太陽能電池分析技術(1)：理想因子、開路電壓與光強

JV曲線測量是太陽能電池的*常規(guī)的表征技術。太陽能電池的短路電流 （Isc）、開路電壓 （Voc）、填充因子 （FF）、**功率點 （MPP） 和功率轉換效率等重要參數(shù)都是由JV曲線獲得。

Voc 是光伏器件中電流為零時電壓，如圖1所示。

圖1：光照和暗態(tài)下電流電壓曲線（左：線性，右：對數(shù)）示意圖，注明了上文提到的參數(shù)。

測量開路電壓與光強度的關系可用于光照理想因子。理想因子是衡量該器件是否接近理想的二極管，當以復合電流為主（SRH復合）時 nidL = 2 ，以擴散電流為主 (PN結無缺陷）時nidL = 1，而實際中PN結勢壘區(qū)總是存在復合中心，所以一般情況下n介于1和2之間 。在理想器件中，光照理想因子 nidL 與通過暗態(tài)JV 曲線提取的理想因子 nidd 相同的。在實際器件中，暗態(tài)和光照下的理想因子可能會發(fā)生偏差，由于光照理想因子不受串聯(lián)電阻的影響，因此更容易分析。

開路電壓 Voc 的表達式是通過在肖克利方程中將電流設置為零來獲得的，如下：

圖2

其中 nidL 是光照理想因子，kB 是玻爾茲曼常數(shù)，T 是溫度，q 是單位電荷， jph 是光電流，js 是暗飽和電流。假設光電流與光強是線性關系，且 jph/js >> 1。我們得到

圖3

L是歸一化的光強度，C1是不依賴于 L 變化的溫度因子。請注意，C1與光照為常量光系，但隨溫度變化。開路電壓隨溫度降低而隨光照強度增加。開路電壓與光強度的斜率僅取決于光照理想因子和溫度。光照理想因子計算依據(jù)公式：

圖4

光照理想因子進一步依賴于光的強度。例如，SRH 復合在低光強度下更為突出。通常計算平均值以獲得理想的數(shù)值。

圖5 顯示了不同情況下模擬開路電壓與光強度的關系。在圖5 (f) 中，顯示了光照理想因子，它是根據(jù)公式 (圖4) 由 Voc 與光強度的平均斜率計算得出的。基本情況下理想因子恰好為 1。除"低并聯(lián)電阻"和"深陷阱"的情況外，理想因子約為 1。如果復合預因子增加（b），則 Voc 較低，但 Voc 斜率保持不變。在"深陷阱"（c）的情況下，斜率（Voc vs. L）明顯更陡，導致平均理想因子為 1.8。在"低并聯(lián)電阻" (d) 的情況下，Voc 在較低的光強下嚴重下跌，平均理想因子的計算便沒有意義。

圖5：根據(jù)表 1 中所有情況下的光強度對開路電壓進行模擬。 (F) 從模擬結果中獲得的光理想因子 - 使用平均值。

因此，我們模擬結果表明，在研究 SRH 復合在器件中的影響時，光照理想因子是非常有用的，正如我們在"深陷阱"中發(fā)現(xiàn)的情況。只有當?shù)筒⒙?lián)電阻不隱藏效果的情況下，分析才有效。

以上所有測試數(shù)據(jù)來自設備：Paios （點擊查看設備詳細信息）

以上所有模擬仿真使用軟件：Setfos（點擊查看軟件詳細信息）