Approximation of current-voltage characteristic of ventiled solar battery

Abstract

Вольтамперная характеристика является основной функциональной характеристикой солнечной батареи. Она позволяет определить оптимальный, с точки зрения передачи максимальной мощности в нагрузку, режим работы солнечной батареи. Теоретически вольтамперная характеристика вентильного фотоэлемента описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений 5-го порядка с соответствующими граничными условиями. Система уравнений представляет собой баланс электронов и дырок внутри вентильного фотоэлемента. Распределение напряженности электрического поля описывается уравнением Пуассона. Аналитическое решение данной системы возможно в двух случаях – для “тонкого” p-n перехода и для p-n перехода, внутри которого можно пренебречь процессами генерации и рекомбинации носителей заряда. Аналитическое решение в данном случае представляет собой уравнение Эберса-Молла, которое связывает между собой ток, напряжение в нагрузке и параметры фотоэлемента – фотоэдс, фототок, ток насыщения, тепловой потенциал. В общем случае система уравнений решается численными методами. В литературе численные результаты представляют уравнением Эберса-Молла, в которое введен коэффициент a = 1 – 5. В работе предложен экспериментально-расчетный метод определения параметров фотоэлемента и коэффициента a. Некоторые параметры фотоэлемента можно измерить в процессе снятия вольтамперной характеристики – фотоэдс в режиме холостого хода и фототок в режиме короткого замыкания. Для определения параметра a и тока насыщения по экспериментальным данным использован метод наименьших квадратов. Предложенный метод аппроксимации вольтамперной характеристики применен к нескольким кремниевым поликристаллическим солнечным батареям. Ключевые слова: солнечная батарея, вольтамперная характеристика, p-n переход, фотоэдс, ток насыщения, тепловой потенциал, “тонкий” p-n переход, “широкий” p-n переход, уравнение Эберса-Молла