光电子化学光电池板

光电子化学电池板在没有光照时其特性可视为一个二极管，其正向偏压U与通过电流I的关系式为:I = I0eq U(nk T)－ 1 = IeβU(－ 1)(1)式中，I、U为P － N结二极管的电流及电压，k为波尔兹曼常数，q为电子电荷量，T为绝对温度，I0是二极管的反向饱和电流，n是理想二极管参数，β =qnk T。当太阳光照射到光电池时，由半导体理论知，半导体内部N区和P区中原子的价电子受到太阳光子的激发，通过光辐射获取到超过禁带宽度Eg的能量，脱离共价键的束缚从价带激发到导带，由此在半导体材料内部产生出很多处于非平衡状态的电子空穴对。这些被光激发的电子和空穴，或自由碰撞，或在半导体中复合恢复到平衡状态。其中复合过程中对外不呈现导电作用，属于光电池能量自动损耗部分。光激发载流子中的少数载流子能运动到P －结区，通过P － N漂移到对方区域，对外形成与P － N结势垒电场方向相反的光生电场。一旦接通外电路，即可有电能。当把众多这样小的光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起，构成光伏电池组件，便会在光的作用下输出功率足够大的电能。

假设光电池的理论模型是由一理想电流源( 光照产生光电流的电流源)、一个理想二极管、一个并联电阻与一个电阻所组成，如图1所示。图1理论模型

由基尔霍夫定律得:IRs+ U －(Iph－ Id－ I)Rsh(2)式中，I为光电池的输出电流，U。由式(1) 可得:I 1 +RsR( )sh= Iph－URsh－ I(3)假定Rsh= ∞和R= 0，光电池可简化为如图2所示的电路。图2光电池的简化电路这里，I = Iph－ Id= Iph－ I0(eβU－ 1)。在短路时，U = 0，Iph= Isc，而在开路时，I = 0，Isc－ I0(eβUOC－ 1)=0，所以UOC=1βlnIscI0[+ 1](4)式(4) 即为在Rsh= ∞和Rs= 0的情况下，光电池的开路电压UOC和短路电流Isc的关系式。当光电池接上负载电阻后，光电池的输出电压和电流随着负载电阻的变化而变化。当负载电阻R =Rm时，光电池的输出功率为最大，即最大功率Pm，对应电压Um和电流Im，可知Pm= UmIm(5)。图2简化模型

填充因子FF是表征光电池质量好坏的一个指标，其定义为最大功率Pm和UOC与Isc之积的比值，即:FF =PmUOCIsc(6)。