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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IL,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IR。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
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(1-1)
根据扩散理论,二极管结电流Ij可以表示为
(1-2)
将式(2-2)代入(2-1),得
(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。
(1)半导体能带结构中,导带最低点与价带最高点之间的能量差称为禁带宽度,以Eg表示(单位为电子伏特ev).若禁带宽度Eg<2ev,则称为窄禁带半导体,如锗(Ge),硅(Si),砷化镓(GaAs),磷化铟(InP)(2)价带和导带之间的能量值,称为禁带宽度.当固体受光照射时,仅有比禁带宽度能量大的光被吸收,价带的电子激发至导带,结果价带缺少电子,即发生空穴.
(3)该区域的大小称为禁带宽度,其能差为带隙能,半导体的带隙能一般为02~30eV.当用能量等于或大于带隙能的光照射催化剂时,价带上的电子被激发,越过禁带进入导带,同时在价带上产生相应的空穴,即生成电子空穴对.
(4)导带的能量下边界和价带的能量上边界之间的间隙。根据能带理论,固体中运动电子的能量谱值系由一系列准连续的具有一定宽度的能带(称为允带)所组成。两个相邻的允带之间的区域为不能被电子占据的能量禁区,称为禁带。禁带所覆盖的能量区间即为禁带宽度,用Eg表示。在室温下,半导体材料锗、硅、砷化镓的禁带宽度依次?
(5)砷化镓GaAs是典型的直接跃迁材料,当光子能量Ay大于禁带宽度Eg(t)时,对光的吸收系数可以写成即吸收系数和禁带宽度Eg(t)有直接的关系。而根据M.B.盘尼酉的研究,在20—973K的温度范围内,砷化镓材料的禁带宽度Eg(t)与温度t的关系式为:式中:Eg(0)为温度为0K的禁带能量,Eg(0)=1.522eV;a为经验常数,a=O.00058eV/K6为经验常数,b=300K.这样,就可看出吸收系数和温度的关系。最后,可以得出它的透过串T和吸收系数。的关系式(即和温度的关系式):式中:R为反射系数;X为砷化镓材料的厚度;n1、n2为界面两侧的折射率
eg是缩写,全称是“exempli gratia”,中文意思是“例如”。
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