计算太阳能电池短路电流的一种方法

陈丽佳　向进

摘要：在太阳能电池短路电流这一内容的教学中，大多数教师在授课时只是介绍了利用实验手段测量短路电流的方法，导致学生对短路电流的理解不够深刻。本文将外量子效率和短路电流相联系，有利于学生对这一概念的理解。

关键词：太阳能电池；短路电流；参数

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）04-0207-02

太阳能电池是一种将光能转化为电能的装置，也是清洁能源的典型代表。其中，短路电流是衡量太阳能电池性能的一个重要参数。短路电流越大，太阳能电池的性能越好。在“半导体物理”的教学过程的“半导体光电器件”[1]这一章中，太陽能电池作为半导体光电器件的典型实例，大多数教师只是介绍了利用实验手段测量短路电流的方法，因此，学生对短路电流的理解不够深刻。本文将从外量子效率出发，推算出特定光强下的短路电流，将外量子效率与短路电流联系起来，从而加深学生对太阳能电池各种参数的理解。

一、外量子效率的计算

外量子效率（External Quantum Efficiency（EQE））是指单位时间内太阳能电池输出到外电路的电子数和单位时间内入射到太阳能电池的光子数之比[2]。通常情况下，可以通过量子效率测量系统得到太阳能电池在特定波长范围内的外量子效率。

二、积分电流

外量子效率一般是在微弱的单色光下测量的，且不连接任何负载，相当于短路情况。因此，作者尝试结合外量子效率和标准的AM 1.5 G光谱，积分获得电池在AM 1.5 G光谱下的短路电流密度（常用的太阳光模拟器输出的就是AM 1.5 G光谱），并将这个积分获得的短路电流密度和在太阳光模拟器下测量到的短路电流密度对比，一般认为两者应该基本一致。

由上述推导可以得出通过外量子效率也可以推导出短路电流的值。

例如：结构为ITO/CuPc/Alq3/Al的太阳能电池器件测量得到的IV曲线为如图1（a）所示，外量子效率EQE如图1（b）所示，通过IV曲线读出测量得到的短路电流值，并且通过（2-3）式计算得出短路电流的值。

解：通过IV曲线图，可得出短路电流为3.98 mA/cm2。

由此推导出积分得到的短路电流与测量得到的短路电流基本一致。这一计算太阳能电池短路电流的方法可以将外量子效率和短路电流联系起来，有利于学生对短路电流的理解，同时可以加深学生对太阳能电池的各种参数理解。

参考文献：

[1]季振国.半导体物理[M].杭州：浙江大学出版社，2005.

[2]林延东，吕亮，白山.硅光电探测器光谱量子效率的测定[J].光学学报，2011，（31）：117-120.