应用光伏学第3章太阳能电池的特性

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1、第三章：第三章：太阳能电池的特性太阳能电池的特性2024/7/30UNSW新南威尔士大学1 3.1 理想太阳能电池理想太阳能电池 3.2 太阳能电池的太阳能电池的 参数参数 3.3 电阻效应电阻效应 3.4 其他效应其他效应 3.5 对太阳能电池对太阳能电池 的测量的测量 3.1.1 理想太阳能电池理想太阳能电池太阳能电池的结构太阳能电池的结构 太太阳阳能能电电池池是是一一种种能能直直接接把把太太阳阳光光转转化化为为电电的的电电子子器器件件。入入射射到到电电池池的的太太阳阳光光通通过过同同时时产产生生电电流流和和电电压压的的形形式式来产生电能。来产生电能。这个过程的发生需要这个过程的发生需要两

2、个条件：两个条件： 首首先先，被被吸吸收收的的光光要要能能在在材材料料中中把把一一个个电电子子激激发发到到高高能能级级。第第二二，处处于于高高能能级级的的电电子子能能从从电电池池中中移移动动到到外外部部电电路。在外部电路的电子消耗了能量然后回到电池中。路。在外部电路的电子消耗了能量然后回到电池中。许许多多不不同同的的材材料料和和工工艺艺都都基基本本上上能能满满足足太太阳阳能能转转化化的的需需求求，但但实实际际上上，几几乎乎所所有有的的光光伏伏电电池池转转化化过过程程都都是是使使用用组成组成 pn结形式结形式的半导体材料来完成的。的半导体材料来完成的。2024/7/30UNSW新南威尔士大学2

3、3.1.1 理想太阳能电池理想太阳能电池太阳能电池的结构太阳能电池的结构太阳能电池的横截面太阳能电池的横截面减反射膜减反射膜前端接触电极前端接触电极发射区发射区基区基区背接触电极背接触电极电子空穴对电子空穴对 太阳能电池运行的基本步骤：太阳能电池运行的基本步骤：光生载流子的产生光生载流子的产生光生载流子聚集成电流光生载流子聚集成电流产生跨越太阳能电池的高电压产生跨越太阳能电池的高电压能量在电路和外接电阻中消耗能量在电路和外接电阻中消耗2024/7/30UNSW新南威尔士大学8 3.1.1 理想太阳能电池理想太阳能电池太阳能电池的结构太阳能电池的结构 3.1.2 理想太阳能电池理想太阳能电池光生

4、电流光生电流 在在太太阳阳能能电电池池中中产产生生的的电电流流叫叫做做“光光生生电电流流”，它它的产生包括了的产生包括了两个主要的过程两个主要的过程。 第第一一个个过过程程是是吸吸收收入入射射光光子子并并产产生生电电子子空空穴穴对对。电电子子空空穴穴对对只只能能由由能能量量大大于于太太阳阳能能电电池池的的禁禁带带宽宽度度的的光光子子产生。产生。 2024/7/30UNSW新南威尔士大学9 第二第二个过程是个过程是pn结通过对这些光生载流子的结通过对这些光生载流子的收集收集，即把电子和空穴分散到不同的区域，阻止了它们的复合。即把电子和空穴分散到不同的区域，阻止了它们的复合。pn结是通过其内建电场

5、的作用把载流子分开的。结是通过其内建电场的作用把载流子分开的。 如果用一根导线把发射区跟基区连接在一起（使电如果用一根导线把发射区跟基区连接在一起（使电池短路），光生载流子将流到外部电路。池短路），光生载流子将流到外部电路。2024/7/30UNSW新南威尔士大学10动动画画展展示示了了短短路路情情况况下下的理想电流。的理想电流。如如果果要要阻阻止止复复合合并并对对电电流流有有贡贡献献的的话话，必必须须通通过过 pn结结 的的 收收集集。 3.1.2 理想太阳能电池理想太阳能电池光生电流光生电流 “收收集集概概率率”描描述述了了光光照照射射到到电电池池的的某某个个区区域域产产生生的的载载流流子

6、子被被pn结结收收集集并并参参与与到到电电流流流流动动的的概概率率。它它的的大大小小取取决于决于光生载流子需要运动的距离和电池的表面特性光生载流子需要运动的距离和电池的表面特性。1. 在在耗耗散散区区的的所所有有光光生生载载流流子子的的收收集集概概率率都都是是相相同同的的，因因为在这个区域的电子空穴对会被电场迅速地分开。为在这个区域的电子空穴对会被电场迅速地分开。 2. 在在远远离离电电场场的的区区域域，其其收收集集概概率率将将下下降降。当当载载流流子子在在与与电电场场的的距距离离大大于于扩扩散散长长度度的的区区域域产产生生时时，那那么么它它的的收收集集概概率率是是相相当当低低的的。相相似似的

7、的，如如果果载载流流子子是是在在靠靠近近电电池池表表面面这这样的高复合区的区域产生，那么它将会被复合样的高复合区的区域产生，那么它将会被复合。 3.1.3 理想太阳能电池理想太阳能电池收集概率收集概率 3.1.3 理想太阳能电池理想太阳能电池收集概率收集概率前端表面前端表面在高复合率的情况下，在高复合率的情况下，其表面的收集概率很低。其表面的收集概率很低。低扩散长度的太阳低扩散长度的太阳能电池。能电池。电池中距离表面的距离电池中距离表面的距离弱钝化的太阳弱钝化的太阳能电池能电池强钝化的太阳能强钝化的太阳能电池电池在耗散区的收集概在耗散区的收集概率相同率相同背表面背表面收收集集概概率率下面的图描

8、述了表面钝化和扩散长度对收集概率的影响。下面的图描述了表面钝化和扩散长度对收集概率的影响。收集概率与载流子的生成率决定了电池的光生电流的大小收集概率与载流子的生成率决定了电池的光生电流的大小。 光光生生电电流流大大小小等等于于电电池池各各处处的的载载流流子子生生成成速速率率乘乘以以该该处处的的收收集集概率概率。下下面面是是硅硅在在光光照照为为AM1.5下下光光生生电电流流的的方方程程，包包括括了了生生成成率率和和收集概率。收集概率。2024/7/3013 3.1.3 理想太阳能电池理想太阳能电池收集概率收集概率2024/7/30UNSW新南威尔士大学14 在在AM1.5光谱下硅片中的载流子生成

9、率。注意，光谱下硅片中的载流子生成率。注意，电池表电池表面面的生成率是的生成率是最高最高的，因此电池对表面特性是很敏感的。的，因此电池对表面特性是很敏感的。 3.1.3 理想太阳能电池理想太阳能电池收集概率收集概率 上上图图显显示示了了不不同同波波长长的的光光在在硅硅材材料料中中的的载载流流子子生生成成率率。波波长长0.45m的的蓝蓝光光拥拥有有高高吸吸收收率率，为为 cm-1，也也因因此此它它在在非非常常靠靠近近顶顶端端表表面面处处被被吸吸收收。波波长长0.8m的的红红光光的的吸吸收收率率 cm-1，因因此此其其吸吸收收长长度度更更深深一一些些。1.1m红红外外光光的的吸吸收收率率为为 cm

10、-1，但但是是它它几几乎乎不不被被吸吸收收因为它的能量接近于硅材料的禁带宽度。因为它的能量接近于硅材料的禁带宽度。 3.1.3 理想太阳能电池理想太阳能电池收集概率收集概率归归一一化化的的E-H对对生生成成率率 3.1.3 理想太阳能电池理想太阳能电池收集概率收集概率 电电池池各各区区域域截截流流子子的的收收集集概概率率是是不不一一致致。例例如如，表表面面的的收收集集概概率率低低于于其其他他部部分分的的收收集集概概率率。蓝蓝光光在在硅硅表表面面的的零零点点几几微微米米处处几几乎乎被被全全部部吸吸收收。因因此此，如如果果顶顶端端表表面面的的收收集集概概率率非非常常低低的的话话，入入射射光光中中蓝

11、蓝光光将将不不对对光生电池做出贡光生电池做出贡献。献。收集概率收集概率生成率生成率在电池中的距离在电池中的距离所所谓谓“量量子子效效率率”，即即太太阳阳能能电电池池所所收收集集的的载载流流子子的的数数量与入射光子的数量的比例量与入射光子的数量的比例。如如果果某某个个特特定定波波长长的的所所有有光光子子都都被被吸吸收收，并并且且其其所所产产生生的的少少数数载载流流子子都都能能被被收收集集，则则这这个个特特定定波波长长的的所所有有光光子子的的量量子子效效率率都都是是相相同同的的。而而能能量量低低于于禁禁带带宽宽度度的的光光子子的的量子效率为零量子效率为零。下图将描述理想太阳能电池的量子效率曲线。下

12、图将描述理想太阳能电池的量子效率曲线。2024/7/30UNSW新南威尔士大学17 3.1.4 理想太阳能电池理想太阳能电池量子效率量子效率 3.1.4 理想太阳能电池理想太阳能电池量子效率量子效率总量子效率的减小是由反射效应和总量子效率的减小是由反射效应和过短的扩散长度引起的。过短的扩散长度引起的。理想量子理想量子效率曲线效率曲线能量低于禁带宽度的光能量低于禁带宽度的光不能被吸收，所以长波不能被吸收，所以长波长的量子效率为零。长的量子效率为零。量量子子效效率率前端表面复合导致蓝光响应的减小。前端表面复合导致蓝光响应的减小。红光响应的降低是由于背表红光响应的降低是由于背表面反射、对长波光的吸收

13、的面反射、对长波光的吸收的减少和短扩散长度减少和短扩散长度 下下图图为为硅硅太太阳阳能能电电池池的的量量子子效效率率。通通常常，波波长长小小于于350nm的的光光子子的的量量子子效效率率不不予予测测量量，因因为为在在1.5大大气气质质量量光光谱谱中，这些短波的光所包含能量很小。中，这些短波的光所包含能量很小。 尽尽管管理理想想的的量量子子效效率率曲曲线线是是矩矩形形的的（如如上上图图），但但是是实实际际上上几几乎乎所所有有的的太太阳阳能能电电池池的的都都会会因因为为复复合合效效应应而而减减小小。影影响响收收集效率的因素同样影响着量子效率。集效率的因素同样影响着量子效率。 例如例如:顶端表面钝化

14、顶端表面钝化会影响靠近表面的载流子的生成，会影响靠近表面的载流子的生成，蓝蓝光光是是在在非非常常靠靠近近表表面面处处被被吸吸收收的的，所所以以顶顶端端表表面面的的高高复复合合效效应应会强烈地影响蓝光部分量子效率。会强烈地影响蓝光部分量子效率。绿绿光光能能在在电电池池体体内内的的大大部部分分被被吸吸收收，但但是是电电池池内内过过低低的的扩扩散散长长度度将影响收集概率并减小光谱中绿光部分的量子效率。将影响收集概率并减小光谱中绿光部分的量子效率。2024/7/30UNSW新南威尔士大学19 3.1.4 理想太阳能电池理想太阳能电池量子效率量子效率 硅太阳能电池中，硅太阳能电池中，“外部外部”量子效率

15、：量子效率：包括光的损失，如透射和反射。包括光的损失，如透射和反射。 “内内部部”量量子子效效率率：指指的的是是那那些些没没有有被被反反射射和和透透射射且且能能够够产产生生可可收收集集的的载载流流子子的的光光的的量量子子效效率率。通通过过测测量量电电池池的的反反射射和和透透射射，可以修正外部量子效率曲线并得到内部量子效率。可以修正外部量子效率曲线并得到内部量子效率。2024/7/30UNSW新南威尔士大学20 3.1.4 理想太阳能电池理想太阳能电池量子效率量子效率 “光光谱谱响响应应”在在概概念念上上类类似似于于量量子子效效率率。量量子子效效率率描描述述的的是是电电池池产产生生的的光光生生电

16、电子子数数量量与与入入射射到到电电池池的的光光子子数数量量的的比比，而而光光谱谱响响应应指指的的是是太太阳阳能能电电池池产产生生的的电电流流大大小小与与入入射射能能量量的的比比例例。下图将描述一光谱响应曲线。下图将描述一光谱响应曲线。2024/7/30UNSW新南威尔士大学21理想的光谱响应理想的光谱响应硅太阳能电池的响应曲线硅太阳能电池的响应曲线能量低于禁带宽度的能量低于禁带宽度的光不能被吸收，所以光不能被吸收，所以在长波长段的光谱响在长波长段的光谱响应为零。应为零。光光谱谱响响应应 3.1.5 理想太阳能电池理想太阳能电池光谱响应光谱响应短波长的光子的短波长的光子的能量很高，导致能量很高，

17、导致光子与能量的比光子与能量的比例下降。因高光例下降。因高光子能量的不能完子能量的不能完全利用，所以光全利用，所以光谱响应谱响应随着波长随着波长减小而下降减小而下降。 光光子子的的能能量量中中，所所有有超超出出禁禁带带宽宽度度的的部部分分都都不不能能被被电电池池利利用用，而是只能加热电池而是只能加热电池。在在太太阳阳能能电电池池中中，高高光光子子能能量量的的不不能能完完全全利利用用以以及及低低光光子子能能量量的无法吸收，导致了显著的能量损失。的无法吸收，导致了显著的能量损失。 光光谱谱响响应应是是非非常常重重要要的的量量，因因为为只只有有测测量量了了光光谱谱响响应应才才能能计计算算出量子效率。

18、公式如下：出量子效率。公式如下：2024/7/30UNSW新南威尔士大学22 3.1.5 理想太阳能电池理想太阳能电池光谱响应光谱响应SR（光谱响应）（光谱响应） 被被收收集集的的光光生生载载流流子子并并不不是是靠靠其其本本身身来来产产生生电电能能的。的。为了产生电能，必须同时产生电压和电流为了产生电能，必须同时产生电压和电流。在在太太阳阳能能电电池池中中，电电压压是是由由所所谓谓的的“光光生生伏伏打打效效应应”过程产生的。过程产生的。2024/7/30UNSW新南威尔士大学23 3.1.6 理想太阳能电池理想太阳能电池光伏效应光伏效应耗尽区：由耗尽区：由N指向指向P的漂移电流的漂移电流在耗尽

19、区外：在耗尽区外：光照产生的电子空穴对，由于没有内光照产生的电子空穴对，由于没有内建电场的作用，并且多子浓度基本上不受光照效应的影响，建电场的作用，并且多子浓度基本上不受光照效应的影响，所以在所以在光照下，少子浓度增加，会产生的扩散电流光照下，少子浓度增加，会产生的扩散电流。l P区内：由于耗尽层靠近区内：由于耗尽层靠近P区边缘的电子浓度较低，所区边缘的电子浓度较低，所以以P区内光照产生的光生电子（少子）会扩散进入耜尽区，区内光照产生的光生电子（少子）会扩散进入耜尽区，再流入再流入N型区，光生空穴（多子）留在型区，光生空穴（多子）留在P区；区；l N区内：光照产生的光生空穴（少子）会扩散进入耜

20、区内：光照产生的光生空穴（少子）会扩散进入耜尽层，进而再流入尽层，进而再流入P型区，光生电子（多子）留在型区，光生电子（多子）留在N区。区。这样便在这样便在P-N结两侧形成了正、负电荷的积累，使结两侧形成了正、负电荷的积累，使N区储存了过剩的电子，区储存了过剩的电子，P区有过剩的空穴，从而形成区有过剩的空穴，从而形成与内与内建电场方向相反的光生电场。建电场方向相反的光生电场。耗尽层内的漂移电流（耗尽层内的漂移电流（NP），），P区内产生的电子扩散区内产生的电子扩散电流（电流（PN）和）和N区内产生的空穴扩散电流（区内产生的空穴扩散电流（NP）的总和就是所说的的总和就是所说的“光生电流光生电流”

21、 ，也就是，也就是短路电流短路电流。其。其流向与流向与PN结正向偏压下的电流流向相反。结正向偏压下的电流流向相反。 3.1.6 理想太阳能电池理想太阳能电池光伏效应光伏效应l 光光生生电电场场除除了了部部分分抵抵消消内内建建电电场场的的作作用用外外，还还使使P区区带带正正电电，N区区带带负负电电，在在N区区和和P区区之之间间的的薄薄层层就就产产生生了了电电动动势，这就是势，这就是光生伏打效应光生伏打效应。 因因为为内内建建电电场场代代表表着着对对多多数数载载流流子子扩扩散散电电流流的的障障碍碍，所所以以电电场场减减小小的的同同时时也也增增大大扩扩散散电电流流，这这就就抵抵消消了了部部分分的的光

22、光电电流流。穿穿过过pn结结的的电电压压将将达达到到新新的的平平衡衡。流流出出电电池池的的电电流大小就等于光生电流与扩散电流的差。流大小就等于光生电流与扩散电流的差。 3.1.6 理想太阳能电池理想太阳能电池光伏效应光伏效应l 在在电电池池开开路路的的情情况况下下，pn结结的的正正向向偏偏压压处处在在新新的的一一点点，此此时时，光光生生电电流流大大小小等等于于扩扩散散电电流流大大小小，且且方方向向相相反反，即即总总的的电电流流为为零零。当当两两个个电电流流达达到到平平衡衡时时的的电电压压叫叫做做“开开路路电压电压Voc”。l 对晶体硅电池来说，开路电压的典型型为对晶体硅电池来说，开路电压的典型

23、型为0.50.6V。l 如如果果将将外外电电路路短短路路，则则外外电电路路中中就就有有与与入入射射光光能能量量成成正正比的光电流流过，这个电流称为比的光电流流过，这个电流称为短路电流短路电流 Isc.下面动画展示了载流子分别在短路和开路情况下的流动情况。下面动画展示了载流子分别在短路和开路情况下的流动情况。2024/7/30UNSW新南威尔士大学30 动动画画显显示示了了太太阳阳能能电电池池分分别别在在热热平平衡衡、短短路路和和开开路路下下的的载载流流子子运运动动状状态态。请请注注意意不不同同情情况况下下，流流过过pn结结的的电流的不同。电流的不同。1、在在热热平平衡衡下下（光光照照为为零零）

24、，扩扩散散电电流和漂移电流都非常小。流和漂移电流都非常小。2、电电池池短短路路时时，pn结结两两边边的的少少数数载载流流子子浓浓度度以以及及由由少少数数载载流流子子决决定定大大小小的的漂移电流都将增加。漂移电流都将增加。3、在在开开路路时时，光光生生载载流流子子引引起起正正向向偏偏压压，因因此此增增加加了了扩扩散散电电流流。因因为为扩扩散散电电流流和和漂漂移移电电流流的的方方向向相相反反，所所以以开开路时电池总电流为零。路时电池总电流为零。 3.1.6 理想太阳能电池理想太阳能电池光伏效应光伏效应 3.2.1 太阳能电池的参数太阳能电池的参数 电池的伏安曲线电池的伏安曲线动画展示了光对一个动画

25、展示了光对一个pn结的结的电流电压特性的影响。电流电压特性的影响。没有光照时，太阳能电池与普没有光照时，太阳能电池与普通二极管的电性能没什么不同。通二极管的电性能没什么不同。 点击继续点击继续太阳能电池的伏安曲线是电池二极管在黑暗时的伏安曲线与太阳能电池的伏安曲线是电池二极管在黑暗时的伏安曲线与光生电流的叠加。光的照射能使伏安曲线移动到第四象限，光生电流的叠加。光的照射能使伏安曲线移动到第四象限，意味着能量来自电池。意味着能量来自电池。 3.2.1 太阳能电池的参数太阳能电池的参数 电池的伏安曲线电池的伏安曲线用光照射电池并加上二极管的暗电流，则二极管的方程变为：用光照射电池并加上二极管的暗电

26、流，则二极管的方程变为：2024/7/30UNSW新南威尔士大学32式中式中IL为光生电流。为光生电流。第一象限的伏安曲线方程为：第一象限的伏安曲线方程为： 接接下下来来的的几几节节将将讨讨论论几几个个用用于于描描述述太太阳阳能能电电池池特特性性的的重重要要参参数数。短短路路电电流流（ISC），开开路路电电压压（VOC），填填充充因因子子（FF）和转换效率都可以从伏安曲线测算出来的重要参数。）和转换效率都可以从伏安曲线测算出来的重要参数。 3.2.2 太阳能电池的参数太阳能电池的参数短路电流短路电流 短短路路电电流流是是指指当当穿穿过过电电池池的的电电压压为为零零时时流流过过电电池池的的电电流

27、流（或者说电池被短路时的电流）。通常记作（或者说电池被短路时的电流）。通常记作ISC。2024/7/30UNSW新南威尔士大学33太阳能电池的伏安曲线太阳能电池的伏安曲线短路电流短路电流ISC是电池流出的最是电池流出的最大电流，此时穿过电池的电大电流，此时穿过电池的电压为零。压为零。电池产生的电能 短短路路电电流流源源于于光光生生载载流流子子的的产产生生和和收收集集。对对于于电电阻阻阻阻抗抗最最小小的的理理想想太太阳阳能能电电池池来来说说，短短路路电电流流就就等等于于光光生生电电流流。因因此此短短路路电电流流是是电电池池能能输输出出的最大电流。的最大电流。硅的禁带宽度约为硅的禁带宽度约为1.1

28、eV，相应的波长是，相应的波长是1.13um。禁带宽度减小使能禁带宽度减小使能够产生电子空穴够产生电子空穴对的光子数目增多。对的光子数目增多。 短路电流的大小取决于以下几个因素：短路电流的大小取决于以下几个因素：太太阳阳能能电电池池的的表表面面积积。要要消消除除太太阳阳能能电电池池对对表表面面积积的的依依赖赖，通通常常需需改改变变短短路路电电流流强强度度（JSC单单位位为为mA/cm2）而而不不是是短短路路电电流。流。硅在光照为硅在光照为AM1.5下光生电流的方程下光生电流的方程2024/7/30UNSW新南威尔士大学36 3.2.2 太阳能电池的参数太阳能电池的参数短路电流短路电流 短路电流

29、的大小取决于以下几个因素：短路电流的大小取决于以下几个因素：光光子子的的数数量量（即即入入射射光光的的强强度度）。电电池池输输出出的的短短路路电电流流ISC的的大小直接取决于光照强度（在入射光强度一节有讨论）。大小直接取决于光照强度（在入射光强度一节有讨论）。入入射射光光的的光光谱谱。测测量量太太阳阳能能电电池池是是通通常常使使用用标标准准的的1.5大大气气质质量光谱。量光谱。电池的光学特性电池的光学特性（吸收和反射）（光学损耗一节有讨论）（吸收和反射）（光学损耗一节有讨论）电电池池的的收收集集概概率率，主主要要取取决决于于电电池池表表面面钝钝化化和和基基区区的的少少数数载载流子寿命。流子寿命

30、。 2024/7/30UNSW新南威尔士大学37 3.2.2 太阳能电池的参数太阳能电池的参数短路电流短路电流在在比比较较相相同同材材料料的的两两块块太太阳阳能能电电池池时时，最最重重要要的的参参数数是是扩扩散散长长度度和和表表面面钝钝化化。对对于于表表面面完完全全钝钝化化和和生生成成率率完完全全相相同同的的电电池池来来说，短路电流方程近似于：说，短路电流方程近似于： JSC=qG(Ln+Lp) 式中式中G代表生成率，而代表生成率，而Ln和和Lp分别为电子和空穴的扩散长度。分别为电子和空穴的扩散长度。 从从这这个个方方程程看看出出，短短路路电电流流很很大大程程度度上上取取决决于于生生成成率率和

31、和扩扩散散长长度。度。 在在AM1.5大大气气质质量量光光谱谱下下的的硅硅太太阳阳能能电电池池，其其可可能能的的最最大大电电流流为为46mA/cm2。实实验验室室测测得得的的数数据据已已经经达达到到42mA/cm2，而而商商业业用太阳能电池的短路电流在用太阳能电池的短路电流在28到到35mA/cm2之间。之间。2024/7/30UNSW新南威尔士大学38 3.2.2 太阳能电池的参数太阳能电池的参数短路电流短路电流 开开路路电电压压VOC是是太太阳阳能能电电池池能能输输出出的的最最大大电电压压，此此时时输输出出电电流流为为零零。开开路路电电压压的的大大小小相相当当于于光光生生电电流流在在电电池

32、池两两边边加加的的正向偏压。开路电压如下图伏安曲线所示。正向偏压。开路电压如下图伏安曲线所示。2024/7/3039 3.2.3 太阳电池的参数太阳电池的参数开路电压开路电压开路电压是太阳能电池的开路电压是太阳能电池的最大电压，即净电流为零最大电压，即净电流为零时的电压。时的电压。 上上述述方方程程显显示示了了VOC取取决决于于太太阳阳能能电电池池的的饱饱和和暗暗电电流流和和光光生电流。增加光生电流、减少饱和暗电流可提高开路电压。生电流。增加光生电流、减少饱和暗电流可提高开路电压。 短短路路电电流流与与入入射射光光强强成成正正比比，开开路路电电压压与与入入射射光光强强的的对对数成正比。所以增加

33、入射光强，可增大开路电压。数成正比。所以增加入射光强，可增大开路电压。2024/7/30UNSW新南威尔士大学40 3.2.3 太阳电池的参数太阳电池的参数开路电压开路电压 通过把输出电流设置成零，便可得到通过把输出电流设置成零，便可得到太阳能电池的开路电太阳能电池的开路电压方程：压方程：但但由由于于短短路路电电流流的的变变化化很很小小，而而饱饱和和暗暗电电流流的的大大小小可可以以改改变变几几个个数数量量级级，所所以以主主要要影影响响是是饱饱和和电电流流。饱饱和和电电流流I0主主要要取取决决于于电池的复合效应。电池的复合效应。 当当 ，即即：少少子子寿寿命命无无 限限长长，复合率趋于零时，饱和

34、暗电流将趋于零。复合率趋于零时，饱和暗电流将趋于零。最小暗饱和电流与禁带宽度之间关系的经验公式：最小暗饱和电流与禁带宽度之间关系的经验公式：Eg减小减小Isc增大，但增大，但Voc减小。减小。 2024/7/30UNSW新南威尔士大学41 3.2.3 太阳电池的参数太阳电池的参数开路电压开路电压太阳能电池的开路电压方程：太阳能电池的开路电压方程：存在一个最佳的半导体禁带宽度，可使效率达到最高。存在一个最佳的半导体禁带宽度，可使效率达到最高。在太阳能电池的伏它特性中，习惯上把在太阳能电池的伏它特性中，习惯上把光生电流光生电流JL的方向的方向作为电流的正方向。作为电流的正方向。伏安特性曲线中，电压

35、伏安特性曲线中，电压V在在0VOC之间时，电压之间时，电压V和电流和电流J的的乘积为正值，表明太阳能电池产生电能；当乘积为正值，表明太阳能电池产生电能；当V0，电压，电压V和和电流电流J的乘积为负值，器件消耗功率。的乘积为负值，器件消耗功率。实实验验室室测测得得的的硅硅太太阳阳能能电电池池在在AM1.5光光谱谱下下的的最最大大开开路路电电压压能能达达到到720mV，而而商商业业用用太太阳阳 能能 电电 池池 通通 常常 为为600mV。 短短路路电电流流和和开开路路电电压压分分别别是是太太阳阳能能电电池池能能输输出出的的最最大大电电流流和和最最大大电电压压。然然而而，当当电电池池输输出出状状态

36、态在在这这两两点点时时，电电池池的的输输出出功功率都为零。率都为零。 “填填充充因因子子”，通通常常使使用用它它的的简简写写“FF”，是是由由开开路路电电压压VOC和和短短路路电电流流ISC共共同同决决定定的的参参数数，它它决决定定了了太太阳阳能能电电池池的的输输出出效效率率。填填充充因因子子被被定定义义为为电电池池的的最最大大输输出出功功率率与与开开路路VOC和和ISC的的乘积的比值乘积的比值。2024/7/3044 3.2.4 太阳能电池的参数太阳能电池的参数填充因子填充因子 3.2.4 太阳能电池的参数太阳能电池的参数填充因子填充因子输输出出电电流流（红红线线）和和功功率率的的（蓝蓝线线

37、）图图表表。同同时时标标明明了了电电场场的的短短路路电电流（流（ISC）点、开路电压（）点、开路电压（VOC）点以及最大功率点（）点以及最大功率点（Vmp，Imp）。）。从图形上看，从图形上看，FF就是就是能能够占据够占据IV曲线区域最大的曲线区域最大的面积面积。小长方形面积，表征最大小长方形面积，表征最大功率功率ImVm，大长方形面积，大长方形面积，表征表征ISCVOC。FF表征两个长方形面积表征两个长方形面积的接近程度。的接近程度。对有适当效率的电池来说，对有适当效率的电池来说，FF的值在的值在0.70.85之间。之间。要要计计算算电电池池的的FF可可以以对对电电池池的的功功率率进进行行求

38、求导导，令令其其值值为为零零，便便可找出功率最大时的电压电流值了。即：可找出功率最大时的电压电流值了。即： d（IV）/dV=0 并给出：并给出： 2024/7/30UNSW新南威尔士大学46 3.2.4 太阳能电池的参数太阳能电池的参数填充因子填充因子然而，单从上面的步骤并不能得出一个简单或近似的方程。然而，单从上面的步骤并不能得出一个简单或近似的方程。上面的方程只与上面的方程只与VOC和和Vmp有关，所以还需要额外的能求出有关，所以还需要额外的能求出Imp和和FF的方程。的方程。 1、上述方程显示了、上述方程显示了电池的开路电压越高，填充因子就越大电池的开路电压越高，填充因子就越大。然然而

39、而，材材料料相相同同的的电电池池的的开开路路电电压压，它它们们的的变变化化也也相相对对较较小小。例例如如，(At one sun)在在一一个个AM1.0下下，实实验验室室硅硅太太阳阳能能电电池池和和典典型型的的商商业业硅硅太太阳阳能能电电池池的的开开路路电电压压之之差差大大约约为为120mV，填填充充因因子子分分别别为为0.85和和0.83.然然而而，不不同同材材料料的的电电池池的的填填充充因因子子的的差差别别则则可能非常大。例如，可能非常大。例如，GaAs太阳能电池的填充因子能达到太阳能电池的填充因子能达到0.89。 2024/7/30UNSW新南威尔士大学47 3.2.4 太阳能电池的参数

40、太阳能电池的参数填充因子填充因子一个比较常使用的一个比较常使用的经验方程经验方程是：是：规定 ，为规一化的开路电压 2、上上述述方方程程还还说说明明了了理理想想因因子子（也也叫叫n因因子子）的的重重要要性性。理理想想因因子子是是描描述述pn结结质质量量和和电电池池的的复复合合类类型型的的测测量量量量。对对于于复复合合类类型型那那一一节节所所讨讨论论的的简简单单的的复复合合来来说说，n的的值值为为1。然然而而对对于于其其它它特特别别是是效效应应很很强强的的复复合合类类型型来来说说，n的的值值应应该该为为2。大大的的n值值不不仅仅会会降降低低填填充充因因子子，还还会会因因为为高高复复合合效效应应而

41、而降降低低开开路电压。路电压。 2024/7/30UNSW新南威尔士大学48 3.2.4 太阳能电池的参数太阳能电池的参数填充因子填充因子规定 ，为规一化的开路电压3、上上述述方方程程中中一一个个重重要要的的限限制制是是，它它求求出出的的只只是是最最大大填填充充因因子子，然然而而实实际际上上因因为为电电池池中中寄寄生生电电阻阻的的存存在在，填填充充因因子子的的值值可能会更低一些。可能会更低一些。因因此此，测测量量填填充充因因子子最最常常用用的的方方法法还还是是测测量量伏伏安安曲曲线线，即即最最大功率除以开路电压与短路电流的乘积。大功率除以开路电压与短路电流的乘积。 FF=VmpImp/（VOC

42、ISC ）2024/7/30UNSW新南威尔士大学49 3.2.4 太阳能电池的参数太阳能电池的参数填充因子填充因子FF是是衡衡量量太太阳阳能能电电池池输输出出特特性性好好坏坏的的重重要要指指标标。在在一一定定光光谱谱辐照辐照 度下，度下，FF越大，曲线愈方，输出功率也越高。越大，曲线愈方，输出功率也越高。2024/7/30UNSW新南威尔士大学50 发发电电效效率率是是人人们们在在比比较较两两块块电电池池好好坏坏时时最最常常使使用用参参数数。效效率率定定义义为为电电池池输出的电能与射入电池的光能的比例输出的电能与射入电池的光能的比例。除除了了反反映映太太阳阳能能电电池池的的性性能能之之外外，

43、效效率率还还决决定定于于入入射射光光的的光光谱谱和和光光强强以以及及电电池池本本身身的的温温度度。所所以以在在比比较较两两块块电电池池的的性性能能时时，必必须须严严格格控控制制其其所所处处的的环环境境。（1）测测量量陆陆地地太太阳阳能能电电池池的的条条件件是是光光照照AM1.5和温度和温度25C。（2）空间太阳能电池的光照则为）空间太阳能电池的光照则为AM0。 3.2.5 太阳能电池的参数太阳能电池的参数 效效 率率2024/7/30UNSW新南威尔士大学51计算电池效率的方程：计算电池效率的方程：Pmax= VOCISC FF , =Pmax/Pin = VOCISC FF /Pin 3.2

44、.5 太阳能电池的参数太阳能电池的参数 效效 率率直线斜率的倒数就是直线斜率的倒数就是特征电阻。特征电阻。 太太阳阳能能电电池池的的特特征征电电阻阻就就是是指指电电池池在在输输出出最最大大功功率率时时的的输输出出电电阻阻。此此参参数数在在分分析析电电池池特特性性，特特别别是是研研究究寄寄生生电电阻阻损损失失机机制制时非常重要。时非常重要。2024/7/3052图上的公式还可代图上的公式还可代之以：之以： RCH=VOC/ISC 3.3.1 电阻效应电阻效应 太阳能电池的太阳能电池的特征电阻特征电阻 电电池池的的电电阻阻效效应应以以在在电电阻阻上上消消耗耗能能量量的的形形式式降降低低了了电电池池

45、的的效率效率。其中。其中最常见的寄生电阻为串联电阻和并联电阻最常见的寄生电阻为串联电阻和并联电阻。53 在在大大多多数数情情况况下下，寄寄生生电电阻阻对对电电池池的的最最主主要要影影响响是是减减小小填填充因子充因子。在在太太阳阳能能电电池池中中，电电阻阻的的单单位位是是cm2 2。由由欧欧姆姆定定律律可可以以求求出出单单位面积的阻值，位面积的阻值，R（ cm2 2 ）= =V/J。 3.3.2 电阻效应电阻效应 寄生电阻效应寄生电阻效应电池等效电路电池等效电路 太太阳阳能能电电池池中中，引引起起串串联联电电阻阻的的因因素素有有：制制造造电电池池的的半半导导体体材材料料的的体体电电阻阻、电电极极

46、和和互互联联金金属属的的电电阻阻，以以及及电电极极和和半半导导体体之间的之间的接触电阻接触电阻。2024/7/3054 3.3.3 电阻效应电阻效应串联电阻串联电阻串联电阻对电池的主要影响是减串联电阻对电池的主要影响是减小填充因子小填充因子，此外，此外，当阻值过大当阻值过大时还会减小短路电流时还会减小短路电流。但。但对开路对开路电压无影响。电压无影响。下画描述了串联电阻对伏安曲线下画描述了串联电阻对伏安曲线的影响。的影响。与特性电阻与特性电阻RCH相比，如果相比，如果RS很很小，则对小，则对FF就几乎没有影响。就几乎没有影响。 串串联联电电阻阻并并不不会会影影响响到到电电池池的的开开路路电电压

47、压，因因为为此此时时电电池池的的总总电电流流为为零零，所所以以串串联联电电阻阻也也为为零零。然然而而，在在接接近近开开路路电电压压处处，伏伏安安曲曲线线会会受受到到串串联联电电阻阻的的强强烈烈影响。影响。一一种种直直接接估估计计电电池池的的串串联联电电阻阻的的方方法法是是找找出出伏伏安安曲曲线线在在开开路路电压处的斜率电压处的斜率。2024/7/3055 3.3.3 电阻效应电阻效应串联电阻串联电阻计算太阳能电池的最大功率的方程计算太阳能电池的最大功率的方程如下：如下：2024/7/3056 3.3.3 电阻效应电阻效应串联电阻串联电阻若定义若定义 为规一化（为规一化（ normalized）

48、串联电阻，）串联电阻， 假假设设开开路路电电压压和和短短路路电电流流没没有有受受到到串串联联电电阻阻的的影影响响，则则可可以算出串联电阻对填充因子的影响：以算出串联电阻对填充因子的影响： 在在上上述述方方程程中中，把把没没有有受受串串联联电电阻阻影影响响的的填填充充因因子子FF用符号用符号FF0表示，而表示，而FF则用则用FFs代替。则方程改为：代替。则方程改为： 而而下下面面以以实实验验为为基基础础的的方方程程能能更更加加精精确确地地表表示示FF0与与FFS之间的关系：之间的关系： FFs=FF0（1-1.1rs）+r2s/5.4 此式在此式在rs10时有效。时有效。2024/7/30UNS

49、W新南威尔士大学57 3.3.3 电阻效应电阻效应串联电阻串联电阻 并并联联电电阻阻RSH通通常常是是由由于于制制造造缺缺陷陷引引起起的的。它它的的主主要要来来源源为为：PN结结漏漏电电，包包括括绕绕过过电电池池边边缘缘的的漏漏电电及及由由于于结结区区存存在在晶晶体体缺陷和外来杂质的沉淀物所引起的内部漏电。缺陷和外来杂质的沉淀物所引起的内部漏电。2024/7/30UNSW新南威尔士大学58 3.3.4 电阻效应电阻效应并联电阻并联电阻并联电阻对电池的主要影响是减并联电阻对电池的主要影响是减小填充因子小填充因子，此外，此外，当阻值过小当阻值过小时还会减小开路电压时还会减小开路电压。但。但对短路对

50、短路电流无影响。电流无影响。下画描述了并联电阻对伏安曲线下画描述了并联电阻对伏安曲线的影响。的影响。与特性电阻与特性电阻RCH相比，如果相比，如果RSH很很大，则对大，则对FF就几乎没有影响。就几乎没有影响。2024/7/30UNSW新南威尔士大学59通通过过测测量量伏伏安安曲曲线线在在接接近近短短路路电电流流处处的的斜斜率率可可以以估估算算出出电电池池内并联电阻的值。内并联电阻的值。 3.3.4 电阻效应电阻效应并联电阻并联电阻并联电阻以分流的形式造成功率损失。在光强很低的情况并联电阻以分流的形式造成功率损失。在光强很低的情况下，并联电阻对电池的影响最大，因为此时电池的电流很下，并联电阻对电

51、池的影响最大，因为此时电池的电流很小。小。 计计算算并并联联电电阻阻对对填填充充因因子子的的影影响响与与计计算算串串联联电电阻阻对对填填充充因因子子的的影影响响时时所所使使用用的的方方法法相相似似。即即最最大大功功率率近近似似等等于于无无并并联联电电阻时的功率减去并联电阻所消耗的功率。方程如下：阻时的功率减去并联电阻所消耗的功率。方程如下： 2024/7/30UNSW新南威尔士大学60 这里把这里把rsh=Rsh/RCH定义为定义为规一化的并联电阻。规一化的并联电阻。 3.3.4 电阻效应电阻效应并联电阻并联电阻 我我们们假假设设开开路路电电压压和和短短路路电电流流都都没没有有受受并并联联电电

52、阻阻的的影影响响，则可计算出并联电阻对填充因子的影响：则可计算出并联电阻对填充因子的影响： 同同样样，对对没没有有被被并并联联电电阻阻影影响响的的填填充充因因子子，我我们们用用FF0表表示示，而而FF则改用则改用FFsh表示：表示： FFsh=FF0（1-1/rsh） 下面将列出下面将列出更加精确的更加精确的以实验为基础以实验为基础的方程的方程 61此方程在此方程在rsh0.4时有效时有效 3.3.4 电阻效应电阻效应并联电阻并联电阻 当当并并联联电电阻阻和和串串联联电电阻阻同同时时存存在在时时，太太阳阳能能电电池池的的电电流流与与电压的关系为：电压的关系为： 62 而电池的等效电路图为：而电

53、池的等效电路图为： 3.3.5 电阻效应电阻效应串、并联电阻的共同影响串、并联电阻的共同影响式中式中IL为光生电流。）为光生电流。）（第一象限的伏安曲线方程为：（第一象限的伏安曲线方程为： 上式中上式中FFs=FF0（1-1.1rs）+r2s/5.4 则将上面的方程结合后得到则将上面的方程结合后得到FF：2024/7/30UNSW新南威尔士大学64 3.3.5 电阻效应电阻效应串、并联电阻的共同影响串、并联电阻的共同影响结合串联电阻和并联电阻的影响，总的方程为结合串联电阻和并联电阻的影响，总的方程为： 像像所所有有其其它它半半导导体体器器件件一一样样，太太阳阳能能电电池池对对温温度度非非常常敏

54、敏感感。温温度度的的升升高高降降低低了了半半导导体体的的禁禁带带宽宽度度，因因此此影影响响了了大大多多数的半导体材料参数。数的半导体材料参数。可可以以把把半半导导体体的的禁禁带带宽宽度度随随温温度度的的升升高高而而下下降降看看成成是是材材料料中中的的电电子子能能量量的的提提高高。因因此此破破坏坏共共价价键键所所需需的的能能量量更更低低。在在半半导导体体禁禁带带宽宽度度的的共共价价键键模模型型中中，价价键键能能量量的的降降低低意意味味着着禁带宽度的下降。禁带宽度的下降。 2024/7/30UNSW新南威尔士大学65 3.4.1 其他效应其他效应温度效应温度效应 3.4.1 其他效应其他效应温度效

55、应温度效应 在在太太阳阳能能电电池池中中，受受温温度度影影响响最最大大的的参参数数是是开开路电压路电压。温度的改变对伏安曲线的影响如下图所示。温度的改变对伏安曲线的影响如下图所示。 短短路路电电流流ISC提提 高高 幅幅度很小度很小温温 度度 较较 高高的电池的电池开路电压开路电压Voc下降幅度大下降幅度大1、开路电压随温度的升高而、开路电压随温度的升高而减小；减小；2、短路电流随温度的升高略、短路电流随温度的升高略有增加。有增加。 1、开开路路电电压压随随着着温温度度而而减减小小是是因因为为I0对对温温度度的的依依赖赖。关关于于pn结两边的结两边的I0的方程如下：的方程如下： 式式中中，q为

56、为一一个个电电子子的的电电荷荷量量；D为为硅硅材材料料中中少少数数载载流流子子的的扩扩散散率率；L为为少少数数载载流流子子的的扩扩散散长长度度；ND为为掺掺杂杂率率；ni为硅的本征载流子浓度。为硅的本征载流子浓度。 在在上上述述方方程程中中，许许多多参参数数都都会会受受温温度度影影响响，其其中中影影响响最最大大的的是是本本征征载载流流子子浓浓度度ni。本本征征载载流流子子浓浓度度决决定定于于禁禁带带宽宽度度（禁禁带带宽宽度度越越低低本本征征载载流流子子浓浓度度越越高高）以以及及载载流流子子所所拥拥有有的能量的能量（载流子能量越高浓度越高）。（载流子能量越高浓度越高）。2024/7/30UNSW

57、新南威尔士大学67 3.4.1 其他效应其他效应温度效应温度效应 3.4.1 其他效应其他效应温度效应温度效应关于本征载流子的方程为：关于本征载流子的方程为： 式式中中，T表表示示温温度度，h和和k都都是是常常数数，me和和mh分分别别是是电电子子和和空空穴穴的的有有效效质质量量；EG0为为禁禁带带宽宽度度，B是是也也是是一一个个常常数数，但但基基本本不不受受温温度度影影响响。把把这这个个方方程程带带回回到到求求解解电电流流的的方方程程中中，并假设温度对其它参数的影响忽略不计，则：并假设温度对其它参数的影响忽略不计，则：2024/7/30UNSW新南威尔士大学69 式式中中B为为一一个个不不受

58、受温温度度影影响响的的常常数数。常常数数，被被用用来来代代替替数数字字3以以把把其其它它参参数数可可能能受受温温度度的的影影响响包包括括进进去去。对对于于温温度度接接近近于于室室温温的的硅硅太太阳阳能能电电池池来来说说，温温度度每每升升高高1010C，I0将将升升高高将近一倍。将近一倍。 把把上上述述方方程程代代入入到到VOC的的方方程程中中，便便可可计计算算出出I0 0对对开开路路电电压的影响。压的影响。 3.4.1 其他效应其他效应温度效应温度效应 其中，其中，VG0=EG0/q。2024/7/30UNSW新南威尔士大学70 此此方方程程显显示示，随随着着温温度度升升高高，太太阳阳能能电电

59、池池的的开开路路电电压压线线性的减小。即电池的电压越性的减小。即电池的电压越大大，受温度的影响就越，受温度的影响就越小小。 对对于于硅硅，EG0为为1.2eV，取取=3，则则开开路路电电压压的的变变化化为为大大约约2.2mV/ /C。 3.4.1 其他效应其他效应温度效应温度效应我们假设我们假设dVOC /dT不受不受dISC /dT的影响，则的影响，则 3.4.1 其他效应其他效应温度效应温度效应3、同时，、同时，硅电池的填充因子硅电池的填充因子FF受温度的影响为：受温度的影响为： 2、 当当温温度度升升高高时时，短短路路电电流流ISC会会轻轻微微地地上上升升，因因为为当当禁禁带带宽宽度度E

60、G减减小小时时，将将有有更更多多的的光光子子有有能能力力激激发发电电子子空空穴穴对对。然然而而，这这种种影影响响是是很很小小的的，下下面面的的方方程程说说明明硅硅太太阳阳能能电电池池中中短短路路电电流流受温度影响程度受温度影响程度：而而温度对最大输出功率温度对最大输出功率Pm的影响的影响为：为：2024/7/3072 南南极极洲洲，正正在在测测量量太太阳阳能能电电池池的的效效率率。太太阳阳能能电电池池喜欢阳光明媚寒冷天气。喜欢阳光明媚寒冷天气。 3.4.1 其他效应其他效应温度效应温度效应 改改变变入入射射光光的的强强度度将将改改变变所所有有太太阳阳能能电电池池的的参参数数，包包括括短短路路电

61、电流流、开开路路电电压压、填填充充因因子子FF、转转换换效效率率以以及及并并联联电电阻阻和和串联电阻对电池的影响。串联电阻对电池的影响。通通常常用用多多少少个个太太阳阳来来形形容容光光强强，比比如如一一个个太太阳阳就就相相当当于于AM1.5大大气气质质量量下下的的标标准准光光强强，即即1KW/m2。如如果果太太阳阳能能电电池池在在功功率率为为10KW/m2的的光光照照下下工工作作，也也可可以以说说是是在在10个个太太阳阳下下工工作，或作，或10X。被被设设计计在在一一个个太太阳阳下下工工作作的的电电池池板板叫叫“平平板板电电池池”，而而那那些使用聚光器的电池叫些使用聚光器的电池叫“聚光太阳能电

62、池聚光太阳能电池”。2024/7/30UNSW新南威尔士大学73 3.4.2 其他效应其他效应光强效应光强效应 3.4.2 其他效应其他效应光强效应光强效应聚光对太阳能电池的伏安特性的影响。聚光对太阳能电池的伏安特性的影响。短路电流短路电流ISC随着随着聚光呈线性上升聚光呈线性上升FF可能会因串联可能会因串联电阻的上升而下降电阻的上升而下降开路电压随光强呈开路电压随光强呈对数上升对数上升 聚光太阳能电池聚光太阳能电池 聚聚光光太太阳阳能能电电池池是是一一种种在在光光强强大大于于一一个个太太阳阳的的光光照照下下工工作作的的太太阳阳能能电电池池。入入射射太太阳阳光光被被聚聚焦焦或或透透过过光光学学

63、器器件件形形成成高高强强度度的光束射到小面积的太阳能电池中。的光束射到小面积的太阳能电池中。聚聚光光太太阳阳能能电电池池有有几几个个潜潜在在的的优优势势，包包括括比比平平板板太太阳阳能能电电池池更更高的转换效率和更低的成本高的转换效率和更低的成本。2024/7/30UNSW新南威尔士大学75 3.4.2 其他效应其他效应光强效应光强效应1、更高的转换效率：更高的转换效率：电池的短路电流大小与光的强度成线性关系电池的短路电流大小与光的强度成线性关系，因此在，因此在10个太个太阳照射下的电池短路电流是在一个太阳照射下的十倍。然而，阳照射下的电池短路电流是在一个太阳照射下的十倍。然而，这种改变这种改

64、变并没有带来转换效率的提升并没有带来转换效率的提升，因为入射功率也随光强，因为入射功率也随光强呈线性提高。呈线性提高。 相相反反，由由于于开开路路电电压压与与短短路路电电流流呈呈对对数数关关系系，转转换换效效率率得得以以提提升升。因因此此，在在聚聚光光条条件件下下，VOC随随着着光光强强上上升升呈呈对对数数形形式式增增加加，如下式所示：如下式所示：2024/7/30UNSW新南威尔士大学76式中式中X代表入射光的强度。代表入射光的强度。 3.4.2 其他效应其他效应光强效应光强效应 2、更低的成本：更低的成本：因为只需小面积的太阳能电池，所以聚光太阳能电池系统的成本因为只需小面积的太阳能电池，

65、所以聚光太阳能电池系统的成本比功率相同的平板太阳能电池系统要低。比功率相同的平板太阳能电池系统要低。聚聚光光电电池池的的效效率率优优势势可可能能会会因因串串联联电电阻阻的的增增加加而而有有所所下下降降，因因为为短短路路电电流流成成线线性性增增加加，同同时时电电池池的的温温度度也也迅迅速速上上升升。串串联电阻造成的能量损失大小与光强的平方成正比。联电阻造成的能量损失大小与光强的平方成正比。 低光强低光强在在光光强强变变低低时时，并并联联电电阻阻对对电电池池的的影影响响将将慢慢慢慢变变大大。分分流流到到并联电阻的电流将增加，即增加了并联电阻的能量损失。并联电阻的电流将增加，即增加了并联电阻的能量损

66、失。 结结果果是是，在在多多云云的的天天气气下下，并并联联电电阻阻高高的的太太阳阳能能电电池池能能比比并并联电阻低的太阳能电池保留更大部分的电流。联电阻低的太阳能电池保留更大部分的电流。 2024/7/30UNSW新南威尔士大学77 3.4.2 其他效应其他效应光强效应光强效应 测测量量太太阳阳能能电电池池性性能能最最常常用用最最基基本本的的方方式式是是，在在精精确确控控制制的的光光源源照照射射下下测测量量电电池池的的伏伏安安曲曲线线，并并严严格格控控制制电电池池的的温温度度。下图展示了测量伏安曲线的装置。下图展示了测量伏安曲线的装置。2024/7/30UNSW新南威尔士大学78测试测试IV曲

67、线的装置原理图曲线的装置原理图光源接近光源接近AM1.5光源由计算机控制光源由计算机控制温度控制试验台把电池温度控制在温度控制试验台把电池温度控制在25 3.5.1 太阳能电池的测量太阳能电池的测量/测试测试2024/7/30UNSW新南威尔士大学79 因因为为太太阳阳能能电电池池对对光光强强和和温温度度都都很很敏敏感感，所所以以在在测测试试的的时时候候这这种种条条件件都都需需要要仔仔细细控控制制。对对于于光光源源：光光谱谱和和光光强强这这两两个个数数据据都都要要知知道道，并并且且要要控控制制在在标标准准AM1.5光光谱谱上上。世世界界上上有有几几个个实实验验室室专专门门从从事事对对太太阳阳能

68、能电电池池的的测测量量，只只有有从从这这些些实实验验室室测测量量出的结果才能被认为是官方的结果。出的结果才能被认为是官方的结果。 3.5.1 太阳能电池的测量太阳能电池的测量/测试测试而而非非正正规规的的测测量量将将使使用用控控制制精精度度较较低低的的光光源源，并并利利用用参参考考电池来校对光源电池来校对光源。 所所谓谓参参考考电电池池，即即电电气气性性能能和和光光学学性性能能都都尽尽可可能能与与与与被被测测电电池池相相近近，并并且且已已经经在在标标准准光光源源下下测测试试过过的的太太阳阳能能电电池池。电电气气性性能能和和光光学学性性能能的的相相近近能能保保证证两两个个电电池池的的光光谱谱响响

69、应应能能很很好好的的匹匹配配。如如果果参参考考电电池池的的输输出出电电流流被被设设置置成成在在标标准准光光源源下下的的测测量量电电流流，那那么么被被测测电电池池的的输输出出电电流流将将与与在在标标准准AM1.5光光谱谱下下的的测测量量结果大小相当结果大小相当。2024/7/3080 3.5.1 太阳能电池的测量太阳能电池的测量/测试测试四四点点探探针针是是用用来来消消除除测测试试线线中中的的串串联联电电阻阻，和和探探头头-电电池池之之间的接触电阻的影响的器材。间的接触电阻的影响的器材。此外，被测电池经冷却使温度保持在此外，被测电池经冷却使温度保持在25C。2024/7/3081 3.5.1 太阳能电池的测量太阳能电池的测量/测试测试