太陽能電池基本特性與性能參數(shù)詳解

　　太陽能電池是一對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P－N結(jié)。

　　當(dāng)光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P－N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。

　　太陽能電池的基本特性

　　太陽能電池的基本特性有太陽能電池的極性、太陽電池的性能參數(shù)、太陽能電池的伏安特性三個基本特性。具體解釋如下

　　1、太陽能電池的極性

　　硅太陽能電池的一般制成P+/N型結(jié)構(gòu)或N+/P型結(jié)構(gòu)，P+和N+，表示太陽能電池正面光照層半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型；N和P，表示太陽能電池背面襯底半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型。太陽能電池的電性能與制造電池所用半導(dǎo)體材料的特性有關(guān)。

　　2、太陽電池的性能參數(shù)

　　太陽電池的性能參數(shù)由開路電壓、短路電流、最大輸出功率、填充因子、轉(zhuǎn)換效率等組成。這些參數(shù)是衡量太陽能電池性能好壞的標(biāo)志。

　　3　太陽能電池的伏安特性

　　P-N結(jié)太陽能電池包含一個形成于表面的淺P-N結(jié)、一個條狀及指狀的正面歐姆接觸、一個涵蓋整個背部表面的背面歐姆接觸以及一層在正面的抗反射層。當(dāng)電池暴露于太陽光譜時，能量小于禁帶寬度Eg的光子對電池輸出并無貢獻(xiàn)。能量大于禁帶寬度Eg的光子才會對電池輸出貢獻(xiàn)能量Eg，大于Eg的能量則會以熱的形式消耗掉。因此，在太陽能電池的設(shè)計和制造過程中，必須考慮這部分熱量對電池穩(wěn)定性、壽命等的影響。

　　有關(guān)太陽電池的性能參數(shù)

　　1、開路電壓

　　開路電壓UOC：即將太陽能電池置于100 mW/cm2的光源照射下，在兩端開路時，太陽能電池的輸出電壓值。

　　2、短路電流

　　短路電流ISC：就是將太陽能電池置于標(biāo)準(zhǔn)光源的照射下，在輸出端短路時，流過太陽能電池兩端的電流。

　　3、大輸出功率

　　太陽能電池的工作電壓和電流是隨負(fù)載電阻而變化的，將不同阻值所對應(yīng)的工作電壓和電流值做成曲線就得到太陽能電池的伏安特性曲線。如果選擇的負(fù)載電阻值能使輸出電壓和電流的乘積最大，即可獲得最大輸出功率，用符號Pm表示。此時的工作電壓和工作電流稱為最佳工作電壓和最佳工作電流，分別用符號Um和Im表示。

　　4、填充因子

　　太陽能電池的另一個重要參數(shù)是填充因子FF，他是最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比。

　　FF 是衡量太陽能電池輸出特性的重要指標(biāo)， 是代表太陽能電池在帶最佳負(fù)載時， 能輸出的最大功率的特性，其值越大表示太陽能電池的輸出功率越大。FF 的值始終小于l。實際上，由于受串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的影響，實際太陽能電池填充因子的值要低于上式所給出的理想值。串、并聯(lián)電阻對填充因子有較大影響。串聯(lián)電阻越大，短路電流下降越多，填充因子也隨之減少的越多；并聯(lián)電阻越小，這部分電流就越大，開路電壓就下降的越多，填充因子隨之也下降的越多。

　　5、轉(zhuǎn)換效率

　　太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率指在外部回路上連接最佳負(fù)載電阻時的最大能量轉(zhuǎn)換效率，等于太陽能電池的輸出功率與入射到太陽能電池表面的能量之比。太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是衡量電池質(zhì)量和技術(shù)水平的重要參數(shù)，他與電池的結(jié)構(gòu)、結(jié)特性、材料性質(zhì)、工作溫度、放射性粒子輻射損傷和環(huán)境變化等有關(guān)。