太阳能电池基本参数影响因素论文

太阳能电池基本参数的影响因素分析与研究摘要：通过对太阳电池在光照时等效电路的电路分析，得到了太阳电池在光照条件下几个基本参数的计算公式，从中找出太阳能电池基本参数的影响因素及规律性，再通过生产过程的实际数据进一步证明几个影响因素之间的关系，从而分析提高太阳电池转换效率的有效途径。

abstract： based on analyzing equivalent circuit of solar cell in the light， the paper gets the calculation formulas of basic parameters of the solar cell in the light， and finds the influencing factors and regularity， and improves the relationship among influencing factors through the actual data in production process， and then analyzes the effective way to improve the conversion efficiency of solar cell.

关键词：太阳电池；开路电压；短路电流；转换效率；串联电阻；并联电阻

key words： solar cell；open circuit voltage；short circuit current；conversion efficiency；series resistor；shunt resistance

中图分类号：s214 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2012）32-0033-03

0 引言

太阳能光伏发电是利用半导体界面的光生伏打效应将光能转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池，太阳能电池经过串联后进行封装便构成了大面积的太阳能电池组件。本文通过对太阳能电池基本参数的影响因素的分析，进一步探讨提高太阳能电池转换效率的有效途径。

1 太阳电池电性能的主要参数

目前反应太阳电池电性能的主要因素有：短路电流，开路电压，填充因子，光电转换效率，最大功率最大工作电流，最大工作电压，串联电阻，并联电阻。

2 太阳电池在光照时的等效电路

太阳电池在光线的照射下，由于光伏效应，引起的载流子也就是电子和空穴漂移会形成从n区流到p区的光电流iph。当与外电路接通时，就会有电流通过电路，pn结就相当于一个电流源。太阳电池材料本身以及与金属电极的接触面都不可避免地存在着电阻，为了分析方便，把这些电阻全部看成为一个串联电阻rs；把不经过p n 结正常电流通道的漏电流都用一个分流电阻rsh来表示。因此，当考虑串联电阻和分流电阻时，太阳电池在光照时的等效电路就应该如图1所示。

根据图1，由基尔霍夫定律得太阳电池的输出电流方程为：[1] i=iph-id-ish=iph-ioe■-1-■（1）

rs——串联电阻；rsh ——并联电阻

iph——光生电流；id——二级正向管电流：

id=io（e■-1）（2）

io=q■+■（3）

io为二极管反向饱和电流。

3 太阳电池的影响因素分析

短路电流和开路电压是描述太阳电池性能的重要参数。

3.1 短路电流isc 当负载被短路时，v=0，并且此时流经二极管的暗电流id非常小，可以忽略，上式可变为：

isc=iph -isc■？圯isc=■[1] （4）

当rsh>>rs时，isc≈iph

由此可知，短路电流isc总小于光生电流iph且isc的大小也与rs和rsh有关。串联电阻rs越小，并联电阻rsh越大，短路电流就越大。理想的光伏电池短路电流isc=iph

3.2 开路电压voc：[2] 一个理想的光伏电池，因串联rs很小、并联电阻rsh很大，所以进行理想电路计算时，他们都可忽略不计。所以负载电流满足下式，

i=iph-id=iph-io[exp（qv/nkt）-1]（5）

即太阳能电池在空载情况下的端电压为太阳能电池的开路电压，用voc表示。

i=0，有光照时，由上述可知光电流和正向结电流相等，但方向相反，于是由肖克莱方程给出：id=iph=io（e■-1）

两边取对数整理后，a→1得voc=■1n■+1（6）

开路时，可以认为接近于理想太阳能电池，由此可见太阳能电

池的光伏电压与电池面积的大小无关。同时也与暗电流有关。而对太阳能电池而言，暗电流不仅仅包括二极管反向饱和电流，还包括薄层漏电流和体漏电流。

漏电流：太阳能电池片可以分3层，即薄层（即n区），耗尽层（即pn结），体区（即p区），对电池片而言，始终是有一些有害的杂质和缺陷的，有些是材料本身就有的，也有的是工艺中形成的，这些有害的杂质和缺陷可以起到复合中心的作用，可以虏获空穴和电子，使它们复合，复合的过程始终伴随着载流子的定向移动，必然会有微小的电流产生，这些电流对测试所得的暗电流的值是有贡献的，由薄层贡献的部分称之为薄层漏电流，由体区贡献的部分称之为体漏电流。

3.3 填充因子ff

ff=■=■（7）

太阳电池的光电输出特性曲线如图2所示。从图中可以看出最大输出功率总在该曲线“膝点”的附近，当电池的短路电流isc和开路电压voc一定时，填充因子ff是衡量太阳能电池输出特性的重要指标，其值越大表示太阳能电池的输出功率越大。ff的值始终小于1。

填充因子越大，反映到太阳能电池的电流-电压曲线上就是曲线接近正方形，此时太阳能电池可以实现很高转换效率。

3.4 转换效率η

η=■=■=■（8）

at表示包括栅线在内的电池总面积，pin为单位面积入射光的功率。根据上式可得：填充系因子越大，即转换效率越大。因此，影响η的主要因素为开路电压、短路电流和填充因子，综上所述，影响voc、isc、vm、im、ff和η的主要因素就是串联电阻和并联电阻。而实践证明短路电流的变化最直接可以反映效率的变化。

表1及图3是工厂生产的一组实验数据，反映了开路电压一定时，转换效率与短路电流之间的变化关系。转换效率≥15%以后，短路效率在一个狭小的范围（5～6ma）缓慢提高。

其中：ncell转换效率

3.5 串联电阻rs和并联电阻rsh

3.5.1 串联电阻rs 一般小于1ω，主要包括金属电极与半导体材料的接触电阻、半导体材料的体电阻和电极电阻三部分。

3.5.2 并联电阻rsh一般为几千欧姆，主要是电池边缘漏电、电池表面污浊或耗尽区内的复合电流引起的，这几种电流构成了漏电流。而且并联电阻越大，漏电流也就越小。

4 提高太阳电池效率的途径

从上所述可以看出，要提高太阳电池的效率，应提高开路电压voc、短路电流isc和填充因子ff这三个基本参量。

表2是一组电池片工厂生产过程中最终测试分选数据结果。

从表中可以看出，反映电池片电性能的各参数之间是相互牵制的，不是单纯的提高某一个参量就可以改变转换效率，但总体来说，短路电流是必须增大，效率相对就会提高的。