Ideality Factorの測定

7月 21, 2021
admin

理想化係数は、暗-IV、太陽-Voc、場合によっては明-IV曲線の傾きから導き出されます。

暗所での基本的なセル方程式は以下の通りです。

$I=I_{0}left(\exp \left(\frac{q V}{n k T}right)-1right)$$

ここでIはダイオード電流、Vはダイオード間電圧、I0は暗所飽和電流、nは理想指数、Tはケルビン温度を表しています。 qとkはともに定数です。V > 50 – 100 mVでは-1項は無視できるので、上の式は次のようになります。

$$ln (I)=³³left(I_{0}) +³³left(\frac{q V}{n k T}) V$$

電圧に対する電流の自然対数をプロットすると、傾きはq/nkT、切片はln(I0)となります。 実際のセルでは、理想化係数はセル全体の電圧に依存する。 理想化係数は電圧の関数としてプロットすることも、1つの値として与えることもできる。 イデアリティ・ファクターは電圧によって変化するので、単一の値として与える場合は、電圧範囲も指定する必要がある。 このようにイデアリティファクターは、デバイス内の再結合を調べるための強力なツールである。

理想化係数を測定する場合、いくつかの実用的な問題があります。

  • 低電圧ではシャント抵抗(Rshunt)がデバイス性能を支配し、大きなピークを発生させる。
  • Dark-IV カーブの高電圧では、直列抵抗が支配的となり、高電圧での理想化係数カーブに大きなピークが発生します。 8157>
  • Ideality Factorは信号の微分から来るので、非常にノイズの影響を受けやすいのですが、Suns-Vocカーブを使えば、前述のようにDark-IVと同じカーブになり、直列抵抗の影響もありません。 特にSuns-Vocの測定ではノイズの問題が大きい。
  • 温度の影響は、特に測定中に温度が変化した場合に問題となります。

下の理想化係数のアニメーショングラフは、暗いIV曲線への影響を示したものです。 抵抗効果を除いた曲線は非常に単純で、低電圧ではイデアリティ・ファクターは2、高電圧ではイデアリティ・ファクターは1です。 抵抗効果が含まれると、曲線は非常に複雑になります。 低電圧ではRshuntが支配的であるため、低電圧でのIdeality Factorは有効ではありません。

X
1e-141e-08
X
1e-121e-

1e-121e-

X
1e-121e-

1e-141e-0806
X
03
X
1e31e8

寄生抵抗の影響がある場合とない場合の暗電流実効曲線から求めた局所理想化係数です。

埋もれたコンタクトセルの暗黒IV測定と抽出した局所イデアリティファクターの適合度。 異なる曲線は、セルエッジまでの距離を変化させたものです。 抽出されたイデアリティファクターは、異常なIVカーブがエッジ再結合に起因することを示している(写真はMcIntosh 1.

  • 1から再描画。 K. R. McIntosh and Honsberg, C. B., “The Influence of Edge Recombination on a Solar Cell’s IV Curve”, 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference. 2000.

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