【正文】 地分開 。 下面的圖描述了表面鈍化和擴散長度對收集概率的影響 。 前端表面 在高復(fù)合率的情況下，其表面的收集概率很低。下面是硅在光照為 ， 包括了生成率和收集概率 。 167。 比較下圖的藍(lán)光 、 紅光和紅外光 ， 藍(lán)光在硅表面的零點幾微米處幾乎被全部吸收 。 波長 103cm1， 因此其吸收長度更深一些 。 量子效率即可以與波長相對應(yīng)又可以與光子能量相對應(yīng) 。 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 14 167。 量子效率 前端表面復(fù)合導(dǎo)致藍(lán)光響應(yīng)的減小。 影響收集效率的因素同樣影響著量子效率 。 然而 ， 測量經(jīng)反射和透射損失后剩下的光的量子效率還是非常有用的 。 理想太陽能電池 量子效率 “ 光譜響應(yīng) ” 在概念上類似于量子效率 。 能量低于禁帶寬度的光不能被吸收，所以在長波長段的光譜響應(yīng)為零。然而 ， 不同于量子效率的矩形曲線 ， 光譜響應(yīng)曲線在隨著波長減小而下降 。 光譜響應(yīng)是非常重要的量 ， 因為只有測量了光譜響應(yīng)才能計算出量子效率 。 在太陽能電池中 ， 電壓是由所謂的 “ 光生伏打效應(yīng) ” 過程產(chǎn)生的 。 這樣 ， 電荷的分開將在電池兩邊產(chǎn)生一個與內(nèi)建電場方向相反的電場 ， 也因此降低了電池的總電場 。 穿過 pn結(jié)的電壓將達(dá)到新的平衡 。 下面動畫展示了載流子分別在短路和開路情況下的流動情況。而電池短路時 ， pn結(jié)兩邊的少數(shù)載流子濃度以及由少數(shù)載流子決定大小的漂移電流都將增加 。 理想太陽能電池 光伏效應(yīng) 167。 第一象限的伏安曲線方程為： 0 1LqVI I I I e xpn kT????? ? ? ? ? ????????? 167。 短路電流 （ ISC） ， 開路電壓 （ VOC） ， 填充因子（ FF） 和轉(zhuǎn)換效率都可以從伏安曲線測算出來的重要參數(shù) 。 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 24 太陽能電池的伏安曲線 短路電流 ISC是電池流出的最大電流，此時穿過電池的電壓為零。 短路電流的大小取決于以下幾個因素： ? 太陽能電池的表面積 。 ? 入射光的光譜 。 太陽能電池的參數(shù) 短路電流 在比較相同材料的兩塊太陽能電池時 ， 最重要的參數(shù)是擴散長度和表面鈍化 。 實驗室測得的數(shù)據(jù)已經(jīng)達(dá)到 42mA/cm2， 而商業(yè)用太陽能電池的短路電流在 28到 35mA/cm2之間 。 開路電壓如下圖伏安曲線所示 。 由于短路電流的變化很小 ， 而飽和電流的大小可以改變幾個數(shù)量級 ， 所以主要影響是飽和電流 。 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 28 167。 填充因子被定義為電池的最大輸出功率與開路 VOC和 ISC的乘積的比值 。 太陽能電池的參數(shù) 填充因子 167。 要計算電池的 FF可以對電池的功率進行求導(dǎo) ， 令其值為零 ， 便可找出功率最大時的電壓電流值了 。例如 ， (At one sun)在一個 ， 實驗室硅太陽能電池和典型的商業(yè)硅太陽能電池的開路電壓之差大約為 120mV， 填充因子分別為 ， 不同材料的電池的填充因子的差別則可能非常大 。上面的方程只與 VOC和 Vmp， 所以還需要額外的能求出 Imp和 FF的方程 。 然而對于其它特別是效應(yīng)很強的復(fù)合類型來說 ， n的值應(yīng)該為 2。 FF=VmpImp/（ VOCISC ） 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 33 167。 所以在比較兩塊電池的性能時 ， 必須嚴(yán)格控制其所處的環(huán)境 。近幾年的太陽能電池最高效率表將在 太陽能電池效率測量結(jié)果 一節(jié)中給出 。 如果外接負(fù)載的電阻大小等于電池本身的輸出電阻 ，那么電池輸出的功率達(dá)到最大 ， 即工作在 最大功率點 。 其中最常見的寄生電阻為串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻 。 在太陽能電池中 ， 電阻的單位是 Ω cm2。 串聯(lián)電阻對電池的主要影響是減小填充因子 ， 此外 ， 當(dāng)阻值過大時還會減小短路電流 。 167。 計算太陽能電池的最大功率的方程 如下： 2 111mm p m p m p m p s mp SCm p O Cp m p s m p sSm p m pCHI IVP 39。 P r? ? ?S S C Hr R / R?若定義 為標(biāo)準(zhǔn)（ normalized）串聯(lián)電阻， 我們假設(shè)開路電壓和短路電流沒有受到串聯(lián)電阻的影響 ，則可以算出串聯(lián)電阻對填充因子的影響： 在上述方程中 ， 我們把沒有受串聯(lián)電阻影響的填充因子用符號 FF0表示 ， 而 FF‘則用 FFs代替 。 P rV I FF V I FF r FF FF r??? ? ? ??? ??? ?0 1ssF F F F r?? 并聯(lián)電阻 RSH造成的顯著的功率損失通常是由于制造缺陷引起的 ，而不是糟糕的電池設(shè)計 。 下面的動畫將展示小并聯(lián)電阻對電池的影響： 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 40 此電池的表面積為1cm2。 即最大功率近似等于無并聯(lián)電阻時的功率減去并聯(lián)電阻所消耗的功率 。 167。 電阻效應(yīng) 串、并聯(lián)電阻的共同影響 式中 IL為光生電流。 可以把半導(dǎo)體的禁帶寬度隨溫度的升高而下降看成是材料中的電子能量的提高 。 其他效應(yīng) 溫度效應(yīng) 167。 關(guān)于pn結(jié)兩邊的 I0的方程如下： 式中 ， q為一個電子的電荷量； D為硅材料中少數(shù)載流子的擴散率； L為少數(shù)載流子的擴散長度； ND為摻雜率； ni為硅的本征載流子濃度 。 其他效應(yīng) 溫度效應(yīng) 167。 常數(shù) γ， 被用來代替數(shù)字 3以把其它參數(shù)可能受溫度的影響包括進去 。 167。 C。 然而 ， 這種影響是很小的 ， 下面的方程說明 硅太陽能電池中短路電流受溫度影響程度 ： 而 溫度對最大輸出功率 Pm的影響 為： ? ?1 1 1 110 004 0 005m O C SCm v arm O C SCmmdP dV dIdF F PP dT V dT F F dT I dTdP . . / CP dT? ? ? ??? ~2022/5/26 52 南極洲 ， 正在測量太陽能電池的效率 。 通常用多少個太陽來形容光強 ，比如 一個太陽就相當(dāng)于 ， 即1KW/m2。 其他效應(yīng) 光強效應(yīng) 167。 聚光太陽能電池有幾個 潛在的優(yōu)勢 ， 包括比平板太陽能電池更高的轉(zhuǎn)換效率和更低的成本 。因此 ， 在聚光條件下 ， VOC隨著光強上升呈對數(shù)形式增加 ， 如下式所示： 00S C S CO C O CX I In kT n kT n kTV 39。 聚光電池的效率優(yōu)勢可能會因串聯(lián)電阻的增加而有所下降 ， 因為短路電流成線性增加 ， 同時電池的溫度也迅速上升 。 當(dāng)這兩種電阻大小相近時 ， 分流到并聯(lián)電阻的電流將增加 ， 即增加了并聯(lián)電阻的能量損失 。 下圖展示了測量伏安曲線的裝置 。 光源接近 光源由計算機控制 溫度控制試驗臺把電池溫度控制在 25176。 所謂參考電池 ， 即電氣性能和光學(xué)性能都盡可能與與被測電池相近 ， 并且已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)光源下測試過的太陽能電池 。 四點探針是用來消除測試線中的串聯(lián)電阻 ， 和探頭 電池之間的接觸電阻的影響的器材 。 太陽能電池的測量 /測試