태양전지의 특성 및 태양전지의 매개변수

태양광 셀은 중간 과정 없이 빛 에너지에서 직접 전기 에너지를 추출하는 태양광 발전 시스템의 기본 단위입니다. 태양광 셀의 작동은 광전효과에 의존하므로 태양광 셀은 또한 광전셀이라고도 합니다. 태양광 셀은 기본적으로 반도체 장치입니다. 빛이 셀에 닿으면 전기를 생산하며, 셀 단자 사이에 설정된 전압 또는 전위차는 0.5 볼트로 고정되어 있으며, 이는 입사 빛의 강도와 거의 무관합니다. 그러나 셀의 전류 용량은 입사 빛의 강도와 빛에 노출된 면적에 거의 비례합니다. 각각의 태양광 셀은 다른 모든 종류의 배터리 셀처럼 양극과 음극을 하나씩 가지고 있습니다. 일반적으로 태양광 또는 광전셀은 음극 접촉부가 앞쪽에 있고 양극 접촉부가 뒤쪽에 있습니다. 반도체 p-n 접합부는 이 두 접촉부 사이에 위치합니다.

빛이 셀에 도달하면 일부 빛의 광자가 태양광 셀에 의해 흡수됩니다. 흡수된 일부 광자는 반도체 결정의 가상 대역과 전도 대역 사이의 에너지 간극보다 큰 에너지를 가집니다. 따라서 한 가상 전자는 한 광자로부터 에너지를 얻어 흥분되어 결합에서 빠져나와 하나의 전자-홀 쌍을 생성합니다. 이러한 전자-홀 쌍의 전자와 홀은 빛으로 생성된 전자와 홀이라고 합니다. p-n 접합부 근처에서 생성된 빛으로 생성된 전자는 접합부를 가로질러 형성된 전계의 정전기력 때문에 n형 측으로 이동합니다. 마찬가지로, 접합부 근처에서 생성된 빛으로 생성된 홀은 동일한 정전기력 때문에 p형 측으로 이동합니다. 이렇게 하여 셀의 양쪽 사이에 전위차가 형성되며, 이 두 측을 외부 회로로 연결하면 태양광 셀의 양극에서 음극으로 전류가 흐르기 시작합니다. 이것이 태양광 셀의 기본 작동 원리이며, 이제 태양광 또는 광전셀의 등급에 영향을 미치는 다양한 매개변수에 대해 논의하겠습니다. 특정 프로젝트를 위한 특정 태양광 셀을 선택할 때 태양광 패널의 등급을 알아야 합니다. 이러한 매개변수는 태양광 셀이 빛을 전기에 어떻게 효율적으로 변환할 수 있는지 알려줍니다.

태양광 셀의 단락 전류

태양광 셀이 자신의 구조를 손상시키지 않고 제공할 수 있는 최대 전류입니다. 이는 셀이 최대 출력을 생산하기 위한 최적 조건에서 셀의 단자를 단락시켜 측정됩니다. '최적 조건'이라는 용어를 사용한 이유는, 고정된 노출된 셀 표면에서 태양광 셀에서 전류 생산률이 빛의 강도와 빛이 셀에 닿는 각도에 따라 달라지기 때문입니다. 전류 생산이 빛에 노출된 셀의 표면적에도 의존하므로, 최대 전류 대신 최대 전류 밀도를 표현하는 것이 더 좋습니다. 최대 전류 밀도 또는 단락 전류 밀도 등급은 최대 또는 단락 전류를 노출된 셀의 표면적으로 나눈 값입니다.

여기서, Isc는 단락 전류, Jsc는 최대 전류 밀도, A는 태양광 셀의 면적입니다.

태양광 셀의 개방 회로 전압

이것은 셀에 부하가 연결되지 않은 상태에서 셀 단자 사이의 전압을 측정하여 얻습니다. 이 전압은 제조 기술과 온도에 따라 달라지지만, 빛의 강도와 노출된 표면의 면적에는 크게 의존하지 않습니다. 일반적으로 태양광 셀의 개방 회로 전압은 약 0.5~0.6 볼트입니다. 이는 보통 Voc로 표시됩니다.

태양광 셀의 최대 출력 점

태양광 셀이 표준 테스트 조건에서 제공할 수 있는 최대 전기 출력입니다. 만약 태양광 셀의 v-i 특성을 그린다면, 최대 출력은 특성 곡선의 굴곡점에서 발생합니다. 이는 Pm로 표시됩니다.

최대 출력 점의 전류

최대 출력이 발생하는 전류입니다. 최대 출력 점의 전류는 태양광 셀의 v-i 특성에서 Im로 표시됩니다.

최대 출력 점의 전압

최대 출력이 발생하는 전압입니다. 최대 출력 점의 전압은 태양광 셀의 v-i 특성에서 Vm로 표시됩니다.

태양광 셀의 충전 계수

최대 출력 점에서의 전류와 전압의 곱을 단락 전류와 개방 회로 전압의 곱으로 나눈 비율입니다.

태양광 셀의 효율

이는 셀로 입력되는 복사 에너지에 대한 최대 전기 출력의 비율로 정의되며, 백분율로 표현됩니다. 지구 표면의 복사 에너지는 약 1000 와트/제곱미터로 간주되므로, 셀의 노출된 표면적을 A라고 하면 셀에 도달하는 총 복사 에너지는 1000A 와트가 됩니다. 따라서 태양광 셀의 효율은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

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