 线代表基区的发射长度
&3.1.3理想太阳能电池 收集概率
收集概率与载流子的产生率决定了电池的光生电流的大小。光生电流大小等于
电池各处的载流子生成速率乘于那一处的收集概率。下面计算光生电流的方程
&3.2.3太阳电池的参数 开路电压
&3.2.3太阳电池的参数 开路电压
太阳能电池的开路电压方程
VOC
nkT q
ln
IL IO
1
➢ 开路电压取决了太阳能电池的饱和电流和光生电流。短路电流的
变化很小，所以关键影响在于饱和电流，因为饱和电流的大小可 以改变几个数量级。
➢ 饱和电流Io主要取决于电池的复合效应。即可以通过测量开路电
✓ 在耗尽区的所有光生载流子的收集概率都是相同的，因为在这个
区域的电子空穴对会被电场迅速地分开。
✓ 在离开耗尽区，其收集收概率将下降。当载流子在与电场的距离大 集 于扩散长度的区域产生概率时，那么它的收集概率是相当低的。
➢ “填充因子‘，通常使用它的简写”FF“，是由开路电压VOC和
短路电流ISC共同决定的参数，它决定了太阳能电池的输出效 率。
➢ 填充因子被定义为电池的最大输出功率与开路VOC和ISC的乘积
的比值。FF就是能够占据IV曲线区域最大的面积。
输出电流（红线）和功率的（蓝线）图表。同时标明了电场的短路 电流点、开路电压点以及最大功率点。
&3.2.1太阳能电池的参数 电池的伏安曲线
太阳能电池的伏安曲线是电池二极管在无光照时的伏安曲线与光生
电流的叠加。光的照射能使伏安曲线移动到第四象限，意味着能量
来自电池。用光照射电池并加上二极管的暗电流，则二极管的方程
变为：
I
I
0
exp
qv nkT
1
IL
式中IL为光生电流
光照对p-n结的电流电压特性的影响及计算
短路电流源于光生载流 子的产生的收集。对于 电阻阻抗最小的理想太 阳能电池来说，短路电 流就等于光生电流。因 此短路电流是电池能输 出的最大电流。
&3.2.2太阳能电池的参数 短路电流
短路电流的大小取决于以下几个因素：
• 太阳能电池的表面积。要消除太阳能电池对表面积的依赖，通常需改变短路
电流密度（JSC 单位为mA/cm2）而不是短路电流。
➢ 第二个过程是，p-n结通过对这些光生载流子的收集，即把电子和空穴分
散到不同的区域，阻止了它们的复合。P-n结是通过其内建电场的作用把 载流子分开的。如果光生少数载流子到达p-n结，将会被内建电场移到另 一个区，然后它便成了多数载流子。
&3.1.3理想太阳能电池 收集概率
✓ “收集概率”描述了光照射到电池的某个区域产生的载流子被p-
&3.2.2太阳能电池的参数 短路电流
对于表面完全钝化和生成率完全相同的电池来说，短路电流 方程近似于：
JSC=qG(Ln+Lp) 式中G代表生成率，而Ln和Lp分别为电子和空穴的扩散长度。 可以看出，短路电流很大程度上取决于载流子的产生率和扩散 长度。
在AM1.5下的硅太阳能电池，可能的最大电流为46 mA/cm2。 实验室测得的数据已经达到42 mA/cm2，而商业用太阳能电池 的短路电流在28到35 mA/cm2之间。
&3.2.1太阳能电池的参数 电池的伏安曲线
接下来将讨论几个用于描述太阳能电池特性的重要参数。短路 电流（ISC），开路电压（VOC），填充因子（FF）和转换效率 都可以从伏安曲线测算出来的重要参数。
&3.2.2太阳能电池的参数 短路电流
短路电流是指当穿过电池的电压为零时流过电池的电流，ISC。
&3.1.5理想太阳能电池 光谱响应
硅太阳能电池的光伏响应曲线
SR光谱响应 q QE量子效率
hc
&3.1.6理想太阳能电池 光伏效应
➢ 被收集的光生载流子并不是靠其本身来产生电能的。为了产
生电能，必须同时产生电压和电流。在太阳能电池中，电压 是由所谓的”光生伏打效应”过程产生的。
➢ p-n结对光生载流子的收集引起了电子穿过电场移向n型区，
&3.1.4理想太阳能电池 量子效率
➢ 所谓“量子效率”，即太阳能电池所收集的载流子的数量与入射光子的
数量的比例。量子效率即可以与波长相对应又可以与光子能量相对应。
➢ 如果某个特定波长的所有光子都被吸收，并且其所产生的少数载流子都
能被收集，则这个量特定波长的所有光子的量子效率都是相同的。
子
➢ 而能量低于禁带宽效 率度的光子的量子效率为零。
包括了生成率和收集概率，其材料为硅，光照为1.5AM。
J
W
Lqqw0 0
Gx CP x dx
α λ H0eαλx
dλ
CPx
dx
&3.1.3理想太阳能电池 收集概率
在1.5光谱下硅的载流子产生率。注意，电池表面的生成率 是最高的，因此电池对表面特性是很敏感的。
&3.1.3理想太阳能电池 收集概率
收集概率的不一致产生了光生电流的光谱效应。
例如，表面的收集概率低于其他部分的收集概率。比较下图的蓝光、 红光和红外光，蓝光在硅表面的零点几微米处几乎被全部吸收。因 此，如果顶端表面的收集概率非常低的话，入射光中将没有蓝光对 光生电池做出贡献。
&3.1.3理想太阳能电池 收集概率
✓ 不同波长的光在硅材料中的载流子生成率。 ✓ 波长0.45μm的蓝光拥有高吸收率，为105cm-1，也因此它在非常靠近顶端表 面处被吸收。 ✓ 波长0.8μm的红光的吸收率103cm-1，因此其吸收长度更深一些。 ✓ 1.1μm红外光的吸收率为103cm-1，但是它几乎不被吸收因为它的能量接近 于硅材料的禁带宽度
第三章： 太阳能电池的特性
•&3.1理想太阳能电 池
•&3.2太阳能电池的 参数
•&3.3电阻效应
•&3.4其他效应
•&3.5对太阳能电池 的测量
&3.1.1理想太阳能电池 太阳能电池的结构
&3.1.1理想太阳能电池 太阳能电池的结构
➢ 太阳能电池是一种能直接把太阳光转化为电的电子器件。入
射到电池的太阳光通过同时产生电流和电压的形式来产生电 能。这个过程的发生需要两个条件，
&3.1.4理想太阳能电池 量子效率
➢ 硅太阳能电池中，“外部”量子效率包括光的损失，如透射和反
射。然而，测量经反射和透射损失后剩下的光的量子效率还是非 常有用的。
➢ ”内部“量子效率指的是那些没有被反射和透射且能够产生可收
集的载流子的光的量子效率。通过测量电池的反射和透射，可以 修正外部量子效率曲线并得到内部量子效率。
然而，如果光生载流子被阻止流出电池，那pn结对光生载流子的 收集将引起n型区的电子数目增多，p型区的空穴数目增多。这样， 电荷的分开将在电池两边产生一个与内建电场方向相反的电场，也 因此降低了电池的总电场。因为内建电场代表着对前置扩散电流的 障碍，所以电场减小的同时也增大扩散电流。穿过pn结的电压将达 到新的平衡。流出电池的电流大小就等于光生电流与扩散电流的差。 在电池开路的情况下，pn结的正向偏压处在新的一点，此时，光生
&3.1.2理想太阳能电池 光生电流
➢ 在太阳能电池中产生的电流叫做“光生电流”，它的产生包括了两个主
要的过程。
➢ 第一个过程是吸收入射光电子并产生电子空穴对。电子空穴对只能由能
量大于太阳能电池的禁带宽度的光子产生。然而，电子和空穴是处在亚 稳定状态的，在复合之前其平均生存时间等于少数载流子的寿命。如果 载流子被复合了，光生电子空穴对将消失，也没有电流和电能产生。
能量低于禁带宽度的光不能被吸收， 所以长波长的量子效率为零。
&3.1.4理想太阳能电池 量子效率
硅太阳能电池的量子效率。通常，波长小于350nm的光子的量子效率不予 测量，因为在1.5大气质量光谱中，这些短波的光所包含能量很小。
&3.1.4理想太阳能电池 量子效率
➢ 尽管理想的量子效率曲线是矩形的，但是实际上几乎所有的太阳能电池的
&3.1.6理想太阳能电池 光伏效应
➢ 太阳能电池分别在热平衡、短路和开路下的载流子运动状态。 ➢ 在热平衡下（光照为零），扩散电流和漂移电流都非常小。而 电池短路时，p-n结两边的少数载流子浓度以及由少数载流子决 定大小的漂移电流都将增加。 ➢ 在开路时，光生载流子引起正向偏压，因此增加了扩散电流。 扩散电流和漂移电流的方向相反，所以开路时电池总电流为零。
都会因为复合效应而减小。
➢ 影响收集效率的因素同样影响着量子效率。 ➢ 例如，顶端表面钝化会影响靠近表面的载流子的生成，而又因为蓝光是在
非常靠近表面处被吸收的，所以顶端表面的高复合效应会强烈地影响蓝光 部分量子效率。
➢ 相似的，绿光能在电池体内的大部分被吸收，但是电池ห้องสมุดไป่ตู้过低的扩散长度
将影响收集概率并减小光谱中绿光部分的量子效率。
而空穴则移向p型区。在电池短路的情况下，将不会出现电 荷的聚集，因为载流子都参与了光生电流的流动。
载流子在分别在短路和开路的下的流动情况
&3.1.6理想太阳能电池 光伏效应
被收集的光生载流子并不是靠其本身来产生电能的。为了产生电 能，必须同时产生电压和电流。在太阳能电池中，电压是由所谓的” 光生伏打效应”过程产生的。pn结对光生载流子的收集引起了电子 穿过电场移向n型区，而空穴则移向p型区。在电池短路的情况下， 将不会出现电荷的聚集，因为载流子都参与了光生电流的流动。
&3.1.5理想太阳能电池 光谱响应
➢ ”光谱响应“在概念上类似于量子效率。量子效率描述的是电
池产生的光生电子数量与入射到电池的光子数量的比，而光谱 响应指的是太阳能电池产生的电流大小与入射能量的比例。
➢
理想的光谱响应在长波长段受到限制，因为半导体不能吸收能量 光
能量低于禁带宽度的光不能被吸收，
谱
太阳能电池运行的基本步骤：
• 光生载流子的产生 • 光生载流子聚集成电流 • 穿过电池的高电压的产生 • 能量在电路和外接电阻中消耗
&3.1.2理想太阳能电池 光生电流
理想短路情况下电子和空穴在p-n结的流动。 少数载流子不能穿过半导体和金属之间的界限，如果要阻 止复合并对电流有贡献的话，必须通过p-n结的收集。
&3.2.4太阳能电池的参数 填充因子
测量填充因子最常用的方法是测量伏安曲线，即最大功率除于开 路电压与短路电流的乘积：
FF=VmpImp/VocIsc
一个比较常使用的经验方程是：
FF Voc ln(Voc 0.72) Voc 1
&3.2.4太阳能电池的参数 填充因子
然而实际上因为电池中寄生电阻的存在，填充因子的值可能会更 低一些。因此，测量填充因子最常用的方法还是测量伏安曲线， 即最大功率除于开路电压与短路电流的乘积。
FF=VmpImp/VocIsc
• 光子的数量（即入射光的强度）。电池输出的短路电流ISC的大小直接取决于
光照强度。
• 入射光的光谱。测量太阳能电池是通常使用标准的AM1.5光谱。 • 电池的光学特性（吸收和反射） • 电池的收集概率，主要取决于电池表面钝化和基区的少数载流子寿命。
在比较材料相同的两块太阳能电池时，最重要的参数是扩散长度和表面钝化。
压来算出电池的复合效应。
➢ 实验室测得的硅太阳能电池在AM1.5光谱下的最大开路电压能达
到720mV，而商业用太阳能电池通常为600mV。
&3.2.4太阳能电池的参数 填充因子
➢ 短路电流和开路电压分别是太阳能电池能输出的最大电流和
最大电压。然而，当电池输出状态在这两点时，电池的输出 功率都为零。
所以在长波长段的光谱响应为零。
响
低于禁带宽度的光子应。光谱响应曲线在随着波长减小而下降。因为
这些短波长的光子的能量很高，导致光子与能量的比例下降。
➢ 光子的能量中，所有超出禁带宽度的部分都不能被电池利用，而 是只能加热电池。在太阳能电池中，高光子能量的不能完全利用以 及低光子能量的无法吸收，导致了显著的能量损失。
➢ 首先，被吸收的光要能在材料中把一个电子激发到高能级；
➢ 第二，处于高能级的电子能从电池中移动到外部电路。在外
部电路的电子消耗了能量然后回到电池中。
➢ 许多不同的材料和工艺都基本上能满足太阳能转化的需求，
但实际上，几乎所有的光伏电池转化过程都是使用组成PN结 形式的半导体材料来完成的。
&3.1.1理想太阳能电池 太阳能电池的结构
✓ 如果载流子是在靠近电池表面这样的高复合区的区域产生，那么
它将会被复合。 前端表面
在电池中位置
对收集概率的计算，红线代表发射区的扩散长度，蓝 线代表基区的发射长度
&3.1.3理想太阳能电池 收集概率
收集概率与载流子的产生率决定了电池的光生电流的大小。光生电流大小等于
电池各处的载流子生成速率乘于那一处的收集概率。下面计算光生电流的方程
&3.2.3太阳电池的参数 开路电压
&3.2.3太阳电池的参数 开路电压
太阳能电池的开路电压方程
VOC
nkT q
ln
IL IO
1
➢ 开路电压取决了太阳能电池的饱和电流和光生电流。短路电流的
变化很小，所以关键影响在于饱和电流，因为饱和电流的大小可 以改变几个数量级。
➢ 饱和电流Io主要取决于电池的复合效应。即可以通过测量开路电