太阳能电池等效电路.doc

太阳能电池等效电路
图1.1是利用P/N结光生伏特效应做成的理想光电池的等效电路图，图中把光照下的p-n结看作一个理想二极管和恒流源并联，恒流源的电流即为光生电流IL，RL为外负载。IL的能力通过p-n结的结电流Ij用二极管表示。这个等效电路的物理意义是：太阳能电池光照后产生一定的光电流IL，其中一部分用来抵消结电流Ij，另一部分即为供给负载的电流IR。其端电压V、结电流I以及工作电流I的大小都与负载电阻R有关，但负载电阻并不是唯一的决定因素。如上所述，I的大小为
（1-1）
根据扩散理论，二极管结电流Ij可以表示为
（1-2）
将式（2-2）代入（2-1），得
V
+
_
RL
ID
I
IL
图 1.1 理想光电池的等效电路图
Fig. 1.1 Equivalent circuit of the ideal solar cell
RSH
RS
V
+
_
RL
ID
IL
图 1.2 太阳能电池的实际等效电路
Fig.1.2 Equivalent circuit of the actual solar cell
（2-3）
实际的太阳能电池，由于前面和背面的电极和接触，以及材料本身具有一定的电阻率，基区和顶层都不可避免的要引入附加电阻。流经负载的电流，经过它们时，必然引起损耗。在等效电路中，可将它们的总效果用一个串联电阻RS来表示。由于电池边沿的漏电和制作金属化电极时，在电池的微裂纹、划痕等处形成的金属桥漏电等，使一部分本应通过负载的电流短路，这种作用的大小可用一并联电阻RSH来等效。则实际的光电池的等效电路如图1.2所示[17-20] 。p-n结光生伏特效应最主要的应用是作为太阳能电池。太阳辐射的光能有一个光谱分布，禁带宽度越窄的半导体，可以利用的光谱越广。但是，禁带宽度Eg 太小的话相应能产生的光电动势又会比较小。反之，Eg 大的半导体，虽然VOC 可以提高，但可以利用的太阳光谱范围就会比较小[35]。也就是说，开路电压Voc 随Eg 的增大而增大，但另一方面，短路电流密度JSC 随Eg 的增大而减小。结果是可期望在某一个确定的Eg 处出现太阳能电池效率的峰值。因此如何充分合理的利用太阳能资源，是一个太阳能电池生产商面临的关键技术问题。