太陽能電池短路電流是太陽能電池兩端電壓為零時(即太陽能電池短路時)通過太陽能電池的電流,通常寫為 ISC,短路電流顯示在下面的 IV 曲線上。
顯示短路電流的太陽能電池的 IV 曲線。
短路電流是由于光生載流子的產(chǎn)生和聚集,對于理想的太陽能電池至多中等電阻損耗機制,短路電流和光生電流是相同的,因此短路電流是可以從太陽能電池汲取的最大電流。
短路電流取決于許多因素,如下所述:
●太陽能電池的面積。為了消除太陽能電池面積的依賴性,更常見的是列出短路電流密度(Jsc,單位為 mA/cm 2)而不是短路電流;
●光子的數(shù)量(即入射光源的功率)。太陽能電池的 Isc 直接取決于光強度,如光強度的影響中所述;
●入射光的光譜。對于大多數(shù)太陽能電池測量,光譜被標(biāo)準(zhǔn)化為AM1.5 光譜;
●太陽能電池的光學(xué)特性(吸收和反射)
●太陽能電池的收集概率,主要取決于表面鈍化和基極中的少數(shù)載流子壽命。
在比較相同材料類型的太陽能電池時,最關(guān)鍵的材料參數(shù)是擴散長度和表面鈍化。在具有完全鈍化表面和均勻生成的電池中,短路電流密度方程可以近似為:
其中 G 是生成率,L n和 L p分別是電子和空穴的擴散長度。盡管該方程做出了一些假設(shè),但對于大多數(shù)太陽能電池中遇到的條件并不正確,但上述方程表明短路電流強烈依賴于生成速率和擴散長度。
短路電流 I SC是短路電流密度 J SC乘以電池面積:
AM1.5 光譜下的硅太陽能電池的最大可能電流為 46 mA/cm 2。實驗室設(shè)備測得的短路電流超過 42 mA/cm 2,商用太陽能電池的短路電流在約 28 mA/cm 2和 35 mA/cm 2 之間。
在理想的器件中,帶隙以上的每個光子都會在外部電路中提供一個電荷載流子,因此最高電流用于最低帶隙。