太陽能電池板原理_太陽能電池的工作原理

調節負載電阻RL到某一值Rm時，在曲線上得到一點M，對應的工作電流Im和工作電壓Um之積最大，即： Pm=ImUm

一般稱M點為該太陽能電池的最佳工作點(或稱最大功率點)，Im為最佳工作電流，Um為最佳工作電壓，Rm為最佳負載電阻，Pm為最大輸出功率。

⑶ 填充因數

1.最大輸出功率與(Uoc×Isc)之比稱為填充因數(FF)，這是用以衡量太陽能電池輸出特性好壞的重要指標之一。

2.填充因數表征太陽能電池的優劣，在一定光譜輻照度下，FF愈大，曲線愈“方”，輸出功率也愈高。

4、太陽能電池的效率、影響效率的因素

⑴ 太陽能電池的效率:

太陽能電池受照射時，輸出電功率與入射光功率之比η稱為太陽能電池的效率，也稱光電轉換效率。一般指外電路連接最佳負載電阻RL時的最大能量轉換效率。

在上式中，如果把At換為有效面積Aa(也稱活性面積)，即從總面積中扣除柵線圖形面積，從而算出的效率要高一些，這一點在閱讀國內外文獻時應注意。

美國的普林斯最早算出硅太陽能電池的理論效率為21.7%。20世紀70年代，華爾夫(M.Wolf)又做過詳盡的討論，也得到硅太陽能電池的理論效率在AM0光譜條件下為20%~22%，以后又把它修改為25%(AM1.0光譜條件)。

估計太陽能電池的理論效率，必須把從入射光能到輸出電能之間所有可能發生的損耗都計算在內。其中有些是與材料及工藝有關的損耗，而另一些則是由基本物理原理所決定的。

⑵ 影響效率的因素

綜上所述，提高太陽能電池效率，必須提高開路電壓Uoc、短路電流ISC和填充因子FF這三個基本參量。而這3個參量之間往往是互相牽制的，如果單方面提高其中一個，可能會因此而降低另一個，以至于總效率不僅沒提高反而有所下降。因而在選擇材料、設計工藝時必須全盤考慮，力求使3個參量的乘積最大。

1.材料能帶寬度:

開路電壓UOC隨能帶寬度Eg的增大而增大，但另一方面，短路電流密度隨能帶寬度Eg的增大而減小。結果可期望在某一個確定的Eg處出現太陽電池效率的峰值。用Eg值介于1.2～1.6eV的材料做成太陽電池，可望達到最高效率。薄膜電池用直接帶隙半導體更為可取，因為它能在表面附近吸收光子。

2.溫度 :

少子的擴散長度隨溫度的升高稍有增大，因此光生電流也隨溫度的升高有所增加，但UOC隨溫度的升高急劇下降。填充因子下降，所以轉換效率隨溫度的增加而降低。

3.輻照度:

隨輻照度的增加短路電流線性增加，最大功率不斷增加。將陽光聚焦于太陽電池，可使一個小小的太陽電池產生出大量的電能。

4.摻雜濃度:

對UOC有明顯影響的另一因素是半導體摻雜濃度。摻雜濃度越高，UOC越高。但當硅中雜質濃度高于1018/cm3時稱為高摻雜，由于高摻雜而引起的禁帶收縮、雜質不能全部電離和少子壽命下降等等現象統稱為高摻雜效應，也應予以避免。

5.光生載流子復合壽命:

對于太陽電池的半導體而言，光生載流子的復合壽命越長，短路電流會越大。達到長壽命的關鍵是在材料制備和電池的生產過程中，要避免形成復合中心。在加工過程中，適當而且經常進行相關工藝處理，可以使復合中心移走，而且延長壽命。

6.表面復合速率:

低的表面復合速率有助于提高Isc，前表面的復合速率測量起來很困難，經常假設為無窮大。一種稱為背電場(BSF)的電池設計為，在沉積金屬接觸前，電池的背面先擴散一層P+附加層。

7.串聯電阻和金屬柵線:

串聯電阻來源于引線、金屬接觸柵或電池體電阻，而金屬柵線不能透過陽光，為了使Isc最大，金屬柵線占有的面積應最小。一般使金屬柵線做成又密又細的形狀，可以減少串聯電阻，同時增大電池透光面積。

8.采用絨面電池設計和選擇優質減反射膜:

依靠表面金字塔形的方錐結構，對光進行多次反射，不僅減少了反射損失，而且改變了光在硅中的前進方向并延長了光程，增加了光生載流子產量;曲折的絨面又增加了PN結的面積，從而增加對光生載流子的收集率，使短路電流增加5%～10%，并改善電池的紅光響應。

9.陰影對太陽電池的影響:

太陽電池會由于陰影遮擋等造成不均勻照射，輸出功率大大下降。

目前,太陽能電池的應用已從軍事領域、航天領域進入工業、商業、農業、 通信、家用電器以及公用設施等部門，尤其可以分散地在邊遠地區、高山、沙漠、海島和農村使用，以節省造價很貴的輸電線路。但是在目前階段，它的成本還很高，發出1kW電需要投資上萬美元，因此大規模使用仍然受到經濟上的限制。

但是，從長遠來看，隨著太陽能電池制造技術的改進以及新的光—電轉換裝置的發明，各國對環境的保護和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用太陽輻射能比較切實可行的方法，可為人類未來大規模地利用太陽能開辟廣闊的前景。