曰照強(qiáng)度和內(nèi)部電阻對(duì)太陽(yáng)能電池光伏性能的影響鐘志有汪浩顧錦華2（1中南民族大學(xué)電子信息工程學(xué)院，武漢430074；2中南民族大學(xué)計(jì)算與規(guī)定的電流、電壓方向，可得電池輸出電流I和輸出電壓V之間的關(guān)系為61314=kT/e，k為玻耳茲曼常數(shù)（1.為電子電荷（1.60x10-19C），T為太陽(yáng)能電池的絕對(duì)溫度，/.為二極管反向飽和電流，n為二極管理想因子。

對(duì)于理想的太陽(yáng)能電池，其Rp值很大，可近似為無(wú)窮大，因此在一般性分析中，（V+/Rs）/Rp這一項(xiàng)可以忽略不計(jì)，方程（1）簡(jiǎn)化為：方程（2）即為太陽(yáng)能電池單指數(shù)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。

太陽(yáng)能電池的直流等效電路。2太陽(yáng)能電池的性能參數(shù)在特定的太陽(yáng)光照強(qiáng)度和溫度下，太陽(yáng)能電池的/V特性如所示，其中4為短路電流，V開(kāi)路電壓，/m為最大功率點(diǎn)電流，Vm為最大功率點(diǎn)電壓，/m和Vm的乘積（Pm=/mVm）為電池的最大輸出功率。在匕左側(cè)為近似恒流源段，右側(cè)為近似恒壓源段。可以看出，太陽(yáng)能電池是個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，其特性受自身工藝參數(shù)、太陽(yáng)能電池溫度以及外界光照強(qiáng)度等因素的影響。

太陽(yáng)能電池的典型I-V曲線除了參數(shù)Isc，Vc和Pm之外，填充因子（FF）和光電轉(zhuǎn)換效率（n）是表征太陽(yáng)能電池性能的兩個(gè)重要指標(biāo)。其中，填充因子FF表示太陽(yáng)能電池最大輸出功率與開(kāi)路電壓和短路電流乘積的比填充因子FF是評(píng)價(jià)太陽(yáng)能電池輸出性能好壞的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了太陽(yáng)能電池質(zhì)量的優(yōu)劣。填充因子越大，表明太陽(yáng)能電池的伏安輸出特性越趨近于矩形，太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率就越高，其輸出功率也越大。太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率n定義為最大輸出功率Pm與太陽(yáng)光輸入功率Pin的比值隊(duì)18，即：2太陽(yáng)能電池的仿真模型由于公式（1）所給出的太陽(yáng)能電池輸出I-V關(guān)系是個(gè)隱式超越方程，電流強(qiáng)度I無(wú)法通過(guò)初等函數(shù)用其它物理量顯性表達(dá)出來(lái)，為了研究日照強(qiáng)度和內(nèi)部電阻對(duì)太陽(yáng)能電池光伏性能的影響，本文根據(jù)太陽(yáng)能電池的直流等效電路模型，利用Matlab建立其仿真模型，如所示。當(dāng)光照強(qiáng)度恒定時(shí)，光生電流Il不隨電池的工作狀態(tài)而改變，可以用一個(gè)電流源來(lái)表示。中電壓表1測(cè)量外加負(fù)載R上的輸出電壓V，而電壓表2的測(cè)量值則表示V+IRS.示波器1，2，3分別用于顯示太陽(yáng)能電池的輸出電流、輸出電壓和輸出功率。

太陽(yáng)能電池的仿真模型Fig.隨光生電流Il的增加而增大，特別是，4的變化與光生電流Il的變化幾乎成正比例關(guān)系，說(shuō)明了太陽(yáng)能電池的短路電流與光照強(qiáng)度成正比。

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光照強(qiáng)度對(duì)太陽(yáng)能電池I-V特性的影響Fig.3結(jié)果與討論3.1日照強(qiáng)度對(duì)太陽(yáng)能電池光伏性能的影響曰照強(qiáng)度的大小是直接影響太陽(yáng)能電池輸出電能的一個(gè)重要因素。日照強(qiáng)度越強(qiáng)，則太陽(yáng)能電池的輸出功率就越大，反之則輸出功率就越小。由于電池的光生電流Il隨日照強(qiáng)度而成正比例變化M，因此，可以通過(guò)改變Il的數(shù)值來(lái)模擬不同日照強(qiáng)度下太陽(yáng)能電池的伏安特性和輸出功率曲線。仿真參數(shù)分別設(shè)置為I.=8x10-4A，T=300IKRp=14a12，對(duì)光生電流Il賦予不同的數(shù)值進(jìn)行仿真，可得一組輸出電流、輸出電壓和輸出功率。為不同光生電流Il時(shí)太陽(yáng)能電池的伏安特性曲線，當(dāng)Il為6，1.和15A時(shí)，太陽(yáng)能電池的短路電流4分別為6.01，10.08和14.96A，對(duì)應(yīng)的開(kāi)路電壓VOT分別為0.72，0.77和0.8.V，可見(jiàn)，心對(duì)太陽(yáng)能電池的4和V都具有明顯的影響。結(jié)果表明和V光照強(qiáng)度對(duì)太陽(yáng)能電池輸出功率的影響Fig.5Effectofilluminationintensity為不同光生電流4時(shí)太陽(yáng)能電池輸出功率P隨外加負(fù)載R而變化的曲線，從圖中看出，對(duì)于個(gè)特定的4，輸出功率P與負(fù)載R密切相關(guān)，隨著R的增加而迅速增大，但是當(dāng)R超過(guò)某一個(gè)數(shù)值時(shí)，P卻隨R的增加而減小，這說(shuō)明太陽(yáng)能電池的輸出功率呈現(xiàn)非線性特性，并且每條曲線都存在一個(gè)最大功率點(diǎn)。由可知，當(dāng)4為6，10和15A時(shí)，太陽(yáng)能電池的最大輸出功率Pm分別為2.67，4.56和6.59W，對(duì)應(yīng)的最佳負(fù)載R分別為0.097，0.063和0.045n，太陽(yáng)能電池的最大輸出功率Pm隨光生電流11的增加而增大（見(jiàn)）。利用公式（2）容易計(jì)算出太陽(yáng)能電池的填充因子FF，它隨光生電流的變化如所示，光照強(qiáng)度增加時(shí)，太陽(yáng)能電池的填充因子略有減小，這說(shuō)明太陽(yáng)能電池的伏安輸出曲線偏離理想的矩形形狀，因此相應(yīng)的光伏性能也變差。

3.2內(nèi)部電阻對(duì)太陽(yáng)能電池光伏性能的影響由于太陽(yáng)能電池電極和材料本身具有定的電阻，當(dāng)工作電流流過(guò)時(shí)必然會(huì)引起電池內(nèi)部的串聯(lián)損耗，因此在等效電路中引入了一個(gè)串聯(lián)等效電阻Rs.理論上，串聯(lián)電阻Rs越大時(shí)，線路的損失就越大，因此太陽(yáng)能電池的輸出功率將減小、光電轉(zhuǎn)換效率將降低；反之，串聯(lián)電阻Rs越小時(shí)，太陽(yáng)能電池的輸出功率將增加、光電轉(zhuǎn)換效率將升高。利用所建立的仿真模型可以研究Rs對(duì)太陽(yáng)能電池伏安特性和輸出性能的影響，仿真參數(shù)分別設(shè)置為/.=8X10-4A，/L=10A，T=300IKRp=104a對(duì)內(nèi)部串聯(lián)電阻Rs賦予不同的數(shù)值進(jìn)行仿真，可得一組輸出電流、輸出電壓和輸出功率。為不同Rs時(shí)太陽(yáng)能光照強(qiáng)度對(duì)太陽(yáng)能電池Pm和FF的影響電池的伏安特性曲線，由圖可見(jiàn)，隨著Rs的增加，曲線在橫軸上的截距保持不變，而曲線在縱軸上的截距明顯減小，這表明串聯(lián)電阻Rs增加時(shí)將導(dǎo)致太陽(yáng)能電池短路電流Isc的降低，但對(duì)電池的開(kāi)路電壓V幾乎沒(méi)有影響。當(dāng)Rs為0.2，0.5和1.0a時(shí)，電池的短路電流4分別為3.61，1.49和0.74A，對(duì)應(yīng)的開(kāi)路電壓則保持為大約0.76V.為不同電阻Rs時(shí)太陽(yáng)能電池輸出功率P隨負(fù)載R而變化的曲線，可以看出，太陽(yáng)能電池的輸出功率特性具有非線性，當(dāng)電阻Rs為0.2，0.5和1.0a時(shí)，電池輸出的最大功率Pm分別為0.70，0.28和0.13W（見(jiàn)），對(duì)應(yīng)的最佳負(fù)載R分別為0.22，0.51和1.03a.結(jié)果表明：太陽(yáng)能的最大輸出功率Pm與電阻Rs密切相關(guān)，Rs值越大則Pm就越小。另外，電阻Rs對(duì)太陽(yáng)能電池輸出功率的曲線形狀也具有明顯影響，Rs越小時(shí)，輸出功率曲線中的平緩線段越長(zhǎng)，彎度越大，而Rs越大時(shí)，輸出功率曲線中的平緩線段縮短，彎度減小。

給出了太陽(yáng)能電池填充因子FF隨電阻Rs的變化關(guān)系，很明顯，F(xiàn)F隨Rs增加幾乎成線性減小，說(shuō)明了Rs增加時(shí)太陽(yáng)能電池的伏安輸出曲線將偏離矩形，導(dǎo)致電池的光伏性能下降。事實(shí)上，當(dāng)曰照強(qiáng)度不變時(shí)，即太陽(yáng)光輸入功率Pin為定值，由公式（4）可知，太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率4當(dāng)Rs增加時(shí)，不變而4和FF均減小，可見(jiàn)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率n將明顯降低，因此，在太陽(yáng)能電池的制備過(guò)程中，如何減小電池的內(nèi)部串聯(lián)等效電阻，對(duì)于改善太陽(yáng)能電池的伏安特性和器件光伏性能具有非常重要的意義8.內(nèi)部串聯(lián)電阻對(duì)太陽(yáng)能電池/-V特性的影響內(nèi)部串聯(lián)電阻對(duì)太陽(yáng)能電池輸出功率的影響內(nèi)部串聯(lián)電阻對(duì)太陽(yáng)能電池Pm和FF的影響Fig.4結(jié)語(yǔ)通過(guò)分析太陽(yáng)能電池的直流等效電路，利用Matlab建立了太陽(yáng)能電池的仿真模型，研究了日照強(qiáng)度和電池內(nèi)部電阻對(duì)電池的伏安特性、短路電流、開(kāi)路電壓、填充因子和輸出功率等性能的影響。研究結(jié)果顯示：日照強(qiáng)度和串聯(lián)電阻對(duì)太陽(yáng)能電池的伏安特性和光伏性能具有顯著性影響。當(dāng)日照強(qiáng)度增加時(shí)，電池的短路電流、開(kāi)路電壓和最大輸出功率均增大，而填充因子卻減??；當(dāng)串聯(lián)電阻增加時(shí)，電池的開(kāi)路電壓保持不變，而短路電流、最大輸出功率、填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率均減小。另外研究結(jié)果還表明：太陽(yáng)能電池的輸出功率曲線具有明顯的非線性特性，并且每條曲線有且僅有一個(gè)最大的輸出功率點(diǎn)和個(gè)最佳的負(fù)載電阻值。