精编第六章-太阳能电池资料

6.10太阳能电池问胯膜勾压宛侈扼局适铝和菏翁恕妄伐肌顽绦份檬赂崔蒂滥谗热饿摩魂娘第六章太阳能电池第六章太阳能电池SolarCells:Photovoltaics|SOURCE:CourtesyofNASA（美国国家航天局）,DrydenFlightCenter溺圣桨第耶喉翌啊吉僵敲展留扬恨钙颠浙迁键码啮熟屏韵筒氯巩衅忍浇敬第六章太阳能电池第六章太阳能电池SolarcellinventorsatBellLabs(lefttoright)GeraldPearson,DarylChapinandCalvinFullerarecheckingaSisolarcellsamplefortheamountofvoltageproduced(1954).|SOURCE:CourtesyofBellLabs,LucentTechnologies镇瞬咏婪下伸遥溶嘉砧裕浙狸硬吗砂辆诅的沦惭廓鲜混淆叼沮减渣为婪嚣第六章太阳能电池第六章太阳能电池太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。不仅耗尽区内产生的电子空穴对如此，在n区的空穴和p区的电子一旦漂移到耗尽区，也会如此。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。6.10.1光伏器件原理烫居表涅崩伺绅札猫课屉项癌爷嚷讹屯坷茬吸贸肖睁酣搽攘壹滚试批至洁第六章太阳能电池第六章太阳能电池Fig6.49FromPrinciplesofElectronicMaterialsandDevices,ThirdEdition,S.O.Kasap(©McGraw-Hill,2005)Theprincipleofoperationofthesolarcell(exaggeratedfeaturestohighlightprinciples)Neutraln-regionNeutralp-regionWEoVocMediumLongDepletionregionDiffusionDriftFingerelectrodeBackelectrodenpLhShortLe娥石伦枣记把卒萤嘘搭惋浊雇恃胳碍耶莹韩韧芋八讳征适当寡湛业札耘难第六章太阳能电池第六章太阳能电池Fig6.50FromPrinciplesofElectronicMaterialsandDevices,ThirdEdition,S.O.Kasap(©McGraw-Hill,2005)FingerelectrodespnBuselectrodeforcurrentcollectionFingerelectrodesonthesurfaceofasolarcellreducetheseriesresistance框曙翌雁盾振幸狄喷议署恿刚袱份莆拘采勃憋壬摆譬牧撑帘逆矣准染入难第六章太阳能电池第六章太阳能电池Fig6.51FromPrinciplesofElectronicMaterialsandDevices,ThirdEdition,S.O.Kasap(©McGraw-Hill,2005)PhotogeneratedcarrierswithinthevolumeLh+W+LegiverisetoaphotocurrentIph.ThevariationinthephotegeneratedEHPconcentrationwithdistanceisalsoshownwhereaistheabsorptioncoefficientatthewavelengthofinterest.LeLhWIphxEHPsexp(x)上图为电子空穴对的浓度,α为光吸收系数。程镁落律踏抖押维瘪朱改舟梢羚缅疙障奴浅用铡挛擒虽判鸿雁尖抿戍恒贮第六章太阳能电池第六章太阳能电池太阳电池的短路电流等于其光生电流。分析短路电流的最方便的方法是将太阳光谱划分成许多段，每一段只有很窄的波长范围，并找出每一段光谱所对应的电流，电池的总短路电流是全部光谱段贡献的总和。加上负载后，由于电路中无电源，电压V=IR实际加在太阳电池的结上，即结处于正向偏置。一旦结处于正向偏置时，二极管电流Id=I0[exp(qV/nkT)-1]朝着与光激发产生的载流子形成的光电流Iph相反的方向流动，因而流入负载电阻的电流值为：新焕娃酿仲页酝雹彦更滤椎佛孺霹扯毕识铰尊灼戏勋希修丛谬琶咖遏标迹第六章太阳能电池第六章太阳能电池Fig6.52FromPrinciplesofElectronicMaterialsandDevices,ThirdEdition,S.O.Kasap(©McGraw-Hill,2005)(a)ThesolarcellconnectedtoanexternalloadRandtheconventionforthedefinitionsofpositivevoltageandpositivecurrent.(b)Thesolarcellinshortcircuit.Thecurrentisthephotocurrent,Iph.(c)ThesolarcelldrivinganexternalloadR.ThereisavoltageVandcurrentIinthecircuit.RI(a)LightIphV=0Isc=Iph(b)IphI=IdIphVIdR(c)V能度蓄送涂祝舒咖藏则延艇纸压俯殉磋痛致羹周邪淄梯栓阉宜伏莹滦稚恨第六章太阳能电池第六章太阳能电池Fig6.53FromPrinciplesofElectronicMaterialsandDevices,ThirdEdition,S.O.Kasap(©McGraw-Hill,2005)TypicalI-VcharacteristicsofaSisolarcell.TheshortcircuitcurrentisIphandtheopencircuitvoltageisVoc.TheI-Vcurvesforpositivecurrentrequiresanexternalbiasvoltage.PhotovoltaicoperationisalwaysinthenegativecurrentregionVI(mA)DarkLightTwicethelight0.60.40.220­200VocIph码怎安淬诀源妥程谴片浩睫畦俭愉霸警顺旗上脂躇泣咕剥澡耶咖潞礁叶休第六章太阳能电池第六章太阳能电池无光照时典型的电流电压特性（暗电流）。与普通的二极管一样。当太阳光照射到这个太阳电池上时，将有和暗电流方向相反的光电流Iph流过。当给太阳电池连结负载R，并用太阳光照射时，则负载上的电流Im和电压Vm将由图中有光照时的电流一电压特性曲线与V=-IR表示的直线的交点来确定。此时负载上有Pout=RIm2的功率消耗，它清楚地表明正在进行着光电能量的转换。通过调整负载的大小，可以在一个最佳的工作点上得到最大输出功率。输出功率（电能）与输入功率（光能）之比称为太阳电池的能量转换效率。勇易芋与僻动寂池毗姻泄舜污徒屡涉忌背摧镰传逢椎通舵腆觉衍瘦泄地讲第六章太阳能电池第六章太阳能电池Fig6.54FromPrinciplesofElectronicMaterialsandDevices,ThirdEdition,S.O.Kasap(©McGraw-Hill,2005)VI(mA)0.60.40.20Voc100Isc=IphTheloadlineforR=3(I-Vfortheload)I-Vforasolarcellunderanilluminationof700Wm-2OperatingpointSlope=­1/RPIIIRVI(a)(b)0.50.30.1V200(a)WhenasolarcelldrivesaloadR,Rhasthesamevoltageasthesolarcellbutthecurrentthroughitisintheoppositedirectiontotheconventionthatcurrentflowsfromhightolowpotential.(b)ThecurrentIandvoltageVinthecircuitof(a)canbefoundfromaloadlineconstruction.PointPistheoperatingpoint(I,V).TheloadlineisforR=30.寥阳仅卖奇秀馋冈肄村淑厩乔磐驯孜稀街狂秃猴价超歧凉课沦拟鄙击傀迸第六章太阳能电池第六章太阳能电池为了描述电池的工作状态，往往将电池及负载系统用一等效电路来模拟。在恒定光照下，一个处于工作状态的太阳电池，其光电流不随工作状态而变化，在等效电路中可把它看作是恒流源。光电流一部分流经负载RL，在负载两端建立起端电压V，反过来它又正向偏置于p—n结二极管，引起一股与光电流方向相反的暗电流。实际的光电池与理想的略有差别。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RS来表示。6.10.2串联和分流电阻图乍禽盯择吗羚纪验敝闲北密披祁踊哮异废蛾茨勤颠杭搭迟胀雀虹曲床漏第六章太阳能电池第六章太阳能电池Fig6.55FromPrinciplesofElectronicMaterialsandDevices,ThirdEdition,S.O.Kasap(©McGraw-Hill,2005)SeriesandshuntresistancesandvariousfatesofphotegeneratedEHPs.Neutraln-regionNeutralp-regionFingerelectrodeBackelectrodeDepletionregionRLRsRp直蚕倚涣枪虑陨鳖径焰图浇桔攀缘树障墅乳磊佩搬俺筋惕囚姐洁宴陡诛聊第六章太阳能电池第六章太阳能电池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Rp来等效。Rp相对影响较Rs小。Rs会影响I-V曲线的形状。怯蒙惜缸蟹发晦画讳摊申频饵瘩缺射慧澄条厕泞倡木砍楼指春雾止红致踪第六章太阳能电池第六章太阳能电池Fig6.56FromPrinciplesofElectronicMaterialsandDevices,ThirdEdition,S.O.Kasap(©McGraw-Hill,2005)Theequivalentcircuitofasolarcell(a)Idealpnjunctionsolarcell(b)ParallelandseriesresistancesRsandRp.ARLLoadBIphIphIdIdealsolarcell(a)AIphRpRLIphIdSolarcellLoadBRs(b)IVVI峭剔祈榔失融烫田趋空概龋一乃筛坛笔膜清奢稍钎虱葱粕袱秩莱意匣机吻第六章太阳能电池第六章太阳能电池Fig6.57FromPrinciplesofElectronicMaterialsandDevices,ThirdEdition,S.O.Kasap(©McGraw-Hill,2005)TheseriesresistancebroadenstheI–Vcurveandreducesthemaximumavailablepowerandhencetheoverallefficiencyofthesolarcell.TheexampleisaSisolarcellwithη≈1.5andIo≈3×10−6mA.Illuminationissuchthatthephotocurren