太阳能电池检测系统基本原理

太阳能电池检测系统基本原理

技术前沿

ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＦｒｏｎｔｉｅｒ

太阳能电池

检测系统基本原理

摘

要２１世纪，随着工业发展和居民生活水平提高，各种环境问题日益显现，其中最主要的污染源是煤炭、石油燃烧后的二氧化碳，它将引起全球变

暖，气候剧变，为了减少二氧化碳的排放量，各种环保零排放能源相继开发，如风能，水力发电，太阳能等等。太阳能作为环保能源之一，有着许多优势：占用场地小，可以利用屋顶，高楼大厦的窗，戈壁沙漠，或者是宇宙空间。太阳能电池的生产需要相当多的工序，而检测又是必不可少的一个环节，检测过程将筛选出物理性能相当的太阳能电池片，之后将匹配的电池片组装成电池组件板，许多电池组件板配上相关设备就可作为发电单位，在有阳光的环境下由光能转化成电力。

１１．１

太阳能电池的物理特性太阳能电池片的结构

探针接触电极的压力会影响接触电阻。在整个背面也制作金属膜，作为背面接触电极，同样，探针接触电极的压力会影响电池片背面的接触电阻。为了减少光的反射损失，一般电池表面会作毛化处理，或者覆盖减反射膜。

以晶体硅太阳能电池为例，它以硅半导体材料制成大面积

ｐｎ结进行工作。一般采用ｎ＋／ｐ同质结的结构，即在约１０ｃｍ×１０ｃｍ面积的ｐ型硅片（厚度约５００μｍ）上用扩散法制作出一

层很薄（厚度约为０．３μｍ）的经过重掺杂的ｎ型层。然后在ｎ型层上面制作金属栅线，作为正面接触电极，在做检测时要注意

１．２光伏效应

当光照射在太阳电池表面的ｐｎ结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度Ｅｇ，则在ｐ区、ｎ区和结区光子被吸收会产生电子—空穴对。那些在结附近ｎ区中产生的少数载流子由于存在浓度梯度而要扩散。只要少数载流子离ｐｎ结的距离小于它的扩散长度，总有一定机率扩散到结界面处。在ｐ区与ｎ区交界面的两侧即结区，存在一空间电荷区，也称为耗尽区。在耗尽区中，正负电荷间形成一电场，电场方向由ｎ区指向ｐ区，这个电场称为内建电场。这些扩散到结界面处的少数载流子（空穴）在内建电场的作用下被拉向ｐ区。同样，如果在结附近ｐ区中产生的少数载流子（电子）扩散到结界面处，也会被内建电场迅速被拉向ｎ区。结区内产生的电子—空穴对在内建电场的作用下分别移向ｎ区和ｐ区。如果外电路处于开路状态，那么这些光生电子和空穴积累在ｐｎ结附近，使ｐ区获得附加正电荷，ｎ区获得附加负电荷，这样在ｐｎ结上产生一个光生电动势。这一现象称为光伏效应）。（ＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＥｆｆｅｃｔ，缩写为ＰＶ

图１．１太阳电池结构示意图

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１００％η＝Ｐ×ｉｎ

太阳能电池并联电阻与串联电阻的计算设ａ＝－Ｉ０，ｂ＝ｑ

（１．７）

Ｂ１

ｏｃ（１．８）（１．９）

并联电阻为ｄＩ｜０＝－１串联电阻为ｄＶ｜Ｖｏｃ＝－

图１．２太阳电池发电原理示意图

１．３太阳能电池的表征参数

当光照射太阳能电池时，将产生一个由ｎ区到ｐ区的光生电流Ｉｐｈ。同时，由于ｐｎ结二极管的特性，存在正向二极管电流

ＩＤ，此电流方向从ｐ区到ｎ区，与光生电流相反。因此，实际获得

的电流Ｉ为：

Ｉ＝Ｉｐｈ－ＩＤ＝Ｉｐｈ－Ｉ０ｅｘｐ

ｑＶ

－１#"$

ＤＢ

（１．１）

图１．３

太阳电池的伏－安特性曲线

式中ＶＤ为结电压，Ｉ０为二极管的反向饱和电流，Ｉｐｈ为与入射光的强度成正比的光生电流，其比例系数是由太阳能电池的结构和材料的特性决定的。ｎ称为理想系数（ｎ值），是表示ｐｎ结特性的参数，通常在１￣２之间。ｑ为电子电荷，ｋＢ为波尔兹曼常数，

２２．１

太阳能电池检测系统基本原理检测仪器的硬件组成

太阳能电池产品生产线的一个环节———太阳能电池检测仪，是相当重要的，它将影响太阳能电池产品的质量。

检测仪分为４个功能部分：高压脉冲电源；模拟太阳光平行光源；电子负载；工控计算机。其中高压脉冲电源为氙灯管提供脉冲能量，一般情况下充电电压为５５０Ｖ，灯管释放的光能经过铝箔、毛玻璃的漫反射处理后，基本上转化为１０００Ｗ／ｍ２的模拟太阳光，即用于检测太阳能电池的大面积平行光源，该光源配备一个标准太阳能电池片，作为参考电池，输出的电压值代表检测时的光强；电子负载主要由两个大功率功放器件组成，用于将来自太阳能电池的电流电压信号稳定输出，再将电流、电压以及参考电池电压、温度的模拟量输出到工控计算机的高速数据采集卡，数据采集卡将以每秒１Ｍ个样本的速率将模拟量转换为数字量，经过转换后得到的数据，就可以作为原材料处理获得太阳能电池的各个物理参数了。以下将介绍数据处理过程。

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