太阳能电池伏安特性

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。太阳能电池的工作原理pn结基本结构在持续光照条件下，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理想太阳能电池的等效电路图理想太阳能电池的伏安特性方程)1(0TkqVscdarkscBeJJJJJaeiedhihNLnqDNLnqDJ220太阳能电池1）短路状态2）断路状态3）外接负载，正常工作状态短路情况下，时，即太阳能电池处于当0RscJJV，此时00JR断路情况下，此时时，即太阳能电池出于当)1ln(0JJqTkVVpnscBococ，电压结两端的电压即为开路理想太阳能电池伏安特性曲线最佳工作点(最大输出功率）太阳能电池电流与太阳能电池面积S密切相关，即I=J·SIcmmAJ取代电流通常用电流密度)/(2描述太阳能电池的重要参数1）最大输出功率2）填充因子3）光电转换效率mmmVJPocscmmocscmVJVJVJPFF上的辐照度表示入射到太阳能电池，）（ininmminmPPVJPP%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，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。shshshSRVJshdarkscJJJVJ)(sshSJRVV实际太阳能电池的伏安特性曲线shsTkRVSJVqscSRRVSJVeJJVJaBS)(}1{)(])([0串联电阻Rs和并联电阻Rsh对太阳电池J-V曲线的影响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I-V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（2）温度的影响