太陽(yáng)能電池的基本特性_袁鎮(zhèn)

1、太陽(yáng)能電池的基本特性袁鎮(zhèn)賀立龍(西安創(chuàng)聯(lián)電氣科技(集團(tuán))有限責(zé)任公司陜西西安710065)摘要:能源危機(jī)與環(huán)境污染是人類(lèi)正面臨的重大挑戰(zhàn)開(kāi)發(fā)新能源和可再生清潔能源是21世紀(jì)最具決定影響的技術(shù)領(lǐng)域之一。太陽(yáng)能是一種取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源對(duì)太陽(yáng)能電池的研究與開(kāi)發(fā)也變得日益重要。從太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)、工作原理出發(fā)系統(tǒng)地論述了表征太陽(yáng)能電池特性的短路電流、開(kāi)路電壓和填充因子等參數(shù)以及外界條件對(duì)他們的影響。關(guān)鍵詞:太陽(yáng)能電池短路電流開(kāi)路

2、電壓填充因子轉(zhuǎn)換效率中圖分類(lèi)號(hào):TN366文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1004373X(2007)1616303TheBasicacteristicsofSolarCellsYUANZhenHELilong(Xi′anChuanglianElectronicComponent(Group)Co.Ltd.Xi′an710065China)Abstract:Theenergycrisispollutionofenvironmentisserio

3、uschallengefhumanbeing.Itisthemostcriticalin2fluentialtechnologyareas.Solarenergyisaregenerativecleanenergy.Theresearchofsolarcellsbecomesmemeimptant.Inthispapertheparameterswhichareusedtoacterthesolarcellsaresystematica

4、llydiscussedbasedonthestructurewkingprincipleofsolarcellstheeffectofenvironmentconditionsontheseparametersarealsodiscussed.Theseparametersareshtcircuitcurrentopencircuitvoltagefillfact.Keywds:colarcellsshtcircuitcurrento

5、pencircuitvoltagefillfactconversionefficiency收稿日期:20070313太陽(yáng)能電池是利用半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)((Photovol2taicEffect)做成的半導(dǎo)體器件也是一種電離輻射效應(yīng)的應(yīng)用。太陽(yáng)能電池(solarcell)在太空中及地球上的應(yīng)用均非常廣泛他提供了人造衛(wèi)星長(zhǎng)時(shí)期的動(dòng)力供應(yīng)并且是地球能量來(lái)源的一個(gè)重要選擇因?yàn)樗芤愿咿D(zhuǎn)換效率將日光直接轉(zhuǎn)換成電能能提供低成本而近乎永恒的動(dòng)力且?guī)缀?/p>

6、沒(méi)有污染[12]。1太陽(yáng)能電池的極性硅太陽(yáng)能電池的一般制成PN型結(jié)構(gòu)或NP型結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1太陽(yáng)能電池構(gòu)形圖其中第一個(gè)符號(hào)即P和N表示太陽(yáng)能電池正面光照層半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類(lèi)型第二個(gè)符號(hào)即N和P表示太陽(yáng)能電池背面襯底半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類(lèi)型。太陽(yáng)能電池的電性能與制造電池所用半導(dǎo)體材料的特性有關(guān)。在太陽(yáng)光或其他照射時(shí)太陽(yáng)能電池輸出電壓的極性P型一側(cè)電極為正N型一側(cè)電極為負(fù)。當(dāng)太陽(yáng)能電池作為電源與外電路連接時(shí)太陽(yáng)能電池在正向狀態(tài)下工作。當(dāng)太陽(yáng)

7、能電池與其他電源聯(lián)合使用時(shí)如果外電路的正極與電池的P電極連接負(fù)極與電池的N電極連接則外電源向太陽(yáng)能電池提供正向偏壓如果外電源的正極與電池的N電極連接負(fù)極與P電極連接則外電源向太陽(yáng)能電池提供反向偏壓。2太陽(yáng)電池的性能參數(shù)(1)開(kāi)路電壓開(kāi)路電壓UOC即將太陽(yáng)能電池置于100mWcm2的光源照射下在兩端開(kāi)路時(shí)太陽(yáng)能電池的輸出電壓值?？捎酶邇?nèi)阻的直流毫伏計(jì)測(cè)量電池的開(kāi)路電壓。(2)短路電流短路電流ISC就是將太陽(yáng)能電池置于標(biāo)準(zhǔn)光源的照射下在輸出

8、端短路時(shí)流過(guò)太陽(yáng)能電池兩端的電流。測(cè)量短路電流的方法是用內(nèi)阻小于1Ω的電流表接在太陽(yáng)能電池的兩端。(3)最大輸出功率太陽(yáng)能電池的工作電壓和電流是隨負(fù)載電阻而變化的將不同阻值所對(duì)應(yīng)的工作電壓和電流值做成曲線就得361《現(xiàn)代電子技術(shù)》2007年第16期總第255期集成電路IL=ISCI0eqUAKT1(5)式(4)(5)中:ID為太陽(yáng)電池的暗電流或漏電流單位AI0為PN結(jié)的反向飽和暗電流單位Aq為電子電荷單位CK為玻爾茲曼常數(shù)T為熱力學(xué)溫度

9、單位KA為常數(shù)因子(正偏電壓大時(shí)A值為1正偏電壓小時(shí)A值為2)e為自然對(duì)數(shù)的底。圖4太陽(yáng)能電池的能帶圖、電路及等效帶路研究表明決定I0大小的關(guān)鍵參數(shù)是半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg以下的經(jīng)驗(yàn)公式給出了I0的低限[5]:I0≥1.5105exp(EgKT)(6)在短路狀態(tài)下U=0由式(5)可得到:IL=ISC(7)在開(kāi)路狀態(tài)下且IL=0時(shí)電壓U即為UOC用式(8)表示:UOC=AKTqlnISCI01(8)式(8)是開(kāi)路電壓的表達(dá)式表明要提高太

10、陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓必須提高短路電流和反向飽和電流的比值。根據(jù)式(5)和式(8)做圖可得到太陽(yáng)能電池的伏安關(guān)系曲線如圖5所示。這個(gè)曲線可簡(jiǎn)稱(chēng)為IU曲線。圖5中曲線1是二極管的暗伏安關(guān)系曲線即無(wú)光照時(shí)太陽(yáng)能電池的IU曲線曲線2是電池接受光照后的IU曲線他可由無(wú)光照時(shí)IU曲線向第4象限位移ISC量得到。經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換最后可得到常用的光照太陽(yáng)能電池的伏安特性曲線如圖6所示。太陽(yáng)能電池的伏安特性曲線顯示了通過(guò)太陽(yáng)能電池(組件)傳送的電流與電壓在特定的

11、太陽(yáng)輻照度下的關(guān)系。對(duì)于實(shí)際的太陽(yáng)電池來(lái)說(shuō)必須考慮PN結(jié)的品質(zhì)和實(shí)際存在的串聯(lián)電阻RS并聯(lián)電阻Rsh。串聯(lián)電阻包括擴(kuò)散層的薄層電阻、基區(qū)材料本身的電阻、電極與半導(dǎo)體的接觸電阻、電極的電阻等并聯(lián)電阻包括PN結(jié)的漏電阻及電池邊緣的漏電阻等他是由硅片的邊緣不清潔或體內(nèi)的缺陷引起的。因此考慮串并聯(lián)電阻的影響后太陽(yáng)電池的伏安特性為:IL=ISCI0eq(UILRSnKT1UILRSRsh(9)式中n稱(chēng)為PN結(jié)的品質(zhì)因子。圖5太陽(yáng)能電池的圖6常用的

12、太陽(yáng)能電池伏安關(guān)系曲線伏安特性曲線在一定的光照下太陽(yáng)電池產(chǎn)生一定的電流ISC其中一部分是流過(guò)PN結(jié)的暗電流另一部分是供給負(fù)載的電流。故可把光照PN結(jié)看作是一個(gè)恒流源與理想二極管的并聯(lián)組合恒流源的電流就是最大的光生電流ISC流過(guò)理想二極管的電流即暗電流IDIL為流過(guò)負(fù)載電阻R的電流。如圖4(c)所示。4結(jié)語(yǔ)本文從太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)、工作原理出發(fā)論述了表征太陽(yáng)能電池特性的短路電流、開(kāi)路電壓、填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率等參數(shù)以及外界條件對(duì)他們的影響

13、。對(duì)于了解太陽(yáng)能電池的基本特性有很大的幫助同時(shí)對(duì)太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)和測(cè)試也有一定的指導(dǎo)作用。參考文獻(xiàn)[1]ChapinDMFullerCSPearsonGL.ANewSiliconPNJunctionPhotocellfConvertingSolarRadiationintoElec2tricalPower[J].Appl.Phys.195425:676677.[2]GreenMS.SolarCellsinModernSemiconduc

14、tDevicePhysics[M].WileyInterscienceNewYk1998.[3]GreenMA.SolarCellsOperatingPrincipleTechnologySystemApplication[M].N.J.PrenticeHallInc.Engle2woodCliffs1982.[4]HuCWhiteRM.SolarCells[M].NewYk:McGrawHill1983.[5]GreenMA.Sola