典型太陽能電池的工作原理圖-tft每日頭條

典型太陽能電池的工作原理圖

職場更新时间:2024-05-12 19:56:29

當光照射到PN結上時，PN結區會産生電子-空穴對，結區中的部分非平衡載流子将以複合的形式湮滅，沒有參與複合的非平衡載流子則在PN結區電場的作用下進行輸運：電子進入N區，空穴進入P區，因此N區中過剩的電子和P區中過剩的空穴在PN結附近形成與内建電場相反的光生電場。光生電場除了部分抵消内建電場外，還在在N區和P區之間産生額外電勢，即光生伏特效應(Photovoltaic effect)，光生伏特效應是太陽能電池工作的基本原理。

PN結型光電二極管是一種最常見的太陽能電池結構。光電二極管的設計通常可以達到特定的光譜響應或快速響應，而太陽能電池的設計主要是最大限度地減少能量損失。盡管在設計上有所差别，但是太陽能電池的電流-電壓特性與光電二極管的電流電壓特性較為類似（如圖1所示）。如果工作區間位于第四象限，則光能轉換成電能，并貯存于器件内部。

典型太陽能電池的工作原理圖（漲知識啦30-太陽能電池基本工作原理）1

圖1 光電二極管電流-電壓關系圖

為了有助于分析太陽能電池的工作工程，可将圖2第四象限中的電流-電壓特性進行如圖1所示的處理，相關電池參數的定義如下：

Voc：開路電壓，即太陽能電池可提供的最大輸入電壓；

Isc：短路電流，即太陽能電池的可提供的最大電流；

Vm，Im：産生最大輸出功率時對應的電壓和電流值；

Pmax: 太陽能電池最大輸出功率，且Pmax=Im Χ Vm，并小于Isc ΧVoc；

FF：占空因子(filling factor)，且FF=Pmax/Isc ΧVoc=Im ΧVm/Isc ΧVoc <1,

η：能量轉換效率(power conversion efficiency)，且η= Pmax/Pin= Im ΧVm/Pin=FF Χ Isc ΧVoc/Pin, 其中Pin是單位時間内的入射光子能量或輸入功率。

典型太陽能電池的工作原理圖（漲知識啦30-太陽能電池基本工作原理）2

圖2 太陽能電池的電流-電壓關系圖

參考文獻：S. M.Sze and Kwok K. Ng. Physics of Semiconductor Device, 3rd Edition.

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