optiske-egenskaber-of-sol-celle-materialer
Solcellernes optiske egenskaber bestemmer ofte solcellernes ultimative effektivitet og er grundlaget for procesdesign.
(1) Absorptionslov
Når en stråle af spektralbestråling 10 er ortogonalt indfaldende på overfladen af halvlederen, efter at trække refleksionen er spektralbestrålingen ind i halvlederen I0 (1-R), og afstanden fra frontfladen er x ved halvlederen. Den spektrale irradians Ix bestemmes af absorptionsloven: Når lamellens tykkelse er d, kan vi få en mere fuldstændig tilnærmelse af transmittansen.
Forholdet mellem absorptionskoefficient og bølgelængde for enkeltkrystalsilicium, galliumarsenid og nogle vigtige solcellematerialer
(2) Intrinsisk absorption
I atombilleder kan den indre absorption af silicium forstås som det faktum, at et siliciumatom er spændt af en foton, hvilket bevirker, at en valenceelektron bliver en fri elektron, mens der efterlades et hul i den kovalente bindingsbrud. Eksperimenter har fundet, at kun de fotoner, hvis hu er større end den forbudte båndbredde, fx kan producere egenabsorption.
Det er klart, at den indfaldende foton skal tilfredsstille eller frekvensen af det lys, hvori Vo-- kan producere egenabsorption (frekvensabsorptionsgrænse); λo - bare bølgelængden af den egentlige absorption af lys (bølgelængdeabsorptionsgrænse).
Det antages, at silicium er transparent til infrarødt lys med en bølgelængde større end 1,15 μm.
Solcelleekvivalent kredsløb, udgangseffekt og fyldefaktor
(1) ækvivalent kredsløb
For at beskrive batteriets driftstilstand simuleres batteriet og belastningssystemet ofte med et tilsvarende kredsløb.
1. Konstant strømkilde: Ved konstant belysning ændrer en solcelle i driftstilstand ikke sin fotokurrent med arbejdsstatus. Det kan betragtes som en konstant strømkilde i det tilsvarende kredsløb.
2. Mørk strøm Ibk: En del af fotokretsen strømmer gennem belastningen RL, og terminalspændingen U er etableret over belastningen. Til gengæld er den forspændt til PN-krydset, hvilket forårsager en mørk strøm Ibk modsat retningen af fotocurrent.
3. På denne måde trækkes det ækvivalente kredsløb af en ideel PN homojunction solcelle.
4. Serie Modstand RS: På grund af kontakten mellem for- og bagelektroderne, og selve materialet har en vis resistivitet, er det uundgåeligt at introducere yderligere modstande i bund- og toplagene. Når strømmen strømmer gennem belastningen passerer gennem dem, vil det uundgåeligt medføre tab. I et ækvivalent kredsløb kan deres samlede effekt repræsenteres af en seriemodstand RS.
5. Parallel modstand RSH: På grund af lækage på batterikanten og metalbæklækage dannet ved mikroknækken, ridser osv. Når metallisk elektrode fremstilles, skal en del af strømmen, der skal passeres gennem belastningen, kortsluttet. Modstanden RSH er ækvivalent.
Når strømmen strømmer ind i belastningen RL er I og terminalspændingen af belastningen RL U, opnås den:
P i formlen er den udgangseffekt, der opnås på belastningen RL, når solcellen bestråles.
(2) Udgangseffekt
Når strømmen strømmer ind i belastningen RL er I og terminalspændingen af belastningen RL U, kan det opnås, at P i formlen er den udgangseffekt, der opnås på belastningen RL, når solcellen bestråles.
Når belastningen RL ændres fra 0 til uendelig, ændres udgangsspændingen U fra 0 til U0C, og udgangsstrømmen ændres fra ISC til 0 og derved tegner en belastnings karakteristisk kurve for solcellen. Enhver punkt på kurven kaldes arbejdspunktet. Arbejdspunktet og oprindelseslinjen kaldes belastningslinjer. Den gensidige af belastningens hældning er lig med RL. De vandrette og lodrette koordinater svarende til arbejdspunktet er arbejdsspænding og arbejdsstrøm.
Ved indstilling af belastningsmodstanden RL til en bestemt værdi Rm opnås et punkt M på kurven, og produktet af den tilsvarende arbejdsstrøm Im og arbejdsspændingen Um er den største, det vil sige: Pm = ImUm
M-punktet er generelt det optimale driftspunkt (eller maksimal effektpunkt) for solcellen, Im er den optimale arbejdsstrøm, Um er den optimale arbejdsspænding, Rm er den optimale belastningsresistens, og Pm er den maksimale udgangseffekt.
(3) Fyldfaktor
1. Forholdet mellem den maksimale udgangseffekt til (Uoc × Isc) kaldes fyldefaktoren (FF), som er en af de vigtige indikatorer til måling af solcellernes udgangskarakteristika.
2. Fyldningsfaktor karakteriserer fordele og ulemper ved solceller. Under visse spektrale bestrålinger, jo større FF, jo mere "firkantet" kurven og jo højere udgangseffekten.