【文章內(nèi)容簡介】 開路電壓 開路電壓是太陽能電池的最大電壓，即凈電流為零時的電壓。 上述方程顯示了 VOC取決于太陽能電池的飽和電流和光生電流 。 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 。 飽和電流 I0主要取決于電池的復(fù)合效應(yīng) 。 即可以通過測量開路電壓來算出電池的復(fù)合效應(yīng) 。 實(shí)驗(yàn)室測得的硅太陽能電池在 大開路電壓能達(dá)到 720mV， 而商業(yè)用太陽能電池通常為 600mV。 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 28 167。 太陽電池的參數(shù) 開路電壓 01LOC Ink TV lnqI???????? 通過把輸出電流設(shè)置成零，便可得到太陽能電池的開路電壓方程： 短路電流和開路電壓分別是太陽能電池能輸出的最大電流和最大電壓 。 然而 ， 當(dāng)電池輸出狀態(tài)在這兩點(diǎn)時 ， 電池的輸出功率都為零 。 “ 填充因子 ” ， 通常使用它的簡寫 “ FF” ，是由開路電壓 VOC和短路電流 ISC共同決定的參數(shù) ， 它 決定 了太陽能電池的 輸出效率 。 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 。 從圖形上看 ， FF就是能夠占據(jù) IV曲線區(qū)域最大的面積 。 如下圖所示 。 2022/5/26 29 167。 太陽能電池的參數(shù) 填充因子 167。 太陽能電池的參數(shù) 填充因子 輸出電流 （ 紅線 ） 和功率的 （ 藍(lán)線 ） 圖表 。 同時標(biāo)明了電場的短路電流 （ ISC） 點(diǎn) 、 開路電壓 （ VOC） 點(diǎn)以及最大功率點(diǎn) （ Vmp，Imp） ， 點(diǎn)擊圖片可以看到當(dāng)電池的填充因子變小時曲線是如何變化的 。 FF是對伏安曲線的矩形面積的測量 ， 則電壓高的太陽能電池 ， 其 FF值也可能比較大 ， 因?yàn)榉睬€中剩余部分的面積會更小 。 要計算電池的 FF可以對電池的功率進(jìn)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 。 即： d（ IV） /dV=0 并給出： 1mpm p O C qVn k TV V l nq n k T??? ? ?????2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 31 167。 太陽能電池的參數(shù) 填充因子 上述方程顯示了電池的開路電壓越高 ， 填充因子就越大 。然而 ， 材料相同的電池的開路電壓 ， 它們的變化也相對較小 。例如 ， (At one sun)在一個 ， 實(shí)驗(yàn)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 。 例如 ， GaAs太陽能電池的填充因子能達(dá)到 。 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 32 167。 太陽能電池的參數(shù) 填充因子 0 7 21O C O COCV ln V .FFV????（ ） 然而 ， 單從上面的步驟并不能得出一個簡單或近似的方程 。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 。 一個比較常使用的 經(jīng)驗(yàn)方程 是： 上述方程還說明了 理想因子 （ 也叫 n因子 ） 的重要性 。 理想因子是描述 pn結(jié)質(zhì)量和電池的復(fù)合類型的測量量 。 對于復(fù)合類型那一節(jié)所討論的簡單的復(fù)合來說 ， n的值為 1。 然而對于其它特別是效應(yīng)很強(qiáng)的復(fù)合類型來說 ， n的值應(yīng)該為 2。 大的 n值不僅會降低填充因子 ， 還會因?yàn)楦邚?fù)合效應(yīng)而降低開路電壓 。 上述方程中一個重要的限制是 ， 它求出的只是 最大 填充因子 ， 然而實(shí)際上因?yàn)殡姵刂?寄生電阻 的存在 ， 填充因子的值可能會更低一些 。 因此 ， 測量填充因子最常用的方法還是測量伏安曲線 ， 即最大功率除以開路電壓與短路電流的乘積 。 FF=VmpImp/（ VOCISC ） 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 33 167。 太陽能電池的參數(shù) 填充因子 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 34 發(fā)電效率是人們在比較兩塊電池好壞時最常使用參數(shù) 。 效率定義為 電池輸出的電能與射入電池的光能的比例 。 除了反映太陽能電池的性能之外 ， 效率還決定于入射光的光譜和光強(qiáng)以及電池本身的溫度 。 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 。 測量陸地太陽能電池的條件是光照 25176。 C。 而空間太陽能電池的光照則為 AM0。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 。 下式為計算發(fā)電效率的方程： Pmax= VOCISC FF ,η=Pmax/Pin = VOCISC FF /Pin 167。 太陽能電池的參數(shù) 效 率 直線斜率的倒數(shù)就是特征電阻。 太陽能電池的 特征電阻 就是指電池在輸出最大功率時的輸出電阻 。 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(diǎn) 。 此參數(shù)在分析電池特性 ， 特別是研究 寄生電阻損失機(jī)制 時非常重要 。 2022/5/26 35 圖上的公式還可代之以： RCH=VOC/ISC 167。 電阻效應(yīng) 太陽能電池的 特征電阻 電池的 電阻效應(yīng) 以在電阻上消耗能量的形式 降低 了電池的發(fā)電效率 。 其中最常見的寄生電阻為串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻 。 從下面的電池等效電路便可看出串聯(lián)和并聯(lián)電阻 。 36 在大多數(shù)情況下 ， 當(dāng)串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻處在典型值的時候 ， 寄生電阻對電池的最主要影響便是減小填充因子 。 串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的阻值以及它們對電池最大功率點(diǎn)的影響都決定于 電池的幾何結(jié)構(gòu) 。 在太陽能電池中 ， 電阻的單位是 Ω cm2。 由歐姆定律可以求出單位面積的阻值 ， R（ Ω cm2 ） =V/J。 167。 電阻效應(yīng) 寄生電阻效應(yīng) 太陽能電池中 ， 引起串聯(lián)電阻的因素有三種：第一 ， 穿過電池發(fā)射區(qū)和基區(qū)的電流流動；第二 ， 金屬電極與硅之間的接觸電阻；第三便是頂部和背部的金屬電阻 。 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 。 下面動畫描述了串聯(lián)電阻對伏安曲線的影響 。 2022/5/26 37 串聯(lián)電阻對 FF的影響。此電池的表面積為 1cm2 。 167。 電阻效應(yīng) 串聯(lián)電阻 串聯(lián)電阻并不會影響到電池的開路電壓 ， 因?yàn)榇藭r電池的總電流為零 ， 所以串聯(lián)電阻也為零 。 然而 ， 在接近開路電壓處 ，伏安曲線會受到串聯(lián)電阻的強(qiáng)烈影響 。 一種直接估計電池的串聯(lián)電阻的方法是找出伏安曲線在開路電壓處的斜率 。 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。 V I I R = VV