第二章光伏電池及其特性,1.PrincipleofSolarCells2.硅型光伏電池的電特性3.光伏電池的外特性4.光伏電池性能的檢測(cè)5.光伏電池的結(jié)構(gòu)和分類(lèi),WhatareSemiconductors?,入門(mén)導(dǎo)電性界于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料中階電阻系數(shù)約為10-4108.cm的材料進(jìn)階能隙約在4eV以下之的材料,2.1PrincipleofSolarCells,photovoltaiccells,2.1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí),重要的半導(dǎo)體分類(lèi),Elementsemiconductor（元素半導(dǎo)體）Compoundsemiconductor（化合物半導(dǎo)體）Intrinsicsemiconductor（本征半導(dǎo)體）Extrinsicsemiconductor（摻雜半導(dǎo)體）Directsemiconductor（直接半導(dǎo)體）Indirectsemiconductor（間接半導(dǎo)體）Degeneratesemiconductor（簡(jiǎn)并半導(dǎo)體）Non-degeneratesemiconductor（非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體）Compensatedsemiconductor（補(bǔ)償半導(dǎo)體）Non-compensatedsemiconductor（非補(bǔ)償半導(dǎo)體）,能帶理論（補(bǔ)充內(nèi)容）,能帶理論的基本要點(diǎn),量子力學(xué)計(jì)算表明,固體中若有N個(gè)原子,由于各原子間的相互作用,對(duì)應(yīng)于原來(lái)孤立原子的每一個(gè)能級(jí),變成了N條靠得很近的能級(jí),稱(chēng)為能帶。,能帶寬度E,量級(jí)為EeV，若N1023,兩能級(jí)的間距約10-23eV。,越是外層電子，E越大。點(diǎn)陣間距越小，E越大。兩個(gè)能帶有可能重疊。,Li原子電子構(gòu)型是1s22s1,能帶中的電子分布,滿帶：能帶中所有能級(jí)（軌道）均有電子占據(jù)，為由充滿電子的原子軌道能級(jí)所形成的低能量能帶。空帶：能帶中所有能級(jí)（軌道）均無(wú)電子占據(jù)。禁帶：不允許有電子占據(jù)的能量范圍。禁帶寬度（滿帶與空帶的能量間隔）稱(chēng)為帶隙。,能帶中的電子分布,價(jià)帶：依據(jù)軌道能量高低順序填充電子時(shí)，最后由價(jià)電子填充的（軌道）能帶稱(chēng)為價(jià)帶。導(dǎo)帶：部分被價(jià)電子（可自由移動(dòng)）占據(jù)的能帶可稱(chēng)為導(dǎo)帶。導(dǎo)帶可以是由未充滿電子的原子軌道組合而成的能帶（價(jià)帶），或（與滿帶重疊或能量相近）空帶。,導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體,導(dǎo)體價(jià)電子能帶是半滿的(如Li,Na)，或價(jià)電子能帶是全滿但有空的能帶(Be,Mg)，而且兩個(gè)能帶能量間隔很小，彼此發(fā)生部分重疊。,Eg,導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體,導(dǎo)體,金屬鈉,金屬鎂,導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體,絕緣體價(jià)電子都在滿帶，導(dǎo)帶是空的，而且滿帶頂與導(dǎo)帶底之間的能量間隔（即禁帶寬度）大。在外電場(chǎng)作用下，滿帶中的電子不能越過(guò)禁帶躍遷到導(dǎo)帶中，故不能導(dǎo)電。,Eg,禁帶寬度5eV,導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體,半導(dǎo)體滿帶被電子充滿，導(dǎo)帶是空的，便禁帶寬度很窄。由于禁帶寬度小，因此當(dāng)光照或在外電場(chǎng)作用下，使?jié)M帶上的電子，很容易躍遷到導(dǎo)帶上，使原來(lái)空的導(dǎo)帶充填電子，同時(shí)在滿帶上留下空穴。,Eg,禁帶寬度3eV,（1）Intrinsicsemiconductor,完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱(chēng)為本征半導(dǎo)體(純半導(dǎo)體)。,硅（鍺）的原子結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)化模型,本征半導(dǎo)體,本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵,共價(jià)鍵內(nèi)的電子稱(chēng)為束縛電子,掙脫原子核束縛的電子稱(chēng)為自由電子,價(jià)帶中留下的空位稱(chēng)為空穴,外電場(chǎng)E,自由電子定向移動(dòng)形成電子流,束縛電子填補(bǔ)空穴的定向移動(dòng)形成空穴流,在半導(dǎo)體物理中，通常把這種形成共價(jià)鍵的價(jià)電子所占據(jù)的能帶稱(chēng)為價(jià)帶，而把價(jià)帶上面鄰近空帶（自由電子占據(jù)的能帶）稱(chēng)為導(dǎo)帶。導(dǎo)帶和價(jià)帶之間為禁帶。,TheDiamondStructure,(a)Diamondlattice.(b)Zincblendelattice.,真實(shí)的原子分布（三維）,CovalenceBonds,Atetrahedronbond(a)3-D.(b)2-D,共價(jià)鍵共用電子對(duì),+4表示除去價(jià)電子后的原子,本征激發(fā),Formationofintrinsiccarriers,在室溫或光照下價(jià)電子獲得足夠能量擺脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，并在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位（空穴）的過(guò)程。,復(fù)合：,自由電子和空穴在運(yùn)動(dòng)中相遇重新結(jié)合成對(duì)消失的過(guò)程。,漂移：,自由電子和空穴在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)。,結(jié)論:,1.本征半導(dǎo)體的電子空穴成對(duì)出現(xiàn),且數(shù)量少；,2.半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電；,3.本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力弱，并與溫度有關(guān)。,本征激發(fā)的特點(diǎn),（2）ExtrinsicSemiconductor,在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。,硅原子,磷原子,多余電子,自由電子濃度大于空穴濃度多數(shù)載流子（多子）,N型半導(dǎo)體,P-typeSemiconductor(P型半導(dǎo)體),空穴,硼原子,硅原子,空穴被認(rèn)為帶一個(gè)單位的正電荷，并且可以移動(dòng)。,少了一個(gè)帶負(fù)電荷的電子,可視為多了一個(gè)正電荷),N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體,N型,磷原子,自由電子,電子數(shù)空穴數(shù),電子為多數(shù)載流子(多子),空穴為少數(shù)載流子(少子),載流子數(shù)=電子數(shù)+空穴數(shù)電子數(shù),P型,硼原子,空穴,空穴數(shù)電子數(shù),空穴多子,電子少子,載流子數(shù)空穴數(shù),施主離子,施主原子,受主離子,受主原子,1.要形成水的循環(huán)，必須有水，同時(shí)還必須把水抽上去。而要形成電流，必須有載流子（電子或者空位）的產(chǎn)生，同時(shí)必須能讓正負(fù)電荷分開(kāi)。,1.2PrincipleofSolarCells,PrincipleofSolarCells,思考：,濃度差使多子產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),當(dāng)參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的多子數(shù)目和參與漂移運(yùn)動(dòng)的少子數(shù)目相同時(shí)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。,內(nèi)電場(chǎng)使少子產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng),內(nèi)電場(chǎng),(1)無(wú)光照時(shí),PN結(jié)的形成,采用不同的摻雜工藝，將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一硅片上，在它們的交界面處就會(huì)形成PN結(jié),太陽(yáng)電池發(fā)電原理示意圖,(2)PN結(jié)受光照后，光伏效應(yīng),半導(dǎo)體吸收光能產(chǎn)生帶正電和負(fù)電的粒子（空穴和電子），在內(nèi)建電場(chǎng)作用下，電子（）朝N型半導(dǎo)體匯集，而空穴（）則朝P型半導(dǎo)體匯集。如果外電路處于開(kāi)路狀態(tài)，那么這些光生電子和空穴積累在pn結(jié)附近，使p區(qū)獲得附加正電荷，n區(qū)獲得附加負(fù)電荷，這樣在pn結(jié)上產(chǎn)生一個(gè)光生電動(dòng)勢(shì)。這一現(xiàn)象稱(chēng)為光伏效(Photoelectriceffect）,內(nèi)建電場(chǎng),是指在電池表面被反射回去的一部分光線；是指剛進(jìn)電池表面被吸收生成電子-空穴對(duì)的光線，其中大部分是吸收系數(shù)較大的短波光線。它們來(lái)不及達(dá)到P-N結(jié)就很快地被復(fù)合還原。所以它們對(duì)產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)沒(méi)有貢獻(xiàn)；,光伏電池的光照的詳細(xì)情況,是指在P-N結(jié)附近被吸收生成電子-空穴對(duì)的那部分光線，它們是使太陽(yáng)能電池能夠有效發(fā)電的有用光線。這些光生少數(shù)載流子在P-N結(jié)特有的漂移作用下產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)；,是指輻射到電池片深處，距離P-N結(jié)較遠(yuǎn)的地方才被吸收的光線，它們與光線的情況相同，雖能產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，在P-N較遠(yuǎn)處被復(fù)合，只有極少部分能產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)；,光伏電池的光照的詳細(xì)情況,是指被電池吸收，但是由于能量較小不能產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的那部分光線，它們的能量只能使光伏電池加熱，溫度上升；是指沒(méi)有被電池吸收而透射過(guò)去的少部分光線。,光伏電池的光照的詳細(xì)情況,由此可見(jiàn)，能夠產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的主要是光線。所以應(yīng)該盡可能地增加它們的比例數(shù)量，才能提高光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率。所謂光電轉(zhuǎn)換效率，是指受光照的太陽(yáng)能所產(chǎn)生的最大輸出電功率與入射到該電池受光幾何面積上全部光輻射功率的百分比。,光生載流子形成電流的過(guò)程,光伏電池的工作原理,電流方向,2.2硅型光伏電池的電特性,2.2.1等效電路2.2.2光伏電池伏安特性曲線2.2.3輸出功率和輸出因子2.2.4輸出效率,2.2.1光伏電池的等效電路,一般等效電路圖,問(wèn)題1：為什么可把光伏電池看成一個(gè)電流源和一個(gè)硅二極管的復(fù)合體?,內(nèi)建電場(chǎng),-,+,-,+,+,+,+,+,-,-,-,-,2.載流子的匯聚會(huì)在PN結(jié)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)與原內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的附加電場(chǎng)，在一定程度上降低了原內(nèi)建電場(chǎng)。相當(dāng)與PN節(jié)的正向偏置，多數(shù)載流子的擴(kuò)散產(chǎn)生一個(gè)向下的暗電流。,1.少數(shù)載流子的漂移產(chǎn)生電流；,1.等效電路中符號(hào)的說(shuō)明,光伏電池的等效電路圖,1.Rs為串聯(lián)電阻主要是由于半導(dǎo)體材料的體電阻、金屬電極與半導(dǎo)體材料的接觸電阻、擴(kuò)散層橫向電阻以及金屬電極本身的電阻。一般小于1.,負(fù)載load,Photicadj.光的,與光有關(guān)的,外接負(fù)載電阻,暗電流,等效電路中符號(hào)的說(shuō)明,負(fù)載load,Photicadj.光的,與光有關(guān)的,由于由于電池表面污染、半導(dǎo)體晶體缺陷引起的邊緣漏電，使一部分本應(yīng)通過(guò)負(fù)載的電流短路，這種作用的大小可用一并聯(lián)電阻RSh來(lái)等效，一般為幾千歐。漏電流越小，并聯(lián)電阻也就越大。,2.Rsh為旁路電阻。,光伏電池的等效電路圖,L,2.實(shí)際等效電路中各變量之間的關(guān)系,式中I0反向飽和電流；U等效二極管的端電壓；q電子電量；T絕對(duì)溫度；A二極管曲線因子，取值在12之間，有的地方用n表示。,光伏電池的等效電路圖,L,實(shí)際等效電路中各變量之間的關(guān)系,顯然，太陽(yáng)電池的串聯(lián)電阻Rs越小，旁路電阻Rsh越大，越接近于理想的太陽(yáng)電池，該太陽(yáng)電池的性能也越好。,目前的太陽(yáng)電池制造工藝水平，在要求不很?chē)?yán)格時(shí)，可以認(rèn)為串聯(lián)電阻接近于零，旁路電阻趨近于無(wú)窮大，也就可當(dāng)做理想的太陽(yáng)電池看待。,理想太陽(yáng)能電池的等效電路圖以及變量關(guān)系,由于電路中無(wú)電源，電壓U=IR實(shí)際加在太陽(yáng)電池的結(jié)上，即結(jié)處于正向偏置。一旦結(jié)處于正向偏置時(shí)，二極管電流Id=I0exp(qU/AkT)-1朝著與光激發(fā)產(chǎn)生的載流子形成的光電流Iph相反的方向流動(dòng)。,(1)因而流過(guò)負(fù)載電阻的電流值為,-(1)式,測(cè)試輸出特性,P,N,作業(yè)一,1.闡述PN結(jié)的形成過(guò)程，并畫(huà)出示意圖。2.結(jié)合示意圖，闡述晶體硅太陽(yáng)能電池的工作原理，要求畫(huà)出光照時(shí)載流子的運(yùn)動(dòng)和電流方向。,PN結(jié)正向偏置,內(nèi)電場(chǎng)減弱，使擴(kuò)散加強(qiáng)，擴(kuò)散飄移，形成正向電流，PN結(jié)導(dǎo)通,PN結(jié)反向偏置,內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，抑制擴(kuò)散、加劇漂移，形成反向電流，也稱(chēng)漂移電流，因?yàn)槠齐娏魇怯缮僮舆\(yùn)動(dòng)引起的，而其數(shù)目極少，因此漂移電流很小，?？珊雎圆挥?jì)，認(rèn)為PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。,反向飽和電流很小，A級(jí),反向飽和電流,是指給PN結(jié)加一反偏電壓時(shí)，外加的電壓使得PN結(jié)的耗盡層變寬，結(jié)電場(chǎng)（即內(nèi)建電場(chǎng)）變大，電子的電勢(shì)能增加，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子（P區(qū)多子為空穴，N區(qū)多子為電子）就很難越過(guò)勢(shì)壘，因此擴(kuò)散電流趨近于零；但是由于結(jié)電場(chǎng)的增加，使得N區(qū)和P區(qū)中的少數(shù)載流子更容易產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，因此在這種情況下，PN結(jié)內(nèi)的電流由起支配作用的漂移電流決定。漂移電流的方向與擴(kuò)散電流的方向相反，表現(xiàn)在外電路上有一個(gè)流入N區(qū)的反向電流，它是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成的。由于少數(shù)載流子是由本征激發(fā)而產(chǎn)生的，在溫度一定的情況下，熱激發(fā)產(chǎn)生的少子數(shù)量是一定的，電流趨于恒定。,2.2.2光伏電池的伏安特性曲線,太陽(yáng)能電池的主要技術(shù)參數(shù),由上式可知，當(dāng)負(fù)載R從0變到無(wú)窮大時(shí)，負(fù)載R兩端的電壓U和流過(guò)電流I之間的關(guān)系曲線，即為太陽(yáng)電池的負(fù)載特性曲線，通常稱(chēng)為太陽(yáng)電池的伏安特性曲線，以前習(xí)慣稱(chēng)為I-V特性曲線。,流過(guò)負(fù)載的電流為,(1)伏安特性曲線的表示方法：,內(nèi)建電場(chǎng),-,+,-,+,+,+,+,+,-,-,-,-,從上圖可以看出：光照時(shí)，光伏電池的電流方向與PN節(jié)反向電流相同。,伏安特性曲線的一種表示方法,附：半導(dǎo)體二極管伏安特性,b.光伏電池伏安特性曲線通常把電流取為正值,伏安特性曲線的另外一種表示方法,硅太陽(yáng)能電池在不同光照下的伏安特性曲線,伏安特性曲線的測(cè)量過(guò)程,L,（1）調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL，足夠小，測(cè)短路電流sc(shortcircuitcurrent).(2)調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL，足夠大，測(cè)開(kāi)路電壓（opencircuitvoltage）。,（3）不斷調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL，把光伏電池的輸出電壓和電流繪制下來(lái)就可以得到伏安特性曲線。,實(shí)際上，通常并不是通過(guò)計(jì)算，而是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法來(lái)得到。,對(duì)于一般的太陽(yáng)電池，可近似認(rèn)為接近于理想的太陽(yáng)電池，即太陽(yáng)電池的串聯(lián)電阻值為零，旁路電阻為無(wú)窮大。,下面，考察理想太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓和短路電流。,(2)開(kāi)路電壓,理想情況下,流入負(fù)載電阻的電流值為,由=0（開(kāi)路），則,I0為PN結(jié)的反向飽和電流,當(dāng)開(kāi)路時(shí)，I=0，此時(shí)電壓U即為開(kāi)路電壓Uoc,太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓Uoc與電池面積大小無(wú)關(guān)，一般單晶硅太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓約為450600mV，最高可達(dá)700mV左右。,對(duì)于晶體硅太陽(yáng)能電池，必須要有p-n結(jié)的存在，而這個(gè)p-n結(jié)的存在才能在光照下引起開(kāi)路電勢(shì)。開(kāi)路電勢(shì)反應(yīng)了p-n結(jié)電場(chǎng)的強(qiáng)度。當(dāng)n型硅和p型硅接觸時(shí)，由于n型硅的費(fèi)米能級(jí)偏負(fù)，而p型硅的能級(jí)偏正，我們知道，任何兩種材料接觸在一起后，由于晶體界面電子空穴的相互擴(kuò)散，平衡后會(huì)達(dá)到統(tǒng)一費(fèi)米能級(jí)，所以當(dāng)p-n結(jié)形成后，n型費(fèi)米能級(jí)正移，p型費(fèi)米能級(jí)負(fù)移，最終達(dá)到統(tǒng)一能級(jí)，這時(shí)候由于n型費(fèi)米正移，就會(huì)拉動(dòng)n型材料體相導(dǎo)帶正移，而晶體界面處由于存在電子空穴交換不會(huì)移動(dòng)，所以導(dǎo)帶形成上彎型，同樣原理p型導(dǎo)帶會(huì)最終下彎。當(dāng)體系收到光照時(shí)，光生伏打效應(yīng)產(chǎn)生，電子轉(zhuǎn)移到n型材料上，空穴轉(zhuǎn)移到p型材料上，由于電子空穴的不平衡，n型導(dǎo)帶負(fù)移，p型導(dǎo)帶正移，它倆拉開(kāi)的電位差就為開(kāi)路電勢(shì)。所以，當(dāng)材料的禁帶寬度越寬，pn材料達(dá)到共同費(fèi)米能級(jí)時(shí)移動(dòng)空間必然越大，這樣當(dāng)有光照時(shí)，從新拉開(kāi)的電位空間就越大，自然開(kāi)路電勢(shì)越大?；蛟S你要問(wèn)，比如單晶的TiO2沒(méi)有pn結(jié)的存在，但是將其電極置于電解液中，開(kāi)光照射依然有開(kāi)路電勢(shì)，其實(shí)道理很簡(jiǎn)單，因?yàn)殡娊庖河醒趸€原電位，這個(gè)氧化還原電位將于TiO2的費(fèi)米能級(jí)按同樣的原理組成液結(jié)。,又phSC，則,開(kāi)路電壓,開(kāi)路電壓,在可以忽略串聯(lián)、并聯(lián)電阻的影響時(shí)，ISC為與入射光強(qiáng)度成正比的值，(a)在很弱的陽(yáng)光下，ISC0，,由此可見(jiàn)，在陽(yáng)光較弱時(shí)，硅太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓隨光的強(qiáng)度作近似直線的變化。而當(dāng)有較強(qiáng)的陽(yáng)光時(shí)，VOC則與入射光的強(qiáng)度的對(duì)數(shù)成正比。,圖2開(kāi)路電壓與短路電流的關(guān)系,圖2表示具有代表性的硅和GaAs太陽(yáng)電池的ISC與Voc之間的關(guān)系。Si與GaAs比較，因GaAs的禁帶寬度寬，故I0值比Si的小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，GaAs的VOC值比Si的高0.45伏左右。假如結(jié)形成的很好，禁帶寬度愈寬的半導(dǎo)體，VOC也愈大。,(1)反向電流是少子的漂移電流決定，對(duì)不同的半導(dǎo)體材料，在一定溫度下，禁帶寬度Eg愈大，本征載流子濃度執(zhí)就愈小。二極管PN結(jié)的反向飽和電流密度與其成比例。,I0為PN結(jié)的反向飽和電流,太陽(yáng)電池的短路電流Isc與太陽(yáng)電池的面積大小有關(guān)，面積越大，Isc越大，一般1cm2的單晶硅太陽(yáng)電池Isc=1630mA。,(3)短路電流,當(dāng)RL=0時(shí)，電路短路，此時(shí)太陽(yáng)電池的端電壓為零，對(duì)應(yīng)的電流就是短路電流，通常用Isc來(lái)表示。由下式可知：,當(dāng)U=0時(shí)，Isc=Iph,（4）曲線因子又稱(chēng)填充因子,填充因子是表征太陽(yáng)電池性能優(yōu)劣的一個(gè)重要參數(shù)，定義為太陽(yáng)電池的最大功率與開(kāi)路電壓和短路電流的乘積之比，通常用FF(或CF)表示：,M處為最大功率點(diǎn),FF為太陽(yáng)電池的重要表征參數(shù)，F(xiàn)F愈大則輸出的功率愈高。FF取決于入射光強(qiáng)、材料的禁帶寬度、理想系數(shù)、串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻等。,(5)最大功率點(diǎn),伏安特性曲線,在一定的太陽(yáng)輻照度和工作溫度的條件下，伏安特性曲線上的任何一點(diǎn)都是工作點(diǎn)，,工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的縱橫坐標(biāo)，即為工作電流和工作電壓,其乘積P=IU為電池的輸出功率。,工作點(diǎn),負(fù)載線,最大功率如何確定呢？,工作點(diǎn)和原點(diǎn)的連線稱(chēng)為負(fù)載線，負(fù)載線斜率的倒數(shù)即為負(fù)載電阻RL的值；,U,（1）等功率線與伏安特性曲線的切點(diǎn)，即為最佳工作點(diǎn)。該點(diǎn)處輸出功率最大，Um/Im為最佳負(fù)載電阻.,確定最大輸出功率點(diǎn)的方法,確定最大輸出功率點(diǎn)的方法,（2）為了精確計(jì)算最大功率點(diǎn)，可根據(jù)伏安特性曲線繪出功率隨電壓的變化關(guān)系圖,即P-u圖，求極值即可。,通常太陽(yáng)電池所標(biāo)明的功率，是指在標(biāo)準(zhǔn)工作條件下最大功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的功率。,實(shí)際工作時(shí)，往往并不是在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下工作，而且一般也不一定符合最佳負(fù)載的條件，再加上一天中太陽(yáng)輻照度和溫度也在不斷變化，所以真正能夠達(dá)到額定輸出功率的時(shí)間很少。,有些光伏系統(tǒng)采用“最大功率跟蹤器”，可在一定程度上增加輸出的電能。,(6)太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率,太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率定義為太陽(yáng)電池的最大輸出功率與照射到該電池上的總輻射功率Pin之比，即,研究表明，造成太陽(yáng)能電池能量損失的主要因素有：,第一位的損失是熱損失，光生載流子對(duì)能很快地將能帶多余的能量以熱的形式損失掉。為減少熱損失，可設(shè)法讓通過(guò)電池的光子能量恰好大于帶隙能量，使光子的能量激發(fā)出的光生載流子無(wú)多余的能量可損失。,另一主要損失是電子空穴對(duì)引起的。為減少電子空穴結(jié)合所造成的損失，可設(shè)法延長(zhǎng)光生載流子壽命，這可通過(guò)消除不必要的缺陷來(lái)實(shí)現(xiàn)。,造成太陽(yáng)能電池能量損失的主要因素有：,還有一部分能量是由p-n結(jié)和接觸電壓損失引起的。為減少p-n結(jié)的接觸電壓損失，可通過(guò)聚焦太陽(yáng)光以加大光子密度的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。,2.3光伏電池的外特性,2.3.1光譜響應(yīng)2.3.2溫度特性和光照特性2.3.3負(fù)載特性,概述,光伏電池工作環(huán)境的多種外部因素，如光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、粒子輻射等都會(huì)對(duì)電池的性能指標(biāo)帶來(lái)影響，而且溫度的影響和光照強(qiáng)度的影響還常常同時(shí)存在.為了保證光伏電池具有較高的工作效率和較穩(wěn)定的性能，其制造工藝、組合安裝，以及在設(shè)計(jì)配套的控制系統(tǒng)時(shí)，都要考慮改善光伏電池外特性的問(wèn)題。,2.3.1光譜響應(yīng),太陽(yáng)電池并不能把任何一種光都同樣地轉(zhuǎn)換成電，不同波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷谋壤膊煌?，這種特性稱(chēng)為光譜響應(yīng)特性,光譜響應(yīng),分析光伏電池的光譜響應(yīng)，通常是討論它的相對(duì)光譜響應(yīng)，其定義是，當(dāng)各種波長(zhǎng)一定等量的輻射光子束人射到光伏電池上，所產(chǎn)生的短路電流與其中最大短路電流相比較，按波長(zhǎng)的分布求其比值變化曲線即為相對(duì)光譜響應(yīng)。而絕對(duì)光譜響應(yīng)指的是，當(dāng)各種波長(zhǎng)的單位輻射光能或?qū)?yīng)的光子人射到光伏電池上，將產(chǎn)生不同的短路電流，按波長(zhǎng)的分布求出對(duì)應(yīng)的短路電流變化曲線。,硅型光伏電池的相應(yīng)光譜響應(yīng)曲線,能夠產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)的太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)范圍一般在0.41.2m。左右的范圍內(nèi)，不論是波長(zhǎng)小于0.4m太陽(yáng)光分量輻射，還是波長(zhǎng)大于1.2m的太陽(yáng)光無(wú)法產(chǎn)生光電流。而硅型光伏電池光譜響應(yīng)最大靈敏度在0.80.95m之間,硅型光伏電池的相應(yīng)光譜響應(yīng)曲線,2.3.2溫度特性和光照特性,2.3.2溫度特性和光照特性,Pm=FFIscUoc,1.溫度的升高對(duì)硅電池的發(fā)電效率有不利影響。,2.光強(qiáng)越強(qiáng)，發(fā)光效果越好,通過(guò)對(duì)書(shū)中圖片的分析可以看到,2.光強(qiáng)越強(qiáng)，發(fā)光效果越好,2.3.3負(fù)載特性,（1）無(wú)偏壓時(shí)光伏電池的伏安特性,（2）有偏壓和有電阻時(shí)的伏安特性,理想光伏電池的等效電路圖,只有負(fù)載沒(méi)有偏壓時(shí)的電路圖,有負(fù)載和偏壓時(shí)的電路圖,2.4光伏電池性能的檢測(cè),1.組裝工藝質(zhì)量檢查2.電性能測(cè)試,1.組裝工藝質(zhì)量檢查,普通檢測(cè)是用目測(cè)檢查和光學(xué)儀器檢查，精密檢測(cè)可用紅外線發(fā)射法、聲發(fā)射法、紅外顯微鏡和全息照相技術(shù)等來(lái)檢測(cè)焊接質(zhì)量。,主要檢查的內(nèi)容包括光伏電池板表面、串并聯(lián)接點(diǎn)的焊接質(zhì)量、封裝板的膠接質(zhì)量等。,它是保證光伏發(fā)電工程質(zhì)量非常重要的環(huán)節(jié)，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分為功能性和裝飾性?xún)深?lèi)。功能性質(zhì)量問(wèn)題直接影響到光伏陣列的性能指標(biāo)、可靠性和壽命;而裝飾性間題則影響不大。,2.電性能測(cè)試,.電性能測(cè)試光源的發(fā)展,早期進(jìn)行光伏電池或光伏陣列的電性能測(cè)試，所用光源只是理想天氣條件下的自然光源。它的優(yōu)勢(shì)是：可使大面積的光伏陣列均勻受光，測(cè)量結(jié)果真實(shí)可信，經(jīng)濟(jì)實(shí)用;缺點(diǎn)是：好天可遇不可求，同時(shí)自然光源的輻射強(qiáng)度既不穩(wěn)定也不可調(diào)，做一條隨光強(qiáng)連續(xù)變化特性曲線的試驗(yàn)需要的周期時(shí)間長(zhǎng)。這些都對(duì)光伏電池的試驗(yàn)條件帶來(lái)很大的局限性。,測(cè)試光源的發(fā)展,為此，人們從20世紀(jì)50年代末期開(kāi)始逐漸嘗試用各式各樣的燈光來(lái)模擬太陽(yáng)光做試驗(yàn)，其中包括白熾燈、鎢燈、水銀弧燈和高壓氛弧燈等。隨著科學(xué)的進(jìn)步，各種太陽(yáng)模擬器也應(yīng)運(yùn)而生。它們不但能模擬產(chǎn)生出與真實(shí)太陽(yáng)類(lèi)似的輻射光譜的光源。還能以平行光束的形式照射到被測(cè)物體上。使用太陽(yáng)模擬器的最大優(yōu)勢(shì)是光強(qiáng)