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Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｆｒｏｎｔｉｅｒ
技术前沿
１．３
太阳能电池的表征参数
当光照射太阳能电池时， 将产生一个由
ｎ
区 到
ｐ
区 的 光 生
电 流
Ｉ
ｐｈ
。同 时
， 由 于
ｐｎ
结 二 极 管 的 特 性 ， 存 在 正 向 二 极 管 电 流
Ｉ
Ｄ
， 此电流方向从
ｐ
区到
ｎ
区， 与光生电流相反。因此， 实际获得
的电流
Ｉ
为：
Ｉ＝Ｉ
ｐｈ
－ Ｉ
Ｄ
＝Ｉ
ｐｈ
－ Ｉ
０
ｅｘｐ
ｑＶ
Ｄ
ｎｋ
Ｂ
Ｔ
!
"
－
#
$
１
（
１．１
）
式中
Ｖ
Ｄ
为结电压，
Ｉ
０
为二极管的反向饱和电流，
Ｉ
ｐｈ
为与入射
光的强度成正比的光生电流， 其比例系数是由太阳能电池的结
构和材料的特性决定的。
ｎ
称为理想系数（
ｎ
值） ， 是表示
ｐｎ
结特
性的参数， 通常在
１￣２
之间。
ｑ
为电子电荷，
ｋ
Ｂ
为波尔兹曼常数，
Ｔ
为温度。
如果 忽 略 太 阳 能 电 池 的 串 联 电 阻 ，
Ｖ
Ｄ
即 为 太 阳 能 电 池 的 端
电 压
Ｖ
， 则（
１．１
） 式可写为
Ｉ＝Ｉ
ｐｈ
－ Ｉ
０
ｅｘｐ
ｑＶ
Ｄ
ｎｋ
Ｂ
Ｔ
!
"
－
%
&
１
（
１．２
）
当 太 阳 能 电 池 的 输 出 端 短 路 时 ，
Ｖ＝０
（
Ｖ
Ｄ
≈
０
） ， 由（
１．２
） 式 可
得短路电流
Ｉ
ｓｃ
＝Ｉ
ｐｈ
（
１．３
）
即太阳能电池的短路电流等于光生 电 流 ， 与入射光的强度
成正比。当太阳能电池的输出端开路时，
Ｉ＝０
， 由（
２
） 和（
３
） 式可得
开路电压
Ｖ
ｏｃ
＝ ｎｋ
Ｂ
Ｔ
ｑ
１ｎ Ｉ
ｓｃ
Ｉ
０
＋
!
"
１
（
１．４
）
当太阳能电池接上负载
Ｒ
时， 所得的负载伏—安特性曲线
如图
３
所示。负载
Ｒ
可以从零到无穷大。当负载
Ｒ
ｍ
使太阳能电
池的功率输出为最大时， 对应的最大功率
Ｐ
ｍ
为
Ｐ
ｍ
＝Ｉ
ｍ
Ｒ
ｍ
（
１．５
）
式中
Ｉ
ｍ
和
Ｖ
ｍ
分别为最佳 工 作 电 流 和 最 佳 工 作 电 压 。将
Ｖ
ｏｃ
与
Ｉ
ｓｃ
的乘积与最大功率
Ｐ
ｍ
之比定义为填充因子
ＦＦ
， 则
ＦＦ＝ Ｐ
ｍ
Ｖ
ｏｃ
Ｉ
ｓｃ
＝ Ｖ
ｍ
Ｉ
ｍ
Ｖ
ｏｃ
Ｉ
ｓｃ
（
１．６
）
ＦＦ
为太阳能电池的重要表征参数，
ＦＦ
愈大则输出的功率愈
高。
ＦＦ
取决于入射光强， 材料的禁带宽度、理想系数、串联电阻和
并联电阻等。
太阳能电池的转换效率
η
定义为太阳能电池的最大 输 出 功
率与照射到太阳能电池的总辐射能
Ｐ
ｉｎ
之比， 即
η
＝ Ｐ
ｍ
Ｐ
ｉｎ
×
１００％
（
１．７
）
太阳能电池并联电阻与串联电阻的计算
设
ａ＝－ Ｉ
０
，
ｂ＝ ｑ
ｎｋ
Ｂ
Ｔ
并联电阻为
ｄＩ
ｄＶ
｜
０
＝－ １
ａｂ
（
１．８
）
串联电阻为
ｄＶ
ｄＩ
｜
Ｖｏｃ
＝－
１
ａｂｅｘｐ
（
ｂＶ
ｏｃ
）
（
１．９
）
２
太阳能电池检测系统基本原理
２．１
检测仪器的硬件组成
太 阳 能 电 池 产 品 生 产 线 的 一 个 环 节 ——
—太 阳 能 电 池 检 测
仪， 是相当重要的， 它将影响太阳能电池产品的质量。
检测仪分为
４
个功能部分： 高压脉冲电源； 模拟太阳光平行
光源； 电子负载； 工控计算机。其中高压脉冲电源为氙灯管提供脉
冲能量， 一般情况下充电电压为
５５０Ｖ
， 灯管释放的光能经过铝箔、
毛玻璃的漫反射处理后， 基本上转化为
１ ０００Ｗ／ｍ
２
的模拟太阳光，
即用于检测太阳能电池的大面积平行光源， 该光源配备一个标
准太阳能电池片， 作为参考电池， 输出的电压值代表检测时的光
强； 电子负载主要由两个大功率功放器件组成， 用于将来自太阳
能电池的电流电压信号稳定输出， 再将电流、电压以及参考电池
电压、温度的模拟量输出到工控计算机的高速数据采 集 卡 ， 数据
采 集 卡 将 以 每 秒
１Ｍ
个 样 本 的 速 率 将 模 拟 量 转 换 为 数 字 量 ， 经
过转换后得到的数据， 就可以作为原材料处理获得太阳能电池
的各个物理参数了。以下将介绍数据处理过程。
２．２
检测软件的工作原理
由检测仪器产生的原始数据是充 满 毛 刺 的 ， 因此不可将原
始数据作为结果呈现出来， 而是使用数据处理过程， 得到非常接
近客观事实的分析结果。以下将以自底向上的方 法 分 析 软 件 的
工作原理。
２．３
数据处理采用的算法
２．３．１
非线性拟合算法
非线性最小二乘法曲线拟合主要应用于 非 线 性 方 程 数 据 处
图
１．２ 太阳电池发电原理示意图
图
１．３ 太阳电池的伏 － 安特性曲线
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