太阳电池原理及基本特性.ppt

《太阳电池原理及基本特性.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、第一章太阳电池原理第二节太阳电池原理及基本特性目录太阳电池原理及基本特性p-n结的光生伏特效应太阳电池的电流电压特性太阳电池的基本参数如何提高电池的光电转换效率太阳辐射基本知识1.p-n结的光生伏特效应当用适当波长的光照射非均匀半导体（p-n结等）时，由于内建场的作用（不加外电场），半导体内部产生电动势（光生电压）；如将p-n结短路，则会出现电流（光生电流）。这种由内建场引起的光电效应称为光生伏特效应。h≥Eg太阳电池原理及基本特性太阳电池基本结构前电极1.p-n结的光生伏特效应平衡p-n结：在p-n结处形成耗尽区，其中存在着势垒电场，该电场的方向由n区指向p区。——

2、内建电场光照：在N区、耗尽层P区产生电子-空穴对。多数载流子浓度改变较小，而少数载流子浓度变化很大，主要研究少数载流子的运动。太阳电池原理及基本特性1.p-n结的光生伏特效应N区：光生空穴(少子)便向PN结边界扩散,一旦到达PN结边界,便立即受到内建电场作用，被电场力牵引做漂移运动，越过耗尽区进入P区。P区：光生电子(少子)同样的先因为扩散,后因为漂移而进入N区。在PN结的两侧形成了正负电荷的积累,产生了电动势——光生电动势（光生电压）由P区→N区太阳电池原理及基本特性1.p-n结的光生伏特效应内建电场：由N区→P区光生电压：由P区→N区正向偏压下的p-n结太阳电池原理

3、及基本特性2.太阳电池的电流电压特性光电池工作时涉及三股电流：光生电流IL：N区→P区在光生电压作用下的正向电流ID：P区→N区流经外电路的电流I：太阳电池原理及基本特性2.太阳电池的电流电压特性光生电流IL：设用一定强度的光照射光电池，因存在吸收，光强度随着光透入的深度按指数规律下降，因而光生载流子产生率也随光照深度而减小，即产生率Q是x的函数。简化：用表示在结的扩散长度内非平衡载流子的平均产生率，并设扩散长度内的空穴和内的电子都能扩散到p-n结面而进入另一边。太阳电池原理及基本特性量子产额，光强，吸收系数2.太阳电池的电流电压特性在光生电压作用下的正向电流ID：正向

4、偏压：光生电压V：反向饱和电流太阳电池原理及基本特性2.太阳电池的电流电压特性流经外电路的电流I：光电池的伏安特性太阳电池原理及基本特性①无光照②有光照2.太阳电池的电流电压特性理想光电池的等效电路为了描述电池的工作状态，往往将电池及负载系统用等效电路模拟,如图所示。把太阳电池看成产生光电流的电流源。光照恒定时，光电流不随工作状态变化，可看作恒流源。同时，光电压的存在会产生一个与光电流方向相反的二极管电流，称为暗电流。R为负载电阻，负载端压为V，电路电流为I。太阳电池原理及基本特性2.太阳电池的电流电压特性实际光电池的等效电路RsILIDIshRLVRshI太阳电池原理

5、及基本特性串联电阻主要来源于半导体材料的体电阻、电极和半导体之间的接触电阻以及电极电阻。并联电阻主要来源于p-n结漏电，其中包括电池边缘漏电以及结区存在缺陷和杂质引起的内部漏电。用RS和Rsh分别表示串联电阻和并联电阻。3.太阳电池的基本参数太阳电池的负载特性曲线：曲线上的点称为工作点，对应的电流和电压分别为工作电压、工作电流，对应的功率为P=IV。当功率为最大值Pm时，对应的Vm、Im分别称为最佳工作电压、最佳工作电流，该点称为最佳工作点。短路时，V=0,I=ISC,称为短路电流。开路时，I=0,V=VOC,称为开路电压。ImIVVmPmVocIsc太阳电池原理及基本

6、特性3.太阳电池的基本参数（1）开路电压（2）短路电流（3）填充因子（4）最大输出功率（5）光电转换效率太阳电池原理及基本特性3.太阳电池的基本参数由光电池的伏安特性：得到：（1）开路电压p-n结开路情况下，R=∞，此时流经R的电流I=0，则得：IL=ID太阳电池原理及基本特性3.太阳电池的基本参数开路电压为：（2）短路电流将p-n结短路，I=0，则得：太阳电池原理及基本特性光强度当光电压增大到pn结势垒消失时，即得到最大光生电压pn结势垒高度3.太阳电池的基本参数（3）填充因子FFFF：表征电池I-V曲线“方形”的程度，是衡量太阳电池输出特性好坏的重要指标之一。太阳电

7、池原理及基本特性3.太阳电池的基本参数（4）最大输出功率Pm由填充因子表达式可得：在一定的光照下，为了有尽量大的功率输出，就要获得尽量大的开路电压VOC、短路电流ISC和填充因子FF太阳电池原理及基本特性3.太阳电池的基本参数（5）光电转换效率太阳电池的效率是有理论上限的。对于硅太阳电池，其禁带宽度为1.12eV。在太阳光谱中，能量小于1.12eV的光子占有约23%的能量。其次，一个被吸收的光子一般只能产生一个电子-空穴对，因而光子能量超过Eg的部分将被浪费掉。对硅电池而言，在其可吸收的光谱内，大约有43%的能量因此而损失。仅此两项损失，