οπτικών ιδιοτήτων των υλικών των ηλιακών κυψελών
Οι οπτικές ιδιότητες των ηλιακών κυψελών συχνά καθορίζουν την τελική απόδοση των ηλιακών κυψελών και αποτελούν τη βάση για το σχεδιασμό της διαδικασίας.
(1) Νόμος απορρόφησης
Όταν η δέσμη φασματικής ακτινοβολίας I0 προσπίπτει ορθογώνια στην επιφάνεια του ημιαγωγού, μετά την αφαίρεση της αντανάκλασης, η φασματική ακτινοβολία που εισέρχεται στον ημιαγωγό είναι I0 (1-R) και η απόσταση από την εμπρόσθια επιφάνεια είναι x στο ημιαγωγό. Η φασματική ακτινοβολία Ix καθορίζεται από το νόμο της απορρόφησης: όταν το πάχος του ελάσματος είναι d, μπορούμε να έχουμε μια πληρέστερη προσέγγιση της διαπερατότητας.
Σχέση μεταξύ συντελεστή απορρόφησης και μήκους κύματος μονοκρυσταλλικού πυριτίου, αρσενικούχου γαλλίου και ορισμένων σημαντικών υλικών ηλιακών κυττάρων
(2) Εσωτερική απορρόφηση
Στις ατομικές εικόνες, η εγγενής απορρόφηση του πυριτίου μπορεί να γίνει κατανοητό ως το γεγονός ότι ένα άτομο πυριτίου διεγείρεται από ένα φωτόνιο, προκαλώντας ένα ηλεκτρόνιο σθένους να γίνει ελεύθερο ηλεκτρόνιο ενώ αφήνει μια οπή στο σπάσιμο του ομοιοπολικού δεσμού. Τα πειράματα έχουν βρει ότι μόνο τα φωτόνια των οποίων το hu είναι μεγαλύτερο από το πλάτος της απαγορευμένης ζώνης Eg μπορεί να παράγει εγγενή απορρόφηση.
Προφανώς, το φωτόνιο προσπίπτουσας πρέπει να ικανοποιεί ή τη συχνότητα του φωτός στο οποίο το Vo- μπορεί να παράγει εγγενή απορρόφηση (όριο απορρόφησης συχνότητας). λo - μόνο το μήκος κύματος της εγγενούς απορρόφησης του φωτός (όριο απορρόφησης μήκους κύματος).
Πιστεύεται ότι το πυρίτιο είναι διαφανές σε υπέρυθρο φως με μήκος κύματος μεγαλύτερο από 1,15 μm.
Κύκλωμα ισοδύναμου ηλιακού κυττάρου, ισχύ εξόδου και συντελεστής πλήρωσης
(1) ισοδύναμο κύκλωμα
Προκειμένου να περιγραφεί η κατάσταση λειτουργίας της μπαταρίας, η μπαταρία και το σύστημα φορτίου συχνά προσομοιάζονται με ένα ισοδύναμο κύκλωμα.
1. Συνεχής πηγή ρεύματος: Υπό σταθερό φωτισμό, η ηλιακή κυψέλη σε κατάσταση λειτουργίας δεν αλλάζει το φωτοκύτταρο της με την κατάσταση λειτουργίας. Μπορεί να θεωρηθεί ως μια σταθερή πηγή ρεύματος στο ισοδύναμο κύκλωμα.
2. Σκοτεινό ρεύμα Ibk: Μέρος του φωτοβολταϊκού ρεύματος ρέει μέσω του φορτίου RL, και η τάση ακροδεκτών U καθορίζεται καθ 'όλο το φορτίο. Με τη σειρά του, είναι προς τα εμπρός προκατειλημμένη στη διασταύρωση PN, προκαλώντας ένα σκοτεινό ρεύμα Ibk απέναντι από την κατεύθυνση του φωτοβολταϊκού.
3. Με αυτό τον τρόπο, αντλείται το ισοδύναμο κύκλωμα ενός ιδανικού ηλιακού κυττάρου ομοεξόδου PN.
4. Σειρά αντίσταση RS: Λόγω της επαφής μεταξύ των εμπρόσθια και πίσω ηλεκτρόδια, και το ίδιο το υλικό έχει μια συγκεκριμένη αντίσταση, είναι αναπόφευκτο να εισαχθούν πρόσθετες αντιστάσεις στο βασικό και το ανώτερο στρώμα. Όταν το ρεύμα που διέρχεται από το φορτίο διέρχεται μέσω αυτών, αναπόφευκτα θα προκαλέσει απώλεια. Σε ένα ισοδύναμο κύκλωμα, το συνολικό εφέ τους μπορεί να αναπαρασταθεί από έναν σειριακό αντιστάτη RS.
5. Παράλληλη αντίσταση RSH: Λόγω της διαρροής της άκρης της μπαταρίας και της διαρροής μεταλλικής γέφυρας που σχηματίζεται στη μικροσυστοιχία, το μηδέν, κλπ. Κατά την κατασκευή του μεταλλοποιημένου ηλεκτροδίου, μέρος του ρεύματος που πρέπει να περάσει από το φορτίο είναι βραχυκύκλωμα, είναι συνδεδεμένο. Ο αντιστάτης RSH είναι ισοδύναμος.
Όταν το ρεύμα που ρέει στο φορτίο RL είναι I και η τάση ακροδεκτών του φορτίου RL είναι U, λαμβάνεται:
P στον τύπο είναι η ισχύς εξόδου που λαμβάνεται στο φορτίο RL όταν η ηλιακή κυψέλη ακτινοβοληθεί.
(2) Ισχύς εξόδου
Όταν το ρεύμα που ρέει στο φορτίο RL είναι Ι και η τάση ακροδεκτών του φορτίου RL είναι U, μπορεί να ληφθεί ότι Ρ στον τύπο είναι η ισχύς εξόδου που λαμβάνεται στο φορτίο RL όταν η ηλιακή κυψέλη ακτινοβοληθεί.
Όταν το φορτίο RL αλλάζει από 0 σε άπειρο, η τάση εξόδου U μεταβάλλεται από 0 σε U0C και το ρεύμα εξόδου μεταβάλλεται από το ISC σε 0, δημιουργώντας έτσι χαρακτηριστική καμπύλη φορτίου του ηλιακού κυττάρου. Οποιοδήποτε σημείο της καμπύλης ονομάζεται σημείο εργασίας. Το σημείο εργασίας και η γραμμή προέλευσης ονομάζονται γραμμές φορτίου. Η αντίστροφη κλίση της γραμμής φορτίου είναι ίση με την RL. Οι οριζόντιες και κάθετες συντεταγμένες που αντιστοιχούν στο σημείο εργασίας είναι η τάση λειτουργίας και το ρεύμα λειτουργίας.
Όταν ρυθμίζεται η αντίσταση φορτίου RL σε μια ορισμένη τιμή Rm, λαμβάνεται ένα σημείο Μ στην καμπύλη και το προϊόν του αντίστοιχου ρεύματος εργασίας Im και η τάση εργασίας Um είναι η μεγαλύτερη, δηλαδή: Pm = ImUm
Γενικά, το σημείο M είναι το βέλτιστο σημείο λειτουργίας (ή μέγιστο σημείο ισχύος) του ηλιακού στοιχείου, το Im είναι το βέλτιστο ρεύμα λειτουργίας, Um είναι η βέλτιστη τάση εργασίας, Rm είναι η βέλτιστη αντίσταση φορτίου και Pm είναι η μέγιστη ισχύς εξόδου.
(3) Συμπληρωματικός συντελεστής
1. Ο λόγος της μέγιστης ισχύος εξόδου προς (Uoc × Isc) ονομάζεται παράγοντας πλήρωσης (FF), ο οποίος είναι ένας από τους σημαντικούς δείκτες για τη μέτρηση των χαρακτηριστικών εξόδου των ηλιακών κυψελών.
2. Ο παράγοντας πλήρωσης χαρακτηρίζει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των ηλιακών κυψελών. Κάτω από κάποια φασματική ακτινοβολία, όσο μεγαλύτερο είναι το FF, τόσο πιο "τετράγωνο" είναι η καμπύλη και τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς εξόδου.