太阳能电池等效电路

太阳能电池等效电路图 1.1是利用 P/N结光生伏特效应做成的理想光电池的等效电路图，图中把光照下的 p-n结看作一个理想二极管和恒流源并联，恒流源的电流即为光生电流 IL， RL为外负载。 IL的能力通过 p-n结的结电流 Ij用二极管表示。 这个等效电路的物理意义是： 太阳能电池光照后产生一定的光电流 I L， 其中一部分用来抵消结电流 Ij， 另一部分即为供给负载的电流 I R。 其端电压V、结电流 I以及工作电流 I的大小都与负载电阻 R有关，但负载电阻并不是唯一的决定因素。如上所述， I的大小为jL III （ 1-1 ）根据扩散理论，二极管结电流 Ij可以表示为)1(0 kTqVjjeII （ 1-2 ）将式（ 2-2）代入（ 2-1 ），得)1(0 kTqVLjeIII （ 2-3 ）实际的太阳能电池，由于前面和背面的电极和接触，以及材料本身具有一定的电阻率，基区和顶层都不可避免的要引入附加电阻。流经负载的电流，经过它们时，必然引起损耗。在等效电路中， 可将它们的总效果用一个串联电阻 RS来表示。 由于电池边沿的漏电和制作金属化电极时， 在电池的微裂纹、 划痕等处形成的金属桥漏电等， 使一部分本应通过负载的电流短路，这种作用的大小可用一并联电阻 RSH来等效。则实际的光电池的等效电路如图 1.2所示 [17-20] 。 p-n结光生伏特效应最主要的应用是作为太阳能电池。 太阳辐射的光能有一个光谱分布，禁带宽度越窄的半导体，可以利用的光谱越广。但是，禁带宽度 Eg 太小的话相应能产生的光电动势又会比较小。反之， Eg 大的半导体，虽然 V OC 可以提高，但可以利用的太阳光谱范围就会比较小 [35] 。也就是说，开路电压 V oc 随 Eg 的增大而增大，但另一方面，短路电流密度 JSC 随 Eg 的增大而减小。 结果是可期望在某一个确定的 Eg 处出现太阳能电池效率的峰值。 因此如何充分合理的利用太阳能资源， 是一个太阳能电池生产商面临的关键技术问V+_RL I D IIL 图 1.1 理想光电池的等效电路图Fig. 1.1 Equivalent circuit of the ideal solar cell RSH RS V+_RL ID IL 图 1.2 太阳能电池的实际等效电路Fig.1.2 Equivalent circuit of the actual solar cell 题。