太阳能电池测试

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太阳能电池测试

太阳能电池的光谱特性和温度特性 1、光谱特性的意义 太阳能电池并不能把任何一种光都同样地转换成电。例如：通常红光转变为电的比例与蓝光转变为电的比例是不同的。由于光的颜色（波长）不同，转变为电的比例也不同，这种特性称为光谱特性。光谱特性通常用收集效率来表示；所谓收集效率就是用百分数（% ）来表示一单位的光（一个光子）入射到太阳能电池上，产生多少电子（和空穴）。一般而言，一个光子产生的电子（和空穴）数目是小于1的。 光谱特性的测量是用一定强度的单色光照射太阳能电池，测量此时电池的短路电流，然后依次改变单色光的波长，再重复测量以得到在各个波长下的短路电流，即反映了电池的光谱特性。 2、各类太阳能电池的光谱特性 单晶硅太阳能电池的光谱特性： 单晶硅太阳能电池的特点是对于大于0.7um 的红外光也有一定的灵敏度。以p型单晶硅为衬底，其上扩散n型杂质的太阳能电池与n型单晶硅为衬底的太阳能电池相比，其光谱特性的峰值更偏向左边 （短波长一方）。另外，对于前面介绍过的紫外光太阳能电池，它对从蓝到紫色的短波长（波长小于0.5 um ）的光有较高的灵敏度，但其制法复杂，成本高，仅限于空间应用。此外，带状多晶硅太阳能电池的光谱特性也接近于单晶硅太阳能电池的光谱特性。 非晶硅太阳能电池的光谱特性： 非晶硅太阳能电池的光谱特性随着其材料的组成和结构、膜厚等因素的变化而有很大的不同。前面所示的是典型的非晶硅太阳能电池的光谱特性。非晶硅薄膜的带隙是1.7eV，比单晶硅的带隙1.1eV大，所以其灵敏度比单晶硅更偏向短波一侧，这是它的一个优点。 化合物半导体太阳能电池的光谱特性： 化合物半导体太阳能电池有许多种类，其光谱特性也各种各样。前图中给出了最常见的GaAs-GaAlAs太阳能电池的光谱特性，它在短波长一侧的收集效率较高。 3、光谱特性与太阳能电池的应用 从太阳能电池的应用角度来说，太阳能电池的光谱特性与光源的辐射光谱特性相匹配是非常重要的，这样可以更充分地利用光能和提高太阳能电池的光电转换效率。例如，有的电池在太阳光照射下能确定转换效率，但在荧光灯这样的室内光源下就无法得到有效的光电转换。 图中给出了各种光源的辐射光谱特性和一些太阳能电池的光谱特性以及人类视觉的灵敏度。 如前图反映的那样，不同的太阳能电池与不同的光源的匹配程度是不一样的。而光强和光谱的不同，会引起太阳能电池输出的变动。就人眼的感觉而言，在室外太阳光下和在室内荧光灯下，其亮度并不觉得差别很大。但其能量的绝对值却相差数百倍。由于各种太阳能电池的光谱特性不同，所以太阳能电池的输出特性随所用的光源的光谱不同而变化较大。这是在太阳能电池应用时需要注意的问题。 4、太阳能电池的温度特性 除了太阳能电池的光谱特性外，温度特性也是太阳能电池的一个重要特征。对于大部分太阳能电池，随着温度的上升，短路电流上升，开路电压减小，转换效率降低。下图是非晶硅太阳能电池的输出特性随温度变化的一个实际例子。 下表中给出了单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳能电池的输出特性的温度系数。可以看出，随着温度变化，开路电压变小而短路电流略微增大，导致转换效率的降低。单晶硅与多晶硅的转换效率的温度系数几乎相同，而非晶硅因为它的带隙大因而温度系数较低。 在太阳能电池实际应用时，就必须考虑到它的输出受到温度的影响。特别是室外使用的太阳能电池，由于阳光的作用，太阳能电池在使用过程中温度可能会变的较高。在这方面，带隙大的材料做成的电池的温度效应就小于带隙窄的材料。因而GaAs太阳能电池的温度效应较小，有利于做成高聚光型太阳能电池。