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光伏电池的模型和输出特性分析综述

1.1光伏电池的工作原理

太阳能光伏发电系统中至关重要的个部件就是光伏电池，它是光伏发电系

统的中枢和根本。太阳能光伏电池利用的是半导体界面的特性将太阳辐射能直接

转变为电能，是利用太阳能的种普遍的简单的装置。由于光伏电池的输出功率

不仅受器件本身材料的影响，还受太阳能光照强度、外接负载、环境温度等因素

的影响，且单个电池的容量较小，因此光伏电站中般将多个独立的光伏电池板

封装成光伏电池组件，然后再按照容量要求将光伏组件通过串联或并联的形式组

成光伏阵列进行发电。

光伏电池本质上可以认为是个大规模的P-N结二极管，由N型半导体材

料和P型半导体材料相接触而形成，利用半导体材料的光生伏特效应将太阳能转

变为电能四。由于P-N结具有非对称性，N区的电子浓度远高于空穴浓度，P区

的空穴浓度远高于电子浓度，当两者相接时，浓度高的就会向浓度低的地方扩散,

P区的空穴比N区的浓度大，则空穴从P区扩散到N区，N区的电子比P区的浓

度大，则电子便会向P区扩散。失去空穴后P区呈现负电荷，N区失去电子后呈

现正电荷，空穴和电子的扩散使得P区和N区中间交界的段小区域内形成

个不能移动的空间电荷区，因为该区域内的带电粒子不能自由移动，所以该电荷

区被称为耗尽层，耗尽层内形成内电场，内电场方向从带正电的N区指向带负

电的P区，内电场的出现有助于浓度低阻碍了载流子的扩散，从而达到动态平衡,

形成了P-N结，如图1.1所示。

空穴负离子—耗尽层内电场―正离子电子

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