太阳能电池主要技术参数

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地面标准阳光光谱采用总辐射的AM1.5标准阳光光谱25℃，生产中使用的温度测量系统，准确度为±2℃123AM1.51000W/m2，1000W/m2是标准测试太阳电池的光线的辐照度。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。AM（airmass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。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：1exp0TkqVJJJJsnp----Js为饱和电流密度理想情况下等效电路：二极管正向电流：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。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，0IphI二极管光生电流DI二极管漏电（暗电流）1exp0nkTqVIIIIIphDph太阳能电池实际等效电路：shRI()/shLUIRRs旁路电阻的电流：shRU()shUIRs旁路电阻的两端电压：exp()1()0UIRsIIIIIIqUIRnkTphDshphsRsh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。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。补充：LR当负载从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：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exp()1()0UIRsIIIIIIqUIRnkTphDshphsRsh不同串联电阻下的IV曲线不同并联电阻下的IV曲线Rs和Rsh对IV曲线的影响：1exp0nkTqVIIIIIphDph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)短路电流Isc：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：00ln(1)lnphphocIIAkTAkTUqIqI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开路电压Voc：填充因子FF：scocmscocmpmpIVPIVVIFF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。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：mminIUAP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*FFmmscocininIUIVFFAPAPPm，Im，Um：P=UI，然后对乘积求极值温度系数α，β，γ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。0I(1)scIT电流温度系数：oc0U(1)UT电压温度系数：max0P(1)PT功率温度系数：α=+（0.06~0.1)%/℃β=—（0.3~0.4)%/℃γ=—（0.35~0.5)%/℃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：1FF=Pm/(VocIsc)=ImVm/(VocIsc)2Pm=Isc*Voc*FF3Pm=Im*Vm4Pout=AM*S*Eff5Eff=Pout/Pin=FFVocIsc/1000S，S单位为m2串联电阻鱼骨图：转换效率鱼骨图：