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I

L

= I

SC

- I

0

e

qU/ A K T

-

1

(

5

)

式

(4) , (5)

中

:

I

D

为太阳电池的暗电流或漏电流

,

单位

A ;

I

0

为

P - N

结的反向饱和暗电流

,

单位

A ;

q

为电子电荷

,

单位

C ;

K

为玻尔兹曼常数

;

T

为热力学温度

,

单位

K ;

A

为常数因子

(

正偏电压大时

A

值为

1 ,

正偏电压小时

A

值为

2) ;

e

为自然对数的底 。

图

4

　太阳能电池的能带图 、

电路及等效带路

研究表明

,

决定

I

0

大小的关键参数是半导体材料的

禁带宽度

E

g

,

以下的经验公式给出了

I

0

的低限

[ 5 ]

:

I

0

≥

1

.

5

×

10

5

exp

( - E

g

/ KT)

(

6

)

　　在短路状态下

,

U

= 0 ,

由式

(5)

可得到

:

I

L

= I

SC

(

7

)

　　在开路状态下

,

且

I

L

=

0

时

,

电压

U

即为

U

OC

,

用式

(8)

表示

:

U

OC

=

A K T

q

ln

I

SC

I

0

+

1

(

8

)

　　式

(8)

是开路电压的表达式

,

表明要提高太阳电池的

开路电压

,

必须提高短路电流和反向饱和电流的比值 。

根据式

(5)

和式

(8)

做图

,

可得到太阳能电池的伏

-

安

关系曲线

,

如图

5

所示 。这个曲线

,

可简称为

I

-

U

曲线 。

图

5

中

,

曲线

1 ,

是二极管的暗伏安关系曲线

,

即无光

照时太阳能电池的

I

-

U

曲线

;

曲线

2 ,

是电池接受光照后

的

I

-

U

曲线

,

他可由无光照时

I

-

U

曲线向第

4

象限位移

I

SC

量得到 。经过坐标变换

,

最后可得到常用的光照太阳

能电池的伏安特性曲线

,

如图

6

所示 。

太阳能电池的伏安特性曲线显示了通过太阳能电池

(

组件

)

传送的电流与电压在特定的太阳辐照度下的关系 。

对于实际的太阳电池来说

,

必须考虑

P - N

结的品质

和实际存在的串联电阻

R

S

,

并联电阻

R

sh

。串联电阻包括

扩散层的薄层电阻 、

基区材料本身的电阻 、

电极与半导体

的接触电阻 、

电极的电阻等

;

并联电阻包括

P - N

结的漏

电阻及电池边缘的漏电阻等

,

他是由硅片的边缘不清洁或

体内的缺陷引起的 。因此考虑串并联电阻的影响后太阳

电池的伏

-

安特性为

:

I

L

= I

SC

- I

0

e

q(U + I

L

R

S

/ n K T

-

1

-

U + I

L

R

S

R

sh

(

9

)

式中

,

n

称为

P - N

结的品质因子 。

　　　　　图

5

　太阳能电池的 　　　图

6

　常用的太阳能电池

伏安关系曲线

伏安特性曲线

在一定的光照下

,

太阳电池产生一定的电流

I

SC

,

其中

一部分是流过

P - N

结的暗电流

,

另一部分是供给负载的

电流 。故可把光照

P - N

结看作是一个恒流源与理想二

极管的并联组合

,

恒流源的电流就是最大的光生电流

I

SC

,

流过理想二极管的电流即暗电流

I

D

, I

L

为流过负载电阻

R

的电流 。如图

4 (c)

所示 。

4 　结 　语

本文从太阳能电池的结构 、

工作原理出发

,

论述了表

征太阳能电池特性的短路电流 、

开路电压 、

填充因子和光

电转换效率等参数以及外界条件对他们的影响 。对于了

解太阳能电池的基本特性有很大的帮助

,

同时

,

对太阳能

电池的设计和测试也有一定的指导作用 。

参 　考 　文 　献

[ 1 ] Chapin D M , Fuller C S , Pearso n G L . A New Silico n P - N

J unctio n Photocell fo r Co nverting Solar Radiatio n into Elec

2

t rical Power [J ] . Appl. Phys. ,1954 ,25 :676 - 677.

[ 2 ] Green M S. Solar Cells in Modern Semico nducto r Device

Physics[ M ] . Wiley Interscience ,New Yo rk ,1998.

[ 3 ] Green M A . Solar Cells - Operating Principle , Technolo gy

and System Applicatio n[ M ] . N . J . Prentice Hall , Inc. Engle

2

woo d Cliff s ,1982.

[ 4 ] Hu C , White R M. Solar Cells [ M ] . New Yo rk : Mc Graw -

Hill ,1983.

[ 5 ] Green M A . Solar Cells - Operating Principle , Technolo gy

and System Applicatio n[ M ] . N . J . Prentice Hall , Inc. Engle

2

woo d Cliff s ,1982.

作者简介 　袁 　镇 　男

,1968

年出生

,

陕西西安人

,

工程师 。主要从事技术研究工作 。

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6

1

《现代电子技术》

2007 年第 16 期总第 255 期

　

　

集 成 电 路