太陽能電池光電轉(zhuǎn)換原理及技術(shù)改進(jìn)詳解

在N區(qū)中：光生電子--空穴對產(chǎn)生以后，光生空穴便向P-N結(jié)邊界擴(kuò)散，一旦到達(dá)P-N結(jié)邊界，便立即受到內(nèi)建電場作用，被電場力牽引作漂移運(yùn)動(dòng)，越過耗盡區(qū)進(jìn)入P區(qū)，光生電子（多子）則被留在N區(qū)。

在P區(qū)中：的光生電子（少子）同樣的先因?yàn)閿U(kuò)散、后因?yàn)槠贫M(jìn)入N區(qū)，光生空穴（多子）留在P區(qū)。如此便在P-N結(jié)兩側(cè)形成了正、負(fù)電荷的積累，使N區(qū)儲(chǔ)存了過剩的電子，P區(qū)有過剩的空穴。從而形成與內(nèi)建電場方向相反的光生電場。

1.光生電場除了部分抵消勢壘電場的作用外，還使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，在N區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生電動(dòng)勢，這就是光生伏打效應(yīng)。當(dāng)電池接上一負(fù)載后，光電流就從P區(qū)經(jīng)負(fù)載流至N區(qū)，負(fù)載中即得到功率輸出。2.如果將P-N結(jié)兩端開路，可以測得這個(gè)電動(dòng)勢，稱之為開路電壓Uoc。對晶體硅電池來說，開路電壓的典型值為0.5～0.6V。

3.如果將外電路短路，則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過，這個(gè)電流稱為短路電流Isc。
影響光電流的因素：

1.通過光照在界面層產(chǎn)生的電子-空穴對愈多，電流愈大。

2.界面層吸收的光能愈多，界面層即電池面積愈大，在太陽電池中形成的電流也愈大。

3.太陽能電池的N區(qū)、耗盡區(qū)和P區(qū)均能產(chǎn)生光生載流子；

4.各區(qū)中的光生載流子必須在復(fù)合之前越過耗盡區(qū)，才能對光電流有貢獻(xiàn)，所以求解實(shí)際的光生電流必須考慮到各區(qū)中的產(chǎn)生和復(fù)合、擴(kuò)散和漂移等各種因素。

太陽能電池等效電路、輸出功率和填充因數(shù)

⑴ 等效電路

為了描述電池的工作狀態(tài)，往往將電池及負(fù)載系統(tǒng)用一個(gè)等效電路來模擬。

1.恒流源: 在恒定光照下，一個(gè)處于工作狀態(tài)的太陽電池，其光電流不隨工作狀態(tài)而變化，在等效電路中可把它看做是恒流源。

2.暗電流Ibk : 光電流一部分流經(jīng)負(fù)載RL，在負(fù)載兩端建立起端電壓U，反過來，它又正向偏置于PN結(jié)，引起一股與光電流方向相反的暗電流Ibk。3.這樣，一個(gè)理想的PN同質(zhì)結(jié)太陽能電池的等效電路就被繪制成如圖所示。

4.串聯(lián)電阻RS:由于前面和背面的電極接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，基區(qū)和頂層都不可避免地要引入附加電阻。流經(jīng)負(fù)載的電流經(jīng)過它們時(shí)，必然引起損耗。在等效電路中，可將它們的總效果用一個(gè)串聯(lián)電阻RS來表示。

5.并聯(lián)電阻RSh:由于電池邊沿的漏電和制作金屬化電極時(shí)在微裂紋、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本應(yīng)通過負(fù)載的電流短路，這種作用的大小可用一個(gè)并聯(lián)電阻RSh來等效。

當(dāng)流進(jìn)負(fù)載RL的電流為I，負(fù)載RL的端電壓為U時(shí)，可得：

式中的P就是太陽能電池被照射時(shí)在負(fù)載RL上得到的輸出功率。

⑵ 輸出功率

當(dāng)流進(jìn)負(fù)載RL的電流為I，負(fù)載RL的端電壓為U時(shí)，可得：

式中的P就是太陽能電池被照射時(shí)在負(fù)載RL上得到的輸出功率。