浅析太阳能电池的基本特性与性能参数

作者:    浏览:2093    发布时间:2012-6-29 10:40:24

太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种,如:单晶硅多晶硅,非晶硅,砷化镓,硒铟铜等。它们的发电原理基本相同,现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅,形成P-N结。

当光线照射太阳能电池表面时,一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子,使电子发生了越迁,成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差,当外部接通电路时,在该电压的作用下,将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是:光子能量转换成电能的过程。

太阳能电池的基本特性

太阳能电池的基本特性有太阳能电池的极性、太阳电池的性能参数、太阳能电池的伏安特性三个基本特性。具体解释如下

1、太阳能电池的极性

硅太阳能电池的一般制成P+/N型结构或N+/P型结构,P+和N+,表示太阳能电池正面光照层半导体材料的导电类型;N和P,表示太阳能电池背面衬底半导体材料的导电类型。太阳能电池的电性能与制造电池所用半导体材料的特性有关。

2、太阳电池的性能参数

太阳电池的性能参数由开路电压、短路电流、最大输出功率、填充因子、转换效率等组成。这些参数是衡量太阳能电池性能好坏的标志。

3太阳能电池的伏安特性

P-N结太阳能电池包含一个形成于表面的浅P-N结、一个条状及指状的正面欧姆接触、一个涵盖整个背部表面的背面欧姆接触以及一层在正面的抗反射层。当电池暴露于太阳光谱时,能量小于禁带宽度Eg的光子对电池输出并无贡献。能量大于禁带宽度Eg的光子才会对电池输出贡献能量Eg,大于Eg的能量则会以热的形式消耗掉。因此,在太阳能电池的设计和制造过程中,必须考虑这部分热量对电池稳定性、寿命等的影响。


有关太阳电池的性能参数

1、开路电压

开路电压UOC:即将太阳能电池置于100mW/cm2的光源照射下,在两端开路时,太阳能电池的输出电压值。

2、短路电流

短路电流ISC:就是将太阳能电池置于标准光源的照射下,在输出端短路时,流过太阳能电池两端的电流。

3、大输出功率

太阳能电池的工作电压和电流是随负载电阻而变化的,将不同阻值所对应的工作电压和电流值做成曲线就得到太阳能电池的伏安特性曲线。如果选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最大,即可获得最大输出功率,用符号Pm表示。此时的工作电压和工作电流称为最佳工作电压和最佳工作电流,分别用符号Um和Im表示。

4、填充因子

太阳能电池的另一个重要参数是填充因子FF,他是最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比。

FF是衡量太阳能电池输出特性的重要指标,是代表太阳能电池在带最佳负载时,能输出的最大功率的特性,其值越大表示太阳能电池的输出功率越大。FF的值始终小于l。实际上,由于受串联电阻和并联电阻的影响,实际太阳能电池填充因子的值要低于上式所给出的理想值。串、并联电阻对填充因子有较大影响。串联电阻越大,短路电流下降越多,填充因子也随之减少的越多;并联电阻越小,这部分电流就越大,开路电压就下降的越多,填充因子随之也下降的越多。

5、转换效率

太阳能电池的转换效率指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率,等于太阳能电池的输出功率与入射到太阳能电池表面的能量之比。太阳能电池的光电转换效率是衡量电池质量和技术水平的重要参数,他与电池的结构、结特性、材料性质、工作温度、放射性粒子辐射损伤和环境变化等有关。