太阳能光伏电池电气性能的评测

  来自于日光的电能是真正“绿色”和廉价的能源，但是需要基于光伏（PV）电池和存储

设备（例如电池）的能量转换系统。

PV 或太阳能电池在户外照明领域，甚至在全家用和工

业领域的应用越来越广泛；它们可以采用与半导体器件制造相同的工艺进行制作。太阳能电
池的功能非常简单：吸收太阳光的光子并释放出电子。当在太阳能电池上连接负载时，就会
产生电流。
　　

PV 电池和材料的电气特征分析需要进行多种电气测量。这些测试工作可以在研发过程

中在电池上进行，也可以作为电池制造工艺的组成部分。这些测试包括电流与电压关系（

I-

V）、电容与电压关系（C-V）、电容与频率关系（C-f）和脉冲 I-V 测试等。利用这些电气测
试结果可以提取出很多常用的参数，例如输出电流、最大输出功率、掺杂密度、转换效率、电
阻率和霍尔电压。
　　

PV 电池采用各种吸光材料制作，包括结晶和非晶硅，碲化镉（CdTe）和铜铟镓硒化

物（

CIGS）材料制成的薄膜，以及有机/聚合物类的材料。

　　

PV 电池的等效电路模型（如图 1 所示）能够帮助我们深入了解这种器件的工作原理。

理想

PV 电池的模型可以表示为一个感光电流源并联一个二极管。光源中的光子被太阳能电

池材料吸收。如果光子的能量高于电池材料的能带，那么电子就被激发到导带中。如果将一
个外部负载连接到

PV 电池的输出端，那么就会产生电流。

　　

PV 电池/光子 hυ/负载

图

1.由一个串联电阻（RS）和一个分流电阻（rsh）和一个光驱电流源构成的光伏电池

等效电路

　　

   由于电池衬底材料及其金属导线和接触点中存在材料缺陷和欧姆损耗，PV 电池

模型必须分别用串联电阻（

RS）和分流电阻（rsh）表示这些损耗。串联电阻是一个关键参

数，因为它限制了

PV 电池的最大可用功率（PMAX）和短路电流（ISC）。

　　

PV 电池的串联电阻（rs）与电池上的金属触点电阻、电池前表面的欧姆损耗、杂志浓度

和结深有关。在理想情况下，串联电阻应该为零。分流电阻表示由于沿电池边缘的表面漏流
或晶格缺陷造成的损耗。在理想情况下，分流电阻应该为无穷大。
　　要提取光伏电池的重要测试参数，需要进行各种电气测量工作。这些测量通常包含直流
电流和电压、电容以及脉冲

I-V。

直流电流

-电压（I-V）测量（提供 V 测量 I）