电流-电压特性曲线及其参数分析

与类型无关，电池的总性能都表现为一个电流-电压特征。在开路时可获得的电池最大电压以及在闭路时获得的最大电流。当然，这两个条件都没有产生任何外部功率，以及定义最大功率点（MPP）处为理想运行状况。电流和电压是相互关联，它们的关系用图形表示就是电流-电压特性曲线。电流-电压特性曲线如图13.6所示，图中的标志处即为最大功率点，V_OC为开路电压，I_SC为短路电流。一个电池的质量是由电流-电压特性曲线中的方形区域来衡量，这个方形区域通过

图13.6 最大功率点（MPP）通用I-V曲线

（I_MPPV_MPP）/（I_SCV_MPP）进行量化，被称为填充因子（FF）。

针对不同的薄膜、太阳能分层结构，包括染色电池测得的电流-电压曲线特性如图13.7和图13.8所示。在图13.7的电流-电压特性曲线中，V_OC为801mV，I_SC为11.2mA/cm²，填充因子为75%，最高效率是6.7%。图13.8中电池的V_OC为649mV，I_SC为31.5mA/cm²，填充因子为69.1%，最高效率为14.1%，上述数据由Freiburg的Fraunhofer太阳能研究所测量得到。

图13.7 染料敏化太阳能电池的I-V特性和分层的设备结构图^[4]

图13.8 CIGS太阳能电池的I-V特性和器件结构的原理图^[5](www.xing528.com)

图13.9 单二极管表示的太阳能电池

单结半导体电池可以等效看做一个二极管，用并行连接的电流（光电流）源代表PN结，如图13.9所示。

可以很容易地在这个模型中串联一个电阻器以代替电池的串联集中电阻。根据二极管标准分析，电流I_L和太阳能电池提供的电压之间的关系可以简化为

式中，I_O是二极管的暗反向饱和电流；I_G是光电流；q是电子电荷（1.6×10^-19C）；k是玻尔兹曼常数（1.38×10^-23J.K^-1）；T是电池的绝对温度（K）；R_S是电池的串联集中电阻；A是一个1～2之间的常量（随电池类型的不同而改变），V是端电压（V）。

负载电流I_L出现在I_L表达式，因此，这个方程没有简单的封闭解，需通过迭代来求解。