【光伏技术】光电效应基本原理与光伏电池原理及类型

      金属、半导体和绝缘体

　　金属的价带是半满的，所以金属能够导电；绝缘体的价带是全满的，并且具有较大的禁带宽度，所以不能导电；半导体的价带也是全满的，但由于其具有较窄的禁带宽度，所以在一定的条件下能够导电。其电导率在10-4到1010欧姆.厘米之间。

　　p型半导体和n型半导体

　　p-n结及内建电场

　　当p-型和n-型半导体结合在一起时，由于p-型半导体多空穴，n-型半导体多自由电子，在界面处出现了浓度差。n-区的电子会扩散到p-区，p-区的空穴会扩散到n-区，这样会在交界面区域形成一个特殊的薄层，即空间电荷区。空间电荷区存在一个从n-区指向p-区的内建电场阻止扩散进行，内建电场与半导体内的扩散达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层，这就是p-n结。

　　半导体硅的光电效应

　　光子穿透至PN结附近，能量被电子吸收。若光子能量大于电子的逸出功，电子摆脱束缚成为自由电子，同时产生一个带正电的空穴。PN结具有由N指向P的电场，电子向N运动，空穴向P运动。表面电极为负，背电极为正。当与外负载连接时形成电流。

     光伏电池原理及类型

　　光伏电池的主要性能参数

　　光伏电池的主要性能参数有开路电压VOC、短路电流ISC、最大输出功率Pm、填充因子FF、能量转换效率PCE等。

　　①开路电压open-circuitvoltage：太阳电池处于开路状态时两端的电压，可用高内阻的直流毫伏计测量。

　　②短路电流short-circuitcurrent：太阳电池处于短路状态时流过的电流，常用短路电流密度JSC代替，用内阻小于1Ω的电流表测量。

　　③最大输出功率：太阳电池的输出功率随负载电阻而变化，其最大值成为最大输出功率，Pm=Vm×Im。

　　④填充因子FillFactor：最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比，始终小于1，代表太阳能电池在最佳负载时能输出的最大功率的特性。

　　⑤能量转换效率PowerConversionEfficiency：太阳电池的最大输出功率和入射光的功率之比。

　　太阳能电池伏安曲线

　　太阳能电池输出特性测量电路示意图。当负载从0变化到无穷大时，输出电压V则从0变到VOC，同时输出电流便从ISC变OCSC到0，由此得到电池的输出特性曲线。

　　伏安(I-V)特性曲线

　　受光照的太阳电池，在一定的温度和辐照度以及不同的外电路负载下，流入负载的电流I和电池端电压V的关系光伏电池原理及类型曲线。

　　温度系数：

　　电流温度系数

　　在规定的试验条件下，被测太阳电池温度每变化10C,太阳电池短路电流的变化值，通常用α表示。

　　对于一般晶体硅电池α=+0.1%/0C

　　电压温度系数

　　在规定的试验条件下，被测太阳电池温度每变化10C，太阳电池开路电压的变化值，通常用β表示。

　　对于一般晶体硅电池β=-0.38%/0C

　　理想太阳电池的等效电路：在恒定光照下，光电流是恒定的，它一部分流经负载，在负载两端建立起端电压；另一部分作用于p-n结，形成正向偏置，引起一股与光电流方向相反的暗电流光伏电池原理及类型。

　　实际太阳电池的等效电路：实际工作的太阳电池由于电极的接触和材料本身的电阻率，存在着串联电阻的损耗；电池边沿的漏电和电池的微裂纹、划痕等造成的金属桥漏电，相当于并联电阻的损耗。

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