計(jì)算太陽(yáng)能電池短路電流的一種方法

陳麗佳　向進(jìn)

摘要：在太陽(yáng)能電池短路電流這一內(nèi)容的教學(xué)中，大多數(shù)教師在授課時(shí)只是介紹了利用實(shí)驗(yàn)手段測(cè)量短路電流的方法，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)短路電流的理解不夠深刻。本文將外量子效率和短路電流相聯(lián)系，有利于學(xué)生對(duì)這一概念的理解。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能電池；短路電流；參數(shù)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）04-0207-02

太陽(yáng)能電池是一種將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，也是清潔能源的典型代表。其中，短路電流是衡量太陽(yáng)能電池性能的一個(gè)重要參數(shù)。短路電流越大，太陽(yáng)能電池的性能越好。在“半導(dǎo)體物理”的教學(xué)過(guò)程的“半導(dǎo)體光電器件”[1]這一章中，太陽(yáng)能電池作為半導(dǎo)體光電器件的典型實(shí)例，大多數(shù)教師只是介紹了利用實(shí)驗(yàn)手段測(cè)量短路電流的方法，因此，學(xué)生對(duì)短路電流的理解不夠深刻。本文將從外量子效率出發(fā)，推算出特定光強(qiáng)下的短路電流，將外量子效率與短路電流聯(lián)系起來(lái)，從而加深學(xué)生對(duì)太陽(yáng)能電池各種參數(shù)的理解。

一、外量子效率的計(jì)算

外量子效率（External Quantum Efficiency（EQE））是指單位時(shí)間內(nèi)太陽(yáng)能電池輸出到外電路的電子數(shù)和單位時(shí)間內(nèi)入射到太陽(yáng)能電池的光子數(shù)之比[2]。通常情況下，可以通過(guò)量子效率測(cè)量系統(tǒng)得到太陽(yáng)能電池在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的外量子效率。

二、積分電流

外量子效率一般是在微弱的單色光下測(cè)量的，且不連接任何負(fù)載，相當(dāng)于短路情況。因此，作者嘗試結(jié)合外量子效率和標(biāo)準(zhǔn)的AM 1.5 G光譜，積分獲得電池在AM 1.5 G光譜下的短路電流密度（常用的太陽(yáng)光模擬器輸出的就是AM 1.5 G光譜），并將這個(gè)積分獲得的短路電流密度和在太陽(yáng)光模擬器下測(cè)量到的短路電流密度對(duì)比，一般認(rèn)為兩者應(yīng)該基本一致。

由上述推導(dǎo)可以得出通過(guò)外量子效率也可以推導(dǎo)出短路電流的值。

例如：結(jié)構(gòu)為ITO/CuPc/Alq3/Al的太陽(yáng)能電池器件測(cè)量得到的IV曲線為如圖1（a）所示，外量子效率EQE如圖1（b）所示，通過(guò)IV曲線讀出測(cè)量得到的短路電流值，并且通過(guò)（2-3）式計(jì)算得出短路電流的值。

解：通過(guò)IV曲線圖，可得出短路電流為3.98 mA/cm2。

由此推導(dǎo)出積分得到的短路電流與測(cè)量得到的短路電流基本一致。這一計(jì)算太陽(yáng)能電池短路電流的方法可以將外量子效率和短路電流聯(lián)系起來(lái)，有利于學(xué)生對(duì)短路電流的理解，同時(shí)可以加深學(xué)生對(duì)太陽(yáng)能電池的各種參數(shù)理解。

參考文獻(xiàn)：

[1]季振國(guó).半導(dǎo)體物理[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2005.

[2]林延?xùn)|，呂亮，白山.硅光電探測(cè)器光譜量子效率的測(cè)定[J].光學(xué)學(xué)報(bào)，2011，（31）：117-120.