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1、等效电路当受到光照的太阳电池接上负载时，光生电流流经负载，并在负载两端产生端压，这时可以使用一个等效电路来描述太阳电池的工作情况。图中把太阳电池看成稳定产生光电流I L 的电流源（假设光源稳定），与之并联的有一个处于正偏压下的二极管及一个并联电阻R ,显然，二极管的正向电流匚二Io eAkT -1和旁路电流Ish都是靠I.提供的, 丿shD0sh剩余的光电流经过一个串联电阻R流入负载Rl。ILRs图2-2 p-n结太阳电池等效电路由等效电路可得，当流入负载化的电流为1，负载端压为V时,L D sh-I0q (V + IR、) e AkTI (R + R )sLR、hV = IRL2-17)2-
2、18)当负载R从o变化到无穷的时候，就可以根据上式画出太阳电池的负载特性曲线（伏L安特性曲线）。曲线上的每一点称为工作点，工作点和原点的连线称为负载线，斜率为丄，RL工作点的横坐标和纵坐标即为相应的工作电压和工作电流。若改变负载电阻R到达某一个L特定值 R ，此时，在曲线上得到一个点 M ，对应的工作电流与工作电压之积最大m（P二I V），我们就称这点M为该太阳电池的最大功率点，其中，I为最佳工作电流, m m m mV 为最佳工作电压， R 为最佳负载电阻， P 为最大输出功率。 mmmmoc图 2-3 太阳电池负载特性曲线参数的测量及计算当负载Rl连续变化时，经过测量得到一系列IV数据，由
3、此可以作出如图2-3所示的太阳电池的伏安特性曲线，同时计算出一些重要的参数。这些参数主要包括：开路电压V，oc短路电流I ，最佳工作电压V，最佳工作电流I，最大功率P，填充因子FF，串联电sc m m m阻R，并联电阻R和电池效率耳。s sh1. 开路电压V，短路电流I的计算oc sc从图2-3上可知，测量得到的曲线与V、I两轴的交点即开路电压V，短路电流I 。oc sc2. 最佳工作电压V，最佳工作电流I，最大功率P的计算m m m一般情况下，直接求P会有一些麻烦。所以，可以在计算机上按照步长，求得每一点m的P = IV，然后直接取其中的最大值就是P 了。这时，该点所对应的电压和电流也就是最
4、m佳工作电压V，最佳工作电流I。mm3. 填充因子 FF 的计算最大功率（P ）与开路电压短路电流之积（V XI ）的比值就称为填充因子（FF ）, m oc sc在图2-3中所表示的就是四边形OI MV与四边形OI AV面积之比。m m sc ocP V IFF 二一 m=m_mVI VIoc sc oc sc填充因子是表征太阳电池性能的优劣的重要参数之一。4. 并联电阻R与串联电阻R的近似解法sh s由第二节等效电路可得，当流入负载勺的电流为/，负载端压为V时,I I I = I I eL D sh L 0shV = IRL、q (V+IR、)AkT 1Rsh考虑在V T 0时，（2-17
5、）的渐进行为。对于硅太阳电池，一般情况下，满足/ q (V + IR、)e AkT 1L1 R . 1Rsh1 A 22-17)2-18)2-19)根据（2-19）,很容易得到，在V T 0时,2-17）可以写为V + IRRshA-1 (1 + Rsh丿V2-20)QI -L Rsh=I 工Rshsc(dI -1(dVI dV JV=0I dI JI=Ishsc对（2-20）求微分，可以得到didV，即V =osh2-21)因此，只要测量出在V T 0附近的I V曲线的斜率，就可以由（2-21）求出R的sh 值了。串联电阻的解法同并联电阻相类似，考虑V T V的情况下，（2-17）的渐进行为
6、。 oc在V T V时，（2-17）可以近似写为L0q(V + IR ) AkT 2-22)oc化简(2-22)，可得2-23)I 二 I 竺-VL qI R R0 s s对（2-20）求微分，可以得到乌dV2-24)V=VocR =(dI、-1(dV =sI dV丿IdI丿V=VI=0oc所以，测量出在V T V附近的I V曲线的斜率，就可以由（2-24）求出R的值了。ocs5. 串联电阻R的数值解法s上面的算法因为连续使用了两次近似，计算结果会有较大的系统误差。为了获得更精确 的结果，可以采用数值解法。考虑太阳电池的双指数模型，负载电流为q (V + IR )q (V + IR )I =I
7、 -Ie AkT 1-Ie 2 AkT 1L0102丿 丿V + IRLRsh2-25)6. 太阳电池效率耳的计算 在太阳电池受到光照时，输出电功率和入射光功率之比就称为太阳电池的效率，也称为 光电转换效率。P门=mAPt inI V _FF -1 Vmm =scocAPAPt in t inFF -1 Vsc oc a L（九）hCdkt o九2-25）其中， A 为太阳电池总面积（包括栅线图形面积）。考虑到栅线并不产生光电，所以可以 t=代（九）d九，为单位面积的入射光功率。实际测量时，P0人in把A换成有效面积A （也称为活性面积），即扣除了栅线图形面积后的面积，同时计算得 ta到的转换效率要高一些。P即在 25C下，P = 100mW /cm2。in取标准光强：AM 1.5条件，
