太陽(yáng)能電池板原理_太陽(yáng)能電池的工作原理

調節負載電阻RL到某一值Rm時(shí)，在曲線(xiàn)上得到一點(diǎn)M，對應的工作電流Im和工作電壓Um之積最大，即： Pm=ImUm

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

⑶ 填充因數

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

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

4、太陽(yáng)能電池的效率、影響效率的因素

⑴ 太陽(yáng)能電池的效率:

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

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

美國的普林斯最早算出硅太陽(yáng)能電池的理論效率為21.7%。20世紀70年代，華爾夫(M.Wolf)又做過(guò)詳盡的討論，也得到硅太陽(yáng)能電池的理論效率在A(yíng)M0光譜條件下為20%~22%，以后又把它修改為25%(AM1.0光譜條件)。

估計太陽(yáng)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)生的損耗都計算在內。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(yáng)能電池效率，必須提高開(kāi)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(méi)提高反而有所下降。因而在選擇材料、設計工藝時(shí)必須全盤(pán)考慮，力求使3個(gè)參量的乘積最大。

1.材料能帶寬度:

開(kāi)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。結果可期望在某一個(gè)確定的Eg處出現太陽(yáng)電池效率的峰值。用Eg值介于1.2～1.6eV的材料做成太陽(yáng)電池，可望達到最高效率。薄膜電池用直接帶隙半導體更為可取，因為它能在表面附近吸收光子。

2.溫度 :

少子的擴散長(cháng)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(xiàn)性增加，最大功率不斷增加。將陽(yáng)光聚焦于太陽(yáng)電池，可使一個(gè)小小的太陽(yáng)電池產(chǎn)生出大量的電能。

4.摻雜濃度:

對UOC有明顯影響的另一因素是半導體摻雜濃度。摻雜濃度越高，UOC越高。但當硅中雜質(zhì)濃度高于1018/cm3時(shí)稱(chēng)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象統稱(chēng)為高摻雜效應，也應予以避免。

5.光生載流子復合壽命:

對于太陽(yáng)電池的半導體而言，光生載流子的復合壽命越長(cháng)，短路電流會(huì )越大。達到長(cháng)壽命的關(guān)鍵是在材料制備和電池的生產(chǎn)過(guò)程中，要避免形成復合中心。在加工過(guò)程中，適當而且經(jīng)常進(jìn)行相關(guān)工藝處理，可以使復合中心移走，而且延長(cháng)壽命。

6.表面復合速率:

低的表面復合速率有助于提高Isc，前表面的復合速率測量起來(lái)很困難，經(jīng)常假設為無(wú)窮大。一種稱(chēng)為背電場(chǎng)(BSF)的電池設計為，在沉積金屬接觸前，電池的背面先擴散一層P+附加層。

7.串聯(lián)電阻和金屬柵線(xiàn):

串聯(lián)電阻來(lái)源于引線(xiàn)、金屬接觸柵或電池體電阻，而金屬柵線(xiàn)不能透過(guò)陽(yáng)光，為了使Isc最大，金屬柵線(xiàn)占有的面積應最小。一般使金屬柵線(xiàn)做成又密又細的形狀，可以減少串聯(lián)電阻，同時(shí)增大電池透光面積。

8.采用絨面電池設計和選擇優(yōu)質(zhì)減反射膜:

依靠表面金字塔形的方錐結構，對光進(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(cháng)了光程，增加了光生載流子產(chǎn)量;曲折的絨面又增加了PN結的面積，從而增加對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。

9.陰影對太陽(yáng)電池的影響:

太陽(yáng)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(yáng)能電池的應用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、農業(yè)、 通信、家用電器以及公用設施等部門(mén)，尤其可以分散地在邊遠地區、高山、沙漠、海島和農村使用，以節省造價(jià)很貴的輸電線(xiàn)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(wàn)美元，因此大規模使用仍然受到經(jīng)濟上的限制。

但是，從長(cháng)遠來(lái)看，隨著(zhù)太陽(yáng)能電池制造技術(shù)的改進(jìn)以及新的光—電轉換裝置的發(fā)明，各國對環(huán)境的保護和對再生清潔能源的巨大需求，太陽(yáng)能電池仍將是利用太陽(yáng)輻射能比較切實(shí)可行的方法，可為人類(lèi)未來(lái)大規模地利用太陽(yáng)能開(kāi)辟廣闊的前景。