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电性能参数分析

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-02-02 17:20
tags:

-

2021年2月2日发(作者:战斧)


电性能参数分析



常规晶体硅太阳电池结构及工作原理:



太阳电池是一种能够直接将太阳辐射能转化为电能的电子器件。对


P

< br>型(空穴型)或


n


(电子型)型


硅衬底进行相反类型的源掺杂,


形成


n+



p+


型发射区,经电子扩散之后形成内建电场,

< p>
可将光照条件下产


生的光生载流子进行分离。




太阳电池理想


I-V


特性方程,即工作状态电流


-


电压关系式,如


(1-1)




I=Iph-I


0


[


exp(qv/n kT)-1


]


(1-1)



其中,


q


为电子电量


(1.6*10



库仑


)



k


为 玻尔兹曼常数,


T


为绝对温度


(K)< /p>



I


0


为二极管 饱和电流,


Iph


为光生电流,


n


为二极管理想因子。一般晶体硅太阳电池


I-V

曲线如图所示,纵坐标表示电流,最大值


为短路电流


Isc


,横坐标表示电压,最大值为开路电压


Voc

< br>。玻尔兹曼常量系热力学的一个基本常量,


记为“K”,数值为:K=1.380 6505×


10


-


23



-19


J/K


,玻尔兹曼常 量可以推导得到,理想气体常数


R


等于


-1


-1


玻尔兹曼常数乘以阿伏伽德罗常数。R=8.314J ·mol


·K



阿伏伽德罗常数


6.02×10



23



短路电流(

Isc




当太阳电池的输出电压为零时,即外接电路短路时,流经太阳电池体内的电流为短路电流

Isc


,对于


理想太阳电池,短路电流就等于光生电流


Iph


,所以短路电流的大小和以下几个因素相关联:



(1)


太阳电池的面积。通常在分析时利用短路电 流密度概念


Jsc


,即单位面积上流过的电流,单位为


A



cm


2

< p>


I = nqsv


其中:


n


:表示单位体积内的自由电荷数


q


:电子的电量


s


:为导体横截面积


v


:为


自由电子定向移动的速率。)。



(2)


光照强度以及光谱分布。



(3)


太阳电池的减反射、陷光效果和前表面栅线的遮挡面积。



(4)


电子收集效率。这主要取决于表面 钝化效果以及少子寿命。如在非常好的表面钝化和一致的电子


-


空穴


对产生率条件下,短路电流密度为:


Jsc=qG(Ln+ Lp)


其中


G


为电子


-


空穴产生率,


Ln



Lp


分别为电子和空


穴扩散长度。

< p>


开路电压(


Voc


)< /p>




当太阳电池外接电路开路时


,


可得到太阳电池的有效最大电压,即开路电压


Voc


。在开路状态下,流


经太阳电池的净电流为零。


在方程


(1-1)


中,



I=0



可得到:

< br>Voc=



nkT/q)ln(Iph/I


0


+1)




从中可以看出,


Voc


的大小与以下因素相关:
























本文详见:


/




























1




(1)


从光生电流


Iph

< br>可以看出,


Iph


的改变量有限,其对


Voc


的大小影响也较小。



(2)


反向饱和电流


I


0


。在太阳电池中,


I


0


的变 化通常可达几个数量级,所以它对


Voc


的影响非常大。而


I


0


决定于太阳电池的各种复合机制,所以 通常


Voc


的大小可以用来检测太阳电池的复合大小。



反向饱和电流:



二极管中:如果给它 加反向电压,当反向电压在某一个范围内变化时,反向电流(即此时通


过二极管的电流) 基本不变,这个电流就叫反向饱和电流.其他器件中也有类似的情况.



其根本


在于


p-n


结的单向导 电性。反向电流是由少数载流子的漂移运动形成的,同时少数载流子是由本


征激发产生的 ,当二极管制成后,其数值决定于温度,而几乎与外加电压无关。在一定温度


T


下,


由于热激发而产生的少数载流子的数量是一定的,电流的值趋于恒定 ,这时的电流就是反向饱和


电流。



填 充因子(


FF




Voc



Isc


是太阳电池所能达到的最大电压和电流值,但是,从


I-V

特性曲线上可以看出,此时的输


出功率为零。填充因子表示最大功率点处功率与


Voc*Isc


的比值。高的


Voc


可得到高的填充因子。



一般计算

< p>
FF


可用经验公式:


FF=[

< br>v


oc



ln(


v


oc+0.72)]/(


v


oc+1)


V


oc=Voc q/(nkT)


转化效率(


Eta





太阳电池转换效率


Eta

< p>
是表示单位面积上将辐照能量转换为多少电能的量。通常定义为




Eta=Pmp/Pin=VocIscFF/Pin


Pin


表示入射光功率



转换效率越高,


表示在单位面积上单位辐照强度下能产生更多的电能。


其大小与


Voc



I sc



FF


息息相关。



晶体硅太阳能电池性能影响因素:



特征电阻


Rch




特征电阻表示在最大功率点条件下 太阳电池的负载电阻。当负载电阻等于特征电阻时,太阳能电池的


最大功率加载到负载上 ,同时电池也运行在最大功率条件下。


Rch=Vmp/Imp


可近似表示为


Rch=Voc/Isc


所以一般电流电压关系可表示为


I=V/Rch



串联电阻


(Rs)

< br>和并联电阻


(Rsh)




太阳电池的自身电阻的存在消耗了太阳电池的功率,


降低填充因子和 转换效率,


通常指串联电阻和并


联电阻,如图

< br>1-5


所示。由于电阻的值与面积密切相关,通常在分析时采用“归一化电阻”概 念,其单位



Ω


cm2


,根据欧姆定律,将


I


值以


J


值替代,得到:


R(


Ω


cm2)=V



J
























本文详见:


/




























2



-


-


-


-


-


-


-


-



本文更新与2021-02-02 17:20,由作者提供,不代表本网站立场,转载请注明出处:https://www.bjmy2z.cn/gaokao/601545.html

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