太陽電池材料の光学特性

太陽電池材料の光学特性

太陽電池の光学特性は、太陽電池の最終的な効率を決定することが多く、プロセス設計の基礎となっています。

（1）吸収法

分光放射照度Ｉ ０のビームが半導体の表面に直角に入射するとき、反射を差し引いた後、半導体に入る分光放射照度はＩ ０（１ − Ｒ）であり、前面からの距離は半導体においてｘである。 分光放射照度Ixは吸収の法則によって決まります。ラメラの厚さがdの場合、透過率のより完全な近似値を得ることができます。

単結晶シリコン、ガリウムヒ素およびいくつかの重要な太陽電池材料の吸収係数と波長の関係

（2）固有吸収

原子像では、ケイ素の固有吸収は、ケイ素原子が光子によって励起され、共有結合の切れ目に正孔を残しながら価電子を自由電子にするという事実として理解することができる。 実験は、ｈｕが禁制帯幅Ｅｇよりも大きい光子のみが固有吸収を生じさせることができることを見出した。

明らかに、入射光子は、Ｖｏが固有吸収を生じさせることができる光の周波数（周波数吸収限界）を満たさなければならない。 λ0 - ちょうど光の固有吸収の波長（波長吸収限界）。

シリコンは、１．１５μｍを超える波長を有する赤外光に対して透明であると考えられている。

太陽電池等価回路、出力電力およびフィルファクタ

（1）等価回路

電池の動作状態を説明するために、電池と負荷システムはしばしば等価回路でシミュレートされます。

１．定電流源：定照明下では、動作状態にある太陽電池は、動作状態と共にその光電流を変化させない。 等価回路では定電流源と見なすことができます。

暗電流Ｉｂｋ：光電流の一部が負荷ＲＬを通って流れ、端子電圧Ｕが負荷の両端に確立される。 次に、それはＰＮ接合に順方向にバイアスされ、光電流の方向と反対の暗電流Ｉｂｋを引き起こす。

このようにして、理想的なＰＮホモ接合太陽電池の等価回路が描かれる。

4.直列抵抗RS：前面と背面の電極間の接触、および材料自体に一定の抵抗率があるため、ベース層とトップ層に追加の抵抗を追加することは避けられません。 負荷を流れる電流がそれらを通過すると、必然的に損失が発生します。 等価回路では、それらの総合効果は直列抵抗RSで表すことができます。

5.並列抵抗RSH：メタライズ電極を製作する際の電池端部の漏れやマイクロクラック、スクラッチ等で発生するメタルブリッジの漏れにより、負荷に流すべき電流の一部が不足します。サーキット。 抵抗RSHは等価です。

負荷ＲＬに流れる電流をＩ、負荷ＲＬの端子電圧をＵとすると、となる。

式中のＰは、太陽電池に照射したときに負荷ＲＬに得られる出力電力である。

（2）出力電力

負荷ＲＬに流れる電流をＩ、負荷ＲＬの端子電圧をＵとすると、式中のＰは太陽電池に照射したときに負荷ＲＬで得られる出力電力であることがわかる。

負荷ＲＬが０から無限大に変化すると、出力電圧Ｕは０からＵ０Ｃに変化し、出力電流はＩＳＣから０に変化して太陽電池の負荷特性曲線を描く。 曲線上の任意の点は作業点と呼ばれます。 作業点と原点線は荷重線と呼ばれます。 負荷線の傾きの逆数はRLに等しい。 動作点に対応する水平および垂直座標は動作電圧および動作電流です。

負荷抵抗ＲＬをある値Ｒｍに調整すると、曲線上で点Ｍが得られ、対応する動作電流Ｉｍと動作電圧Ｕｍとの積が最大となる。すなわち、Ｐｍ ＝ ＩｍＵｍである。

一般に、Ｍ点は太陽電池の最適動作点（または最大電力点）、Ｉｍは最適動作電流、Ｕｍは最適動作電圧、Ｒｍは最適負荷抵抗、Ｐｍは最大出力電力である。

（3）フィルファクター

1.最大出力電力と（Uoc×Isc）の比はフィルファクター（FF）と呼ばれ、太陽電池の出力特性を測定するための重要な指標の1つです。

充填率は太陽電池の長所と短所を特徴付ける。 あるスペクトル放射照度の下では、ＦＦが大きいほど、曲線はより「正方形」になり、出力パワーは高くなる。