太陽能電池板原理_太陽能電池的工作原理

調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL到某一值Rm時(shí)，在曲線上得到一點(diǎn)M，對(duì)應(yīng)的工作電流Im和工作電壓Um之積最大，即： Pm=ImUm

一般稱M點(diǎn)為該太陽能電池的最佳工作點(diǎn)(或稱最大功率點(diǎn))，Im為最佳工作電流，Um為最佳工作電壓，Rm為最佳負(fù)載電阻，Pm為最大輸出功率。

⑶ 填充因數(shù)

1.最大輸出功率與(Uoc×Isc)之比稱為填充因數(shù)(FF)，這是用以衡量太陽能電池輸出特性好壞的重要指標(biāo)之一。

2.填充因數(shù)表征太陽能電池的優(yōu)劣，在一定光譜輻照度下，F(xiàn)F愈大，曲線愈“方”，輸出功率也愈高。

4、太陽能電池的效率、影響效率的因素

⑴ 太陽能電池的效率:

太陽能電池受照射時(shí)，輸出電功率與入射光功率之比η稱為太陽能電池的效率，也稱光電轉(zhuǎn)換效率。一般指外電路連接最佳負(fù)載電阻RL時(shí)的最大能量轉(zhuǎn)換效率。

在上式中，如果把At換為有效面積Aa(也稱活性面積)，即從總面積中扣除柵線圖形面積，從而算出的效率要高一些，這一點(diǎn)在閱讀國內(nèi)外文獻(xiàn)時(shí)應(yīng)注意。

美國的普林斯最早算出硅太陽能電池的理論效率為21.7%。20世紀(jì)70年代，華爾夫(M.Wolf)又做過詳盡的討論，也得到硅太陽能電池的理論效率在AM0光譜條件下為20%~22%，以后又把它修改為25%(AM1.0光譜條件)。

估計(jì)太陽能電池的理論效率，必須把從入射光能到輸出電能之間所有可能發(fā)生的損耗都計(jì)算在內(nèi)。其中有些是與材料及工藝有關(guān)的損耗，而另一些則是由基本物理原理所決定的。

⑵ 影響效率的因素

綜上所述，提高太陽能電池效率，必須提高開路電壓Uoc、短路電流ISC和填充因子FF這三個(gè)基本參量。而這3個(gè)參量之間往往是互相牽制的，如果單方面提高其中一個(gè)，可能會(huì)因此而降低另一個(gè)，以至于總效率不僅沒提高反而有所下降。因而在選擇材料、設(shè)計(jì)工藝時(shí)必須全盤考慮，力求使3個(gè)參量的乘積最大。

1.材料能帶寬度:

開路電壓UOC隨能帶寬度Eg的增大而增大，但另一方面，短路電流密度隨能帶寬度Eg的增大而減小。結(jié)果可期望在某一個(gè)確定的Eg處出現(xiàn)太陽電池效率的峰值。用Eg值介于1.2～1.6eV的材料做成太陽電池，可望達(dá)到最高效率。薄膜電池用直接帶隙半導(dǎo)體更為可取，因?yàn)樗茉诒砻娓浇展庾印?p>2.溫度 :

少子的擴(kuò)散長(zhǎng)度隨溫度的升高稍有增大，因此光生電流也隨溫度的升高有所增加，但UOC隨溫度的升高急劇下降。填充因子下降，所以轉(zhuǎn)換效率隨溫度的增加而降低。

3.輻照度:

隨輻照度的增加短路電流線性增加，最大功率不斷增加。將陽光聚焦于太陽電池，可使一個(gè)小小的太陽電池產(chǎn)生出大量的電能。

4.摻雜濃度:

對(duì)UOC有明顯影響的另一因素是半導(dǎo)體摻雜濃度。摻雜濃度越高，UOC越高。但當(dāng)硅中雜質(zhì)濃度高于1018/cm3時(shí)稱為高摻雜，由于高摻雜而引起的禁帶收縮、雜質(zhì)不能全部電離和少子壽命下降等等現(xiàn)象統(tǒng)稱為高摻雜效應(yīng)，也應(yīng)予以避免。

5.光生載流子復(fù)合壽命:

對(duì)于太陽電池的半導(dǎo)體而言，光生載流子的復(fù)合壽命越長(zhǎng)，短路電流會(huì)越大。達(dá)到長(zhǎng)壽命的關(guān)鍵是在材料制備和電池的生產(chǎn)過程中，要避免形成復(fù)合中心。在加工過程中，適當(dāng)而且經(jīng)常進(jìn)行相關(guān)工藝處理，可以使復(fù)合中心移走，而且延長(zhǎng)壽命。

6.表面復(fù)合速率:

低的表面復(fù)合速率有助于提高Isc，前表面的復(fù)合速率測(cè)量起來很困難，經(jīng)常假設(shè)為無窮大。一種稱為背電場(chǎng)(BSF)的電池設(shè)計(jì)為，在沉積金屬接觸前，電池的背面先擴(kuò)散一層P+附加層。

7.串聯(lián)電阻和金屬柵線:

串聯(lián)電阻來源于引線、金屬接觸柵或電池體電阻，而金屬柵線不能透過陽光，為了使Isc最大，金屬柵線占有的面積應(yīng)最小。一般使金屬柵線做成又密又細(xì)的形狀，可以減少串聯(lián)電阻，同時(shí)增大電池透光面積。

8.采用絨面電池設(shè)計(jì)和選擇優(yōu)質(zhì)減反射膜:

依靠表面金字塔形的方錐結(jié)構(gòu)，對(duì)光進(jìn)行多次反射，不僅減少了反射損失，而且改變了光在硅中的前進(jìn)方向并延長(zhǎng)了光程，增加了光生載流子產(chǎn)量;曲折的絨面又增加了PN結(jié)的面積，從而增加對(duì)光生載流子的收集率，使短路電流增加5%～10%，并改善電池的紅光響應(yīng)。

9.陰影對(duì)太陽電池的影響:

太陽電池會(huì)由于陰影遮擋等造成不均勻照射，輸出功率大大下降。

目前,太陽能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、 通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門，尤其可以分散地在邊遠(yuǎn)地區(qū)、高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價(jià)很貴的輸電線路。但是在目前階段，它的成本還很高，發(fā)出1kW電需要投資上萬美元，因此大規(guī)模使用仍然受到經(jīng)濟(jì)上的限制。

但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，隨著太陽能電池制造技術(shù)的改進(jìn)以及新的光—電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明，各國對(duì)環(huán)境的保護(hù)和對(duì)再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用太陽輻射能比較切實(shí)可行的方法，可為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟廣闊的前景。