太陽(yáng)能電池分析技術(shù)(1)：理想因子、開(kāi)路電壓與光強
更新時(shí)間：2021-11-26 點(diǎn)擊量：18849
本系列文章將介紹用于有機和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的不同光電表征技術(shù)，同時(shí)提取和分析重要的器件參數，例如穩態(tài)性能、瞬態(tài)光電壓、瞬態(tài)光電流、電荷載流子遷移率、電荷密度、陷阱密度、阻抗、理想因子等。
JV曲線(xiàn)測量是太陽(yáng)能電池的最常規的表征技術(shù)。太陽(yáng)能電池的短路電流 （Isc）、開(kāi)路電壓 （Voc）、填充因子 （FF）、最大功率點(diǎn) （MPP） 和功率轉換效率等重要參數都是由JV曲線(xiàn)獲得。
Voc 是光伏器件中電流為零時(shí)電壓，如圖1所示。圖1：光照和暗態(tài)下電流電壓曲線(xiàn)（左：線(xiàn)性，右：對數）示意圖，注明了上文提到的參數。測量開(kāi)路電壓與光強度的關(guān)系可用于光照理想因子。理想因子是衡量該器件是否接近理想的二極管，當以復合電流為主（SRH復合）時(shí) nidL = 2 ，以擴散電流為主 (PN結無(wú)缺陷）時(shí)nidL = 1，而實(shí)際中PN結勢壘區總是存在復合中心，所以一般情況下n介于1和2之間 。在理想器件中，光照理想因子 nidL 與通過(guò)暗態(tài)JV 曲線(xiàn)提取的理想因子 nidd 相同的。在實(shí)際器件中，暗態(tài)和光照下的理想因子可能會(huì )發(fā)生偏差，由于光照理想因子不受串聯(lián)電阻的影響，因此更容易分析。開(kāi)路電壓 Voc 的表達式是通過(guò)在肖克利方程中將電流設置為零來(lái)獲得的，如下：其中 nidL 是光照理想因子，kB 是玻爾茲曼常數，T 是溫度，q 是單位電荷， jph 是光電流，js 是暗飽和電流。假設光電流與光強是線(xiàn)性關(guān)系，且 jph/js >> 1。我們得到L是歸一化的光強度，C1是不依賴(lài)于 L 變化的溫度因子。請注意，C1與光照為常量光系，但隨溫度變化。開(kāi)路電壓隨溫度降低而隨光照強度增加。開(kāi)路電壓與光強度的斜率僅取決于光照理想因子和溫度。光照理想因子計算依據公式：光照理想因子進(jìn)一步依賴(lài)于光的強度。例如，SRH 復合在低光強度下更為突出。通常計算平均值以獲得理想的數值。圖5 顯示了不同情況下模擬開(kāi)路電壓與光強度的關(guān)系。在圖5 (f) 中，顯示了光照理想因子，它是根據公式 (圖4) 由 Voc 與光強度的平均斜率計算得出的?；厩闆r下理想因子恰好為 1。除"低并聯(lián)電阻"和"深陷阱"的情況外，理想因子約為 1。如果復合預因子增加（b），則 Voc 較低，但 Voc 斜率保持不變。在"深陷阱"（c）的情況下，斜率（Voc vs. L）明顯更陡，導致平均理想因子為 1.8。在"低并聯(lián)電阻" (d) 的情況下，Voc 在較低的光強下嚴重下跌，平均理想因子的計算便沒(méi)有意義。圖5：根據表 1 中所有情況下的光強度對開(kāi)路電壓進(jìn)行模擬。 (F) 從模擬結果中獲得的光理想因子 - 使用平均值。
因此，我們模擬結果表明，在研究 SRH 復合在器件中的影響時(shí)，光照理想因子是非常有用的，正如我們在"深陷阱"中發(fā)現的情況。只有當低并聯(lián)電阻不隱藏效果的情況下，分析才有效。
