太阳能电池原理

1.4 太阳能电池的电气特�?br />
如前面图3 所示，太阳能电池在理想状态时，可用式�?）来表示其I-V 关系式：
式（3�?br /> 其中
I sc �?某日照量下太阳能电池的短路电�?br /> I s �?等效二极管的反向饱和电流
n �?理想参数值，一般介�?�? 的间

�?0 为太阳能电池实际的等效电路，可用式（4�?br /> 来表示其 I pv − V pv 关系式：
�?�?br /> 其中
Rs�?硅内部电阻与电极电阻等的串联等效电阻
Rsh �?各种原因所造成而呈现接面不完全的并联电�?br /> 此外，在式（4）中的sI 表示太阳能电池中的反向饱和电流，同时也是温度的函数，其数学关系式可以表示如下�?br /> 式（5�?br /> 其中
Tr �?太阳能电池的参考温度（^oK�?br /> Isi �?太阳能电池在温度Tr时的反向饱和电流
EGap�?半导体材料跨越能隙时所需的能�?br /> q �?电荷量（1.6×10^-19�?br />
由式�?）可知，在定电流源I sc 所产生的电流，有一部份会在太阳能电池中的二极管中消耗掉�?br /> 一般在讨论太阳能电池实际等效电路时，可由忽略Rs或Rsh的情况，做以下两种的探讨�?br />
1. 当日照强度很低时，太阳能电池的泄漏电流Vd/Rsh 与二极体电流I d 的大小相当，因此太阳能电池输出电流受shR的影响较R s 的影响大许多，故可将式（4）改写为�?br />    式（6�?br />
2. 若日照强度很高时，二极管电流I d 远大于泄漏电流V d/ R sh ，则此时R sh 的影响很小， R s便成为影响太阳能电池输出得主要原因，因此式（4）可简化为�?br />   式（7�?br /> 太阳能电池的等效电路中的内部串联电组R s与并联电阻R sh为影响太阳能电池输出特性的最主要因素。R s与R sh对输出特性有不同的影响，其中R s越大则短路电流会越小，但几乎不会对开路电压造成影响；而R sh越大则开路电压会越小，但并不会影响到短路电流。在发电效率上，由于正常操作条件下，太阳能电池的输出电压与电流变化中，似乎输出电流对输出功率的影响程度会较大，加上影响开路电压的因素除了R sh外还包括二极管的电流值，因此R s对太阳能电池发电效率影响较为明显，而R sh的影响则比较不明显。在结晶硅太阳能电池中，Rs每增加一奥姆约使发电效率降低1％，而一般结晶硅太阳能电池的R s约在0.6Ω左右�?br />

        �?0 实际状态时的等效电�?br />
由式子（7）可知I sc 和I s的大小值与太阳能电池的整个结构相当有关，例如：太阳能电池的几何形状、制造过程都是影响的因素。在I pv − Vpv 的特性曲线中，要特别注意下列几点：在短路情况下（ V pv =0 ），这时所有产生的电流全都流向外加的短路负载而不会流经过二极管，此时短路电流I pv 几乎等于光照下所产生的电流I sc；当处于开路情况时（I pv =0），光照下所产生的电流完全流经二极管，此时开路电压V oc 为：
   式（8�?br />
利用式子�?）可画出太阳能电池的Ipv − Vpv 及V pv − P pv 等特性曲线，如图11 所示，由图可知太阳能电池的输出曲线为非线性且为温度与日照强度的函数，每一条曲线中各点所能画出的最大矩形面积则是I pv 与V pv 的最大乘积值称为最大功率点，定义为Pmax，为在该日照强度下，它所能输出功率的最大值。而太阳能电池的填充因子（Fill Factor：F.F）及转换效率ηs，分别定义为�?br />
其中P in 为单位面积入射光功率，就是所谓的日照强度(Irradiation)�?br />

    �?1 太阳能电池的输出特�?/p>