光電子化學光電池板

是一種光電轉換元件，它不需外加電源而能直接把光能轉換為電能。光電池的種類很多，常見的有硒、鍺、矽、砷化鎵、氧化銅、氧化亞銅、硫化鉈、硫化鎘等。其中最受重視、套用最廣的是矽光電池。它有一系列的優點: 性能穩定，光譜回響範圍寬，轉換效率高，線性相應好，使用壽命長，耐高溫輻射，光譜靈敏度和人眼靈敏度相近等。光電池除用於人造衛星和宇宙飛船等領域外，主要用在分析儀器、測量儀器、曝光表以及自動控制檢測，在計算機的輸入和輸出上被用作探測元件等。光電池還被用於許多民用領域，如光電池汽車、、光電池收音機、光電池計算機和光電池電站等。通過實驗對光電池的基本特性和簡單套用作初步的了解和研究，對於使用日益廣泛的各種光電器件的了解具有十分重要的意義。

基本介紹

• 中文名：光電子化學電池板
• 外文名：Optoelectronic chemical panels
• 別名：光電化學電池

原理

光電子化學電池板在沒有光照時其特性可視為一個二極體，其正向偏壓U與通過電流I的關係式為:I = I0eq U(nk T)－ 1 = IeβU(－ 1)(1)式中，I、U為P － N結二極體的電流及電壓，k為波爾茲曼常數，q為電子電荷量，T為絕對溫度，I0是二極體的反向飽和電流，n是理想二極體參數，β =qnk T。當太陽光照射到光電池時，由半導體理論知，半導體內部N區和P區中原子的價電子受到太陽光子的激發，通過光輻射獲取到超過禁頻寬度Eg的能量，脫離共價鍵的束縛從價帶激發到導帶，由此在半導體材料內部產生出很多處於非平衡狀態的電子空穴對。這些被光激發的電子和空穴，或自由碰撞，或在半導體中複合恢復到平衡狀態。其中複合過程中對外不呈現導電作用，屬於光電池能量自動損耗部分。光激發載流子中的少數載流子能運動到P －結區，通過P － N漂移到對方區域，對外形成與P － N結勢壘電場方向相反的光生電場。一旦接通外電路，即可有電能。當把眾多這樣小的光伏電池單元通過串並聯的方式組合在一起，構成光伏電池組件，便會在光的作用下輸出功率足夠大的電能。

假設光電池的理論模型是由一理想電流源( 光照產生光電流的電流源)、一個理想二極體、一個並聯電阻與一個電阻所組成，如圖1所示。

圖1理論模型

由基爾霍夫定律得:IRs+ U －(Iph－ Id－ I)Rsh(2)式中，I為光電池的輸出電流，U。由式(1) 可得:I 1 +RsR( )sh= Iph－URsh－ I(3)假定Rsh= ∞和R= 0，光電池可簡化為如圖2所示的電路。圖2光電池的簡化電路這裡，I = Iph－ Id= Iph－ I0(eβU－ 1)。在短路時，U = 0，Iph= Isc，而在開路時，I = 0，Isc－ I0(eβUOC－ 1)=0，所以UOC=1βlnIscI0[+ 1](4)式(4) 即為在Rsh= ∞和Rs= 0的情況下，光電池的開路電壓UOC和短路電流Isc的關係式。當光電池接上負載電阻後，光電池的輸出電壓和電流隨著負載電阻的變化而變化。當負載電阻R =Rm時，光電池的輸出功率為最大，即最大功率Pm，對應電壓Um和電流Im，可知Pm= UmIm(5)。

圖2簡化模型

填充因子FF是表征光電池質量好壞的一個指標，其定義為最大功率Pm和UOC與Isc之積的比值，即:FF =PmUOCIsc(6)。

套用

體系	光吸收體	界面	產品
1.電化學光伏電	半導	半導體/溶液	電
2.光電合成	半導體	半導體/溶液	化學產物
3.“光電流”電池	溶液中的分子	金屬(簡併半導體)/溶液	電
4.微多相氧化還原體系	半導體或溶液中的分子	半導體/溶; 液金屬/溶液; 膠束/溶液	化學產物; 化學產物
5.合成的葉綠體	膜上的分子	膜/溶液	化學

種類

電化學光電池按照它們的工作原理的不同,可分為光電解電池、再生光電池和複合型光電池，它們的分類與特徵見圖表。

分類