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第二章 光伏电池及其特性 1. Principle of Solar Cells 2 .硅型光伏电池的电特性 3.光伏电池的外特性 4. 光伏电池性能的检测 5.光伏电池的结构和分类 What are Semiconductors? 入门 导电性界于导体与绝缘体之间的材料 中阶 电阻系数约为10-4 ~108 ?.cm的材料 进阶 能隙约在 4eV以下之的材料 重要的半导体分类 （1）Intrinsic semiconductor 完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体 (纯半导体)。 The Diamond Structure Covalence Bonds 本征激发 在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位（空穴）的过程。 （2） Extrinsic Semiconductor P-type Semiconductor (P型半导体) Principle of Solar Cells (2) PN结受光照后，光伏效应 光生载流子形成电流的过程 2 .2硅型光伏电池的电特性 2.2.1 等效电路 2.2.2 光伏电池伏安特性曲线 2.2.3 输出功率和输出因子 2.2.4 输出效率 1. 等效电路中符号的说明 等效电路中符号的说明 理想太阳能电池的等效电路图以及变量关系 反向饱和电流 是指给PN结加一反偏电压时，外加的电压使得PN结的耗尽层变宽，结电场（即内建电场）变大，电子的电势能增加，P区和N区的多数载流子（P区多子为空穴，N区多子为电子）就很难越过势垒，因此扩散电流趋近于零； 但是由于结电场的增加，使得N区和P区中的少数载流子更容易产生漂移运动，因此在这种情况下，PN结内的电流由起支配作用的漂移电流决定。漂移电流的方向与扩散电流的方向相反，表现在外电路上有一个流入N区的反向电流，它是由少数载流子的漂移运动形成的。由于少数载流子是由本征激发而产生的，在温度一定的情况下，热激发产生的少子数量是一定的，电流趋于恒定。 b. 光伏电池伏安特性曲线通常把电流取为正值 伏安特性曲线的测量过程 （1）调节负载电阻RL，足够小，测短路电流Ιsc (short circuit current). (2)调节负载电阻RL，足够大，测开路电压（open circuit voltage）。 对于一般的太阳电池，可近似认为接近于理想的太阳电池，即太阳电池的串联电阻值为零，旁路电阻为无穷大。 (2)开路电压 对于晶体硅太阳能电池，必须要有p-n结的存在，而这个p-n结的存在才能在光照下引起开路电势。开路电势反应了p-n结电场的强度。当n型硅和p型硅接触时，由于n型硅的费米能级偏负，而p型硅的能级偏正，我们知道，任何两种材料接触在一起后，由于晶体界面电子空穴的相互扩散，平衡后会达到统一费米能级，所以当p-n结形成后，n型费米能级正移，p型费米能级负移，最终达到统一能级，这时候由于n型费米正移，就会拉动n型材料体相导带正移，而晶体界面处由于存在电子空穴交换不会移动，所以导带形成上弯型，同样原理p型导带会最终下弯。当体系收到光照时，光生伏打效应产生，电子转移到n型材料上，空穴转移到p型材料上，由于电子空穴的不平衡，n型导带负移，p型导带正移，它俩拉开的电位差就为开路电势。所以，当材料的禁带宽度越宽，pn材料达到共同费米能级时移动空间必然越大，这样当有光照时，从新拉开的电位空间就越大，自然开路电势越大。或许你要问，比如单晶的TiO2没有pn结的存在，但是将其电极置于电解液中，开光照射依然有开路电势，其实道理很简单，因为电解液有氧化还原电位，这个氧化还原电位将于TiO2的费米能级按同样的原理组成液结。 开路电压 （4）曲线因子 又称填充因子 确定最大输出功率点的方法 确定最大输出功率点的方法 通常太阳电池所标明的功率，是指在标准工作条件下最大功率点所对应的功率。 (6) 太阳电池的转换效率 太阳电池的转换效率η定义为太阳电池的最大输出功率与照射到该电池上的总辐射功率Pin之比，即 研究表明，造成太阳能电池能量损失的主要因素有： ②另一主要损失是电子空穴对引起的。为减少电子空穴结合所造成的损失，可设法延长光生载流子寿命，这可通过消除不必要的缺陷来实现。 2.3 光伏电池的外特性 2.3.1 光谱响应 2.3.2 温度特性和光照特性 2.3.3 负载特性 概述 光伏电池工作环境的多种外部因素，如光照强度、环境温度、粒子辐射等都会对电池的性能指标带来影响，而且温度的影响和光照强度的影响还常常同时存在. 为了保证光伏电池具有较高的工作效率和较稳定的性能，其制造工艺、组合安装，以及在设计配套的控制系统时，都要考虑改善光伏电池外特性的问题。 光谱响应 分析光伏电池的光谱响应，通常是讨论它