太阳能电池伏安特性

太阳能电池伏安特性第1页，共14页，2023年，2月20日，星期六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第2页，共14页，2023年，2月20日，星期六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第3页，共14页，2023年，2月20日，星期六pn结基本结构第4页，共14页，2023年，2月20日，星期六在持续光照条件下，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第5页，共14页，2023年，2月20日，星期六理想太阳能电池的伏安特性方程第6页，共14页，2023年，2月20日，星期六太阳能电池1）短路状态2）断路状态3）外接负载，正常工作状态第7页，共14页，2023年，2月20日，星期六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·S第8页，共14页，2023年，2月20日，星期六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第9页，共14页，2023年，2月20日，星期六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。第10页，共14页，2023年，2月20日，星期六第11页，共14页，2023年，2月20日，星期六实际太阳能电池的伏安特性曲线串联电阻Rs和并联电阻Rsh对太阳电池J-V曲线的影响第12页，共14页，2023年，2月20日，星期六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第13页，共14页，2