太阳能电池的参数.ppt

1 OLED研发中心 电子科技大学OLED研发中心 专题四、太阳能电池的主要参数 主讲： 光电学院 钟 建 . 提纲 一、太阳能电池的等效电路 二、太阳能电池的主要技术参数 一、太阳能电池的等效电路 (1) .理想的太阳电池等效电路 理想的太阳电池等效电路如图所示。 当连接负载的太阳电池受到光照射时，太阳电池可看做是产生光生电流Iph的恒流源。 与之并联的有一个处于正偏置下的二极管，通过二极管P-N结的漏电流ID称为暗电流，是在无光照时，由于外电压作用下P-N结内流过的电流，其方向与光生电流方向相反，会抵消部分光生电流。 一、太阳能电池的等效电路 (1) .理想的太阳电池等效电路 暗电流ID表达式为： 式中 I0——反向饱和电流，在黑暗中通过P-N结的少数载流子的空穴电流和电子电流的代数和； U——等效二极管的端电压； q——电子电量； T——绝对温度； A——二极管曲线因子，取值在1~2之间。 因此，流过负载两端的工作电流为： 一、太阳能电池的等效电路 (2) 实际的太阳电池等效电路 太阳电池本身还有电阻，一类是串联电阻，另一类是并联电阻（又称旁路电阻）; 串联电阻主要是由于半导体材料的体电阻、金属电极与半导体材料的接触电阻、扩散层横向电阻以及金属电极本身的电阻四个部分产生的Rs; 其中扩散层横向电阻是串联电阻的主要形式，串联电阻通常小于1Ω； 一、太阳能电池的等效电路 (2) 实际的太阳电池等效电路 太阳电池本身还有电阻，一类是串联电阻，另一类是并联电阻（又称旁路电阻）; 并联电阻是由于电池表面污染、半导体晶体缺陷引起的边缘漏电或耗尽区内的复合电流等原因产生的旁路电阻Rsh，一般为几千欧。实际的太阳电池等效电路如图所示。 一、太阳能电池的等效电路 (2) 实际的太阳电池等效电路 在旁路电阻Rsh两端的电压为Uj=（U+IRs），因此流过旁路电阻Rsh的电流为Ish=（U+IRs）/Rsh而流过负载的电流为： 一、太阳能电池的等效电路 (2) 实际的太阳电池等效电路 显然，太阳电池的串联电阻越小，旁路电阻越大，越接近于理想的太阳电池，该太阳电池的性能也越好。 目前的太阳电池制造工艺水平，在要求不很严格时，可以认为串联电阻接近于零，旁路电阻趋近于无穷大，也就可当做理想的太阳电池看待。 一、太阳能电池的等效电路 (2) 实际的太阳电池等效电路 实际的太阳电池等效电路还应该包含由于P-N结形成的结电容和其他分布电容，但考虑到太阳电池是直流设备，通常没有交流分量，因此这些电容的影响也可以忽略不计。 二、太阳能电池的主要技术参数 伏安特性曲线 由上式可知，当负载R从0变到无穷大时，负载R两端的电压U和流过的电流I之间的关系曲线，即为太阳电池的负载特性曲线，通常称为太阳电池的伏安特性曲线，以前也按习惯称为I-V特性曲线。 二、太阳能电池的主要技术参数 (1) 伏安特性曲线 实际上，通常并不是通过计算，而是通过实验测试的方法来得到。 在太阳电池的正负极两端，连接一个可变电阻R，在一定的太阳辐照度和温度下，改变电阻值，使其由0（即短路）变到无穷大（即开路），同时测量通过电阻的电流和电阻两端的电压。 在直角坐标图上，以纵坐标代表电流，横坐标代表电压，测得各点的连线，即为该电池在此辐照度和温度下的伏安特性曲线，如图所示。 二、太阳能电池的主要技术参数 (2) 开路电压 在一定的温度和辐照度条件下，太阳电池在空载（开路）情况下的端电压，也就是伏安特性曲线与横坐标的交点所对应的电压，通常用Uoc来表示。 二、太阳能电池的主要技术参数 (2) 开路电压 对于一般的太阳电池，可近似认为接近于理想的太阳电池，即太阳电池的串联电阻值为零，旁路电阻为无穷大。当开路时，I=0，电压U即为开路电压Uoc， 太阳电池的开路电压Uoc与电池面积大小无关，一般单晶硅太阳电池的开路电压约为450~600mV，最高可达700mV左右。 二、太阳能电池的主要技术参数 (3) 短路电流 在一定的温度和辐照度条件下，太阳电池在端电压为零时的输出电流，也就是伏安特性曲线与纵坐标的交点所对应的电流，通常用Isc来表示。由下式可知： 当U=0时，Isc=Iph。 太阳电池的短路