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1、太阳能电池伏安特性第1页，共14页，编辑于2022年，星期五太阳能电池的工作原理太阳能电池的工作原理理想太阳能电池等效电路图和伏理想太阳能电池等效电路图和伏 安特性曲线安特性曲线实际太阳能电池等效电路图和伏实际太阳能电池等效电路图和伏 安特性曲线安特性曲线太阳能电池伏安特性测试和影响因太阳能电池伏安特性测试和影响因素素第2页，共14页，编辑于2022年，星期五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收材料禁带宽度E Eg g的光子把价带中电子激发到导带上去，形成导的光子把价带中电子激发到导带上去，形成导带电子
2、，价带中留下带正电的空穴，即电子带电子，价带中留下带正电的空穴，即电子空穴对，通常称它空穴对，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pnpn结结的空间电荷区，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 n型一型一侧，空穴被扫到电池的侧，空穴被扫到电池的p p型一侧型一侧,从而在电池上下两面（两极）分别从而在电池上下两面（两极）分别形成了正负电荷积累，产生形成了正负电荷积累，产生“光生电压光生电压”。如果在电池的两端接上。如果在电池的两端接上负载，在持续的太阳光照下，就
3、会不断有电流经过负载，这就是太负载，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。阳能电池的基本工作原理。太阳能电池的工作原理太阳能电池的工作原理第3页，共14页，编辑于2022年，星期五pn结基本结构第4页，共14页，编辑于2022年，星期五在持续光照条件下，太阳在持续光照条件下，太阳能电池可看成一恒流源；能电池可看成一恒流源；黑暗条件下，太阳能电池黑暗条件下，太阳能电池是一普通的二极管，具有是一普通的二极管，具有整流特性（单向导电性），整流特性（单向导电性），可得到理想太阳能电池的可得到理想太阳能电池的等效电路图。等效电路中等效电路图。等效电路中恒流源与单向导
4、通的二极恒流源与单向导通的二极管并联，光生电流管并联，光生电流J Jscsc分流分流到二极管上的电流即为到二极管上的电流即为J Jdarkdark,对外输出电流为对外输出电流为J J理想太阳能电池的等效电路图理想太阳能电池的等效电路图第5页，共14页，编辑于2022年，星期五理想太阳能电池的伏安特性方程理想太阳能电池的伏安特性方程第6页，共14页，编辑于2022年，星期五太阳能电池太阳能电池1）短路状态）短路状态2）断路状态）断路状态3）外接负载，正常工作状态）外接负载，正常工作状态第7页，共14页，编辑于2022年，星期五理想太阳能电池伏安特性曲线理想太阳能电池伏安特性曲线最佳工作点(最大输
5、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=JS第8页，共14页，编辑于2022年，星期五描述太阳能电池的重要参数描述太阳能电池的重要参数1）最大输出功率）最大输出功率2）填充因子）填充因子3）光电转换效率）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，理想的情况是用是用Eg值介于值介于1.21.6eV的材料制作成太阳能电池，的材料制作成太阳能电池，GaAs和和CdTe是带隙较为理想的材料是带隙较为理想的材料第9页，共14页，编辑于2022年，星期五实际太阳能电池的等效电路实际太阳能电池的等效电路对于实际的太阳能电
6、池器件，太阳能电池各层材料、前表面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效电路中，可将其总效果用串联电阻Rs来表示。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负载的电流短路，这种影响可用并联电阻Rsh来等效。来等效。第10页，共14页，编辑
7、于2022年，星期五第11页，共14页，编辑于2022年，星期五实际太阳能电池的伏安特性曲线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，编辑于2022年，星期五太阳能电池伏安特性测试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，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同时用两个独立的测试线路
8、分别测量光照条件下太阳能电池的输出电压V和输出电流和输出电流I，得到太阳能电池的，得到太阳能电池的I-V特性曲线，从曲线上可以得到太阳特性曲线，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。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）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）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）在标准测试条件下测试，即大气质量AM1.5,太阳辐照度太阳辐照度1000W/m2，环境温度为，环境温度为300K第13页，共14页，编辑于2022年，星期五太阳能电池伏安特性影响因素太阳能电池伏安特性影响因素（1）辐照度影响）辐照度影响不同辐照强度太阳电池的不同辐照强度太阳电池的J-V曲线曲线 第14页，共14页，编辑于2022年，星期五