太陽能電池的基本特性_袁鎮(zhèn)

1、太陽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)境污染是人類正面臨的重大挑戰(zhàn)開發(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。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源對太陽能電池的研究與開發(fā)也變得日益重要。從太陽能電池的結(jié)構(gòu)、工作原理出發(fā)系統(tǒng)地論述了表征太陽能電池特性的短路電流、開路電壓和填充因子等參數(shù)以及外界條件對他們的影響。關(guān)鍵詞:太陽能電池短路電流開路

2、電壓填充因子轉(zhuǎn)換效率中圖分類號:TN366文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號: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)星長時(shí)期的動力供應(yīng)并且是地球能量來源的一個(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力且?guī)缀?/p>

6、沒有污染[12]。1太陽能電池的極性硅太陽能電池的一般制成PN型結(jié)構(gòu)或NP型結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1太陽能電池構(gòu)形圖其中第一個(gè)符號即P和N表示太陽能電池正面光照層半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型第二個(gè)符號即N和P表示太陽能電池背面襯底半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型。太陽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)。在太陽光或其他照射時(shí)太陽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)太陽能電池作為電源與外電路連接時(shí)太陽能電池在正向狀態(tài)下工作。當(dāng)太陽

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能電池提供反向偏壓。2太陽電池的性能參數(shù)(1)開路電壓開路電壓UOC即將太陽能電池置于100mWcm2的光源照射下在兩端開路時(shí)太陽能電池的輸出電壓值?？捎酶邇?nèi)阻的直流毫伏計(jì)測量電池的開路電壓。(2)短路電流短路電流ISC就是將太陽能電池置于標(biāo)準(zhǔn)光源的照射下在輸出

8、端短路時(shí)流過太陽能電池兩端的電流。測量短路電流的方法是用內(nèi)阻小于1Ω的電流表接在太陽能電池的兩端。(3)最大輸出功率太陽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為自然對數(shù)的底。圖4太陽能電池的能帶圖、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)是開路電壓的表達(dá)式表明要提高太

10、陽電池的開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)做圖可得到太陽能電池的伏安關(guān)系曲線如圖5所示。這個(gè)曲線可簡稱為IU曲線。圖5中曲線1是二極管的暗伏安關(guān)系曲線即無光照時(shí)太陽能電池的IU曲線曲線2是電池接受光照后的IU曲線他可由無光照時(shí)IU曲線向第4象限位移ISC量得到。經(jīng)過坐標(biāo)變換最后可得到常用的光照太陽能電池的伏安特性曲線如圖6所示。太陽能電池的伏安特性曲線顯示了通過太陽能電池(組件)傳送的電流與電壓在特定的

11、太陽輻照度下的關(guān)系。對于實(shí)際的太陽電池來說必須考慮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)電阻的影響后太陽電池的伏安特性為:IL=ISCI0eq(UILRSnKT1UILRSRsh(9)式中n稱為PN結(jié)的品質(zhì)因子。圖5太陽能電池的圖6常用的

12、太陽能電池伏安關(guān)系曲線伏安特性曲線在一定的光照下太陽電池產(chǎn)生一定的電流ISC其中一部分是流過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流過理想二極管的電流即暗電流IDIL為流過負(fù)載電阻R的電流。如圖4(c)所示。4結(jié)語本文從太陽能電池的結(jié)構(gòu)、工作原理出發(fā)論述了表征太陽能電池特性的短路電流、開路電壓、填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率等參數(shù)以及外界條件對他們的影響

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

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