太阳能电池光照情况下的电流电压关系分析.docx

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太阳能电池光照情况下的电流电压关系分析（亮特性）

光生少子在内建电场驱动下定向的运动在PN结内部产生了n区指向P区的光生电流IL，光生电动势等价于加载在pn结上的正向电压V，它使得PN结势垒高度降低qVD－qV。

开路情况下光生电流与正向电流相等时，pn结处于稳态，两端具有稳定的电势差VOC，这就是太阳能电池的开路电压Voc。

如图3-4所示，在闭路情况下，光照作用下会有电流流过pn结，显然pn结相当于一个电源。

图3-4太阳能电池等效电路图

Iph为太阳电池内部的光生电流，与光伏电池辐照强度、受光面积成正比。

ID为光伏电池内部暗电流，其反映太阳电池自身流过PN结的单向电流；IL为太阳电池输出流过负载的电流；ISH为PN结的漏电流；RSH为光伏电池内部的等效旁路电阻，其值较大，一般可达几千欧姆；RS为光伏电池内部等效串联电阻，其值一般较小，小于1欧姆；UL为负载两端电压。

光电流IL在负载上产生电压降，这个电压降可以使pn结正偏。

如图3-4所示，正偏电压产生正偏电流IF。

从图3-41可知，其中流过负载的电流：

（1）

（2）

（3）

（4）

其中Isc为太阳电池内部的短路电流，如果忽略等效电路输出短路时流过二极管反向漏电流，Iph=Isc。

从前可知，Rsh阻值较大Rs的电阻较小，所以上式可以变换为：

（5）

所以光伏电池输出功率可表示为：

（6）

为光伏电池内部等效二极管的P-N结反向饱和电流，近似常数，不受光照度影响；为电子电荷，q=1.6×10-19C；为波尔兹曼常数，K=1.38×10-23J/K，A为光伏电池内部P-N结的曲线常数。

开路电压Voc和闭路电路Isc是光电池的两个重要参数。

实验上这两个参数通过确定稳定光照下太阳能电池IV特性曲线与电流、电压轴的截距得到。

不难理解，随着光照强度增大，确定太阳能电池的闭路电流和开路电压都会增大。

但是随光强变化的规律不同，闭路电路Isc正比于入射光强度，开路电压Voc随着入射光强度对数式增大。

从半导体物理基本理论不难得到这个结论。

此外，从太阳能电池的工作原理考虑，开路电压Voc不会随着入射光强度增大而无限增大的，它的最大值是使得pn结势垒为零时的电压值。

换句话说太阳能电池的最大光生电压为pn结的势垒高度VD，是一个与材料带隙、掺杂水平等有关的值。

实际情况下最大开路电压值与材料的带隙宽度相当。