第三讲太阳电池原理及主要电池介绍课件.ppt

*;*;*;*;*;*;*;*;*;基本原理;*;*;*;*;*;太阳电池等效电路 (1)理想太阳电池等效电路： 相当于一个电流为Isc的恒流电源与一只正向二极管并联。 流过二极管的正向电流称为暗电流ID. 流过负载的电流为I 负载两端的电压为V; 理想的太阳电池等效电路;I=Isc-ID1-ID2 ID2很小（因为耗尽区电阻很大） →I=Isc-I01(eqv/kBT-1), I01是与n 和p中性区复合相关的暗饱和电流 短路电流 V=0时， 光生电流是Isc(短路电流） 开路电压 I=0时，电流的输出电压为开路电压 Voc=kTq-1ln(Isc+Isc/I01);理想电池的输出功率： P=IV= IscV-I01(eqv/kBT-1)V 求上式的极值，就得到最大输出电压（Vmp)和最大输出电流(Imp) ，最大输出功率(Pmp)等于最大输出电流和最大输出电压的乘积。 填充因子 定义电池的填充因子FF（fill factor)=ImpVmp/(IscVoc),填充因子小于等于1 电池转换效率（η） η=最大输出功率除以入射功率=Pmp/Pin ;*; 实际的太阳电池等效电路;(2)实际太阳电池等效电路： 由于漏电流等产生的旁路电阻Rsh 由于体电阻和电极的欧姆电阻产生的串联电阻Rs 在Rsh两端的电压为： Vj =(V+IRS) 因此流过旁路电阻Rsh的电流为： ISh= (V+IRS) / Rsh 流过负载的电流： I= Iph – ID – ISh;串联电阻;*;*;;光照能使电池的I-V曲线向下平移到第四象限，于是二极管的电能可以被获取。 为便于讨论，太阳电池的I-V特性曲线通常被上下翻转，将输出曲线置于第一象限，并用下式表示： ;;;最大转换效率为带隙Eg的函数;串联电阻;串联电阻;串联电阻;串联电阻;串联电阻;并联电阻; 暗电流ID是注入电流和复合电流之和，可以简化为单指数形式： ID=Ioo{exp(qVj/A0kT)-1} 其中： Ioo为太阳电池在无光照时的饱和电流； A0为结构因子，它反映了p-n结的结构完整性对性能的影响； K是玻尔兹曼恒量 ;因此得出: 这就是光照情况下太阳电池的电流- 电压的关系。画成图形，即为(I-V)特性曲线。;在理想情况下： Rsh →∞ ， Rs→0 由此得到： I= Iph – ID = Iph – Ioo{exp(qV/A0kT)-1} 在负载短路时，即Vj=0(忽略串联电阻)，便得到短路电流，其值恰好与光电流相等 Isc= Iph; 因此得出： I= Iph – ID = Isc – Ioo{exp(qV/A0kT)-1} 在负载R→∞时,输出电流→0,便得到开路电压Voc其值由下式确定： ;伏安(I-V)特性曲线 受光照的太阳电池，在一定的温度和辐照度以及不同的外电路负载下，流入负载的电流I和电池端电压V的关系曲线。 下图为某个太阳电池组件的(I-V)特性曲线示意图。;不同辐照度下电池的I-V特性曲线;开路电压 在一定的温度和辐照度条件下，光伏电池在空载(开路)情况下的端电压，通常用Voc来表示 太阳电池的开路电压与电池面积大小无关，通常单晶硅太阳电池的开路电压约为450-600mV，最高可达690mV 。 太阳电池的开路电压与入射光谱辐照度的对数成正比。 ;短路电流 在一定的温度和辐照条件下，太阳电池在端电压为零时的输出电流，通常用Isc来表示。 Isc与太阳电池的面积大小有关，面积越大， Isc越大。一般1cm2的太阳电池Isc值约为16-30mA。 Isc与入射光的辐照度成正比。 ;量子效率（QE-quantum efficiency);外量子效率(EQE)（external quantum efficiency);内量子效率(IQE)（internal quantum efficiency);内外量子效率的关系;最大功率点 在太阳电池的伏安特性曲线上对应最大功率的点，又称最佳工作点。 最佳工作电压 太阳电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电压。通常用Vmp表示 最佳工作电流 太阳电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电流。通常用Imp表示;转换效率 受光照太阳电池的最大功率与入射到该太阳电池上的全部辐射功率的百分比。 η= Vmp Imp / At Pin 其中Vmp和Imp分别为最大输出功率点的电压和电流，At为太阳电池的总面积， P