計算太陽能電池短路電流的一種方法

陳麗佳　向進

摘要：在太陽能電池短路電流這一內容的教學中，大多數教師在授課時只是介紹了利用實驗手段測量短路電流的方法，導致學生對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系，有利于學生對這一概念的理解。

關鍵詞：太陽能電池；短路電流；參數

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）04-0207-02

太陽能電池是一種將光能轉化為電能的裝置，也是清潔能源的典型代表。其中，短路電流是衡量太陽能電池性能的一個重要參數。短路電流越大，太陽能電池的性能越好。在“半導體物理”的教學過程的“半導體光電器件”[1]這一章中，太陽能電池作為半導體光電器件的典型實例，大多數教師只是介紹了利用實驗手段測量短路電流的方法，因此，學生對短路電流的理解不夠深刻。本文將從外量子效率出發，推算出特定光強下的短路電流，將外量子效率與短路電流聯系起來，從而加深學生對太陽能電池各種參數的理解。

一、外量子效率的計算

外量子效率（External Quantum Efficiency（EQE））是指單位時間內太陽能電池輸出到外電路的電子數和單位時間內入射到太陽能電池的光子數之比[2]。通常情況下，可以通過量子效率測量系統得到太陽能電池在特定波長范圍內的外量子效率。

二、積分電流

外量子效率一般是在微弱的單色光下測量的，且不連接任何負載，相當于短路情況。因此，作者嘗試結合外量子效率和標準的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（常用的太陽光模擬器輸出的就是AM 1.5 G光譜），并將這個積分獲得的短路電流密度和在太陽光模擬器下測量到的短路電流密度對比，一般認為兩者應該基本一致。

由上述推導可以得出通過外量子效率也可以推導出短路電流的值。

例如：結構為ITO/CuPc/Alq3/Al的太陽能電池器件測量得到的IV曲線為如圖1（a）所示，外量子效率EQE如圖1（b）所示，通過IV曲線讀出測量得到的短路電流值，并且通過（2-3）式計算得出短路電流的值。

解：通過IV曲線圖，可得出短路電流為3.98 mA/cm2。

由此推導出積分得到的短路電流與測量得到的短路電流基本一致。這一計算太陽能電池短路電流的方法可以將外量子效率和短路電流聯系起來，有利于學生對短路電流的理解，同時可以加深學生對太陽能電池的各種參數理解。

參考文獻：

[1]季振國.半導體物理[M].杭州：浙江大學出版社，2005.

[2]林延東，呂亮，白山.硅光電探測器光譜量子效率的測定[J].光學學報，2011，（31）：117-120.