propiedades ópticas de los materiales de células solares
Las propiedades ópticas de las células solares a menudo determinan la máxima eficiencia de las células solares y son la base para el diseño del proceso.
(1) Ley de absorción.
Cuando un haz de irradiancia espectral I0 incide ortogonalmente en la superficie del semiconductor, después de restar la reflexión, la irradiancia espectral que entra en el semiconductor es I0 (1-R), y la distancia desde la superficie frontal es x en el semiconductor. La irradiancia espectral Ix está determinada por la ley de absorción: cuando el espesor de la lámina es d, podemos obtener una aproximación más completa de la transmitancia.
Relación entre el coeficiente de absorción y la longitud de onda del silicio monocristalino, el arseniuro de galio y algunos materiales celulares importantes
(2) Absorción intrínseca
En imágenes atómicas, la absorción intrínseca de silicio se puede entender como el hecho de que un átomo de silicio es excitado por un fotón, lo que hace que un electrón de valencia se convierta en un electrón libre mientras deja un agujero en la ruptura del enlace covalente. Los experimentos han encontrado que solo aquellos fotones cuyo hu es más grande que el ancho de banda prohibido, por ejemplo, pueden producir absorción intrínseca.
Obviamente, el fotón incidente debe satisfacer o la frecuencia de la luz en la que Vo-- puede producir absorción intrínseca (límite de absorción de frecuencia); λo-- solo la longitud de onda de la absorción intrínseca de la luz (límite de absorción de longitud de onda).
Se cree que el silicio es transparente a la luz infrarroja que tiene una longitud de onda superior a 1.15 μm.
Circuito equivalente de células solares, potencia de salida y factor de relleno.
(1) circuito equivalente
Para describir el estado operativo de la batería, la batería y el sistema de carga a menudo se simulan con un circuito equivalente.
1. Fuente de corriente constante: bajo iluminación constante, una célula solar en estado de trabajo no cambia su fotocorriente con el estado de trabajo. Puede considerarse como una fuente de corriente constante en el circuito equivalente.
2. Intensidad oscura Ibk: parte de la corriente fotoeléctrica fluye a través de la carga RL, y la tensión del terminal U se establece a través de la carga. A su vez, se desvía hacia delante a la unión PN, causando una corriente oscura Ibk opuesta a la dirección de la fotocorriente.
3. De esta manera, se dibuja el circuito equivalente de una célula solar homojunction de PN ideal.
4. Resistencia en serie RS: debido al contacto entre los electrodos frontal y posterior, y el material en sí tiene una cierta resistividad, es inevitable introducir resistencias adicionales en las capas base y superior. Cuando la corriente que fluye a través de la carga pasa a través de ellos, inevitablemente causará pérdidas. En un circuito equivalente, su efecto total puede ser representado por una resistencia en serie RS.
5. Resistencia paralela RSH: debido a la fuga del borde de la batería y la fuga del puente metálico que se forma en la micro grieta, rayado, etc. al crear el electrodo metalizado, una parte de la corriente que debe pasar a través de la carga es corta. en circulación La resistencia RSH es equivalente.
Cuando la corriente que fluye hacia la carga RL es I y la tensión del terminal de la carga RL es U, se obtiene:
P en la fórmula es la potencia de salida obtenida en la carga RL cuando se irradia la célula solar.
(2) potencia de salida
Cuando la corriente que fluye hacia la carga RL es I y la tensión del terminal de la carga RL es U, se puede obtener que P en la fórmula es la potencia de salida obtenida en la carga RL cuando se irradia la célula solar.
Cuando la carga RL cambia de 0 a infinito, la tensión de salida U cambia de 0 a U0C, y la corriente de salida cambia de ISC a 0, dibujando así una curva característica de carga de la célula solar. Cualquier punto de la curva se llama punto de trabajo. El punto de trabajo y la línea de origen se denominan líneas de carga. El recíproco de la pendiente de la línea de carga es igual a RL. Las coordenadas horizontales y verticales correspondientes al punto de trabajo son la tensión de trabajo y la corriente de trabajo.
Cuando se ajusta la resistencia de carga RL a un cierto valor Rm, se obtiene un punto M en la curva, y el producto de la corriente de trabajo correspondiente Im y la tensión de trabajo Um es la más grande, es decir: Pm = ImUm
En general, el punto M es el punto de operación óptimo (o punto de máxima potencia) de la celda solar, Im es la corriente de trabajo óptima, Um es la tensión de trabajo óptima, Rm es la resistencia de carga óptima y Pm es la potencia de salida máxima.
(3) Factor de llenado
1. La relación de la potencia de salida máxima a (Uoc × Isc) se denomina factor de relleno (FF), que es uno de los indicadores importantes para medir las características de salida de las células solares.
2. El factor de relleno caracteriza las ventajas y desventajas de las células solares. Bajo cierta irradiancia espectral, cuanto mayor sea el FF, más "cuadrada" será la curva y mayor será la potencia de salida.