太阳能电池基本参数的影响因素分析 1短路电流Isc 2开路电压Voc 3 .DOC

太阳能电池基本参数的影响因素分析 1.短路电流Isc 2.开路电压Voc 3.最大工作电压Vm 4.最大工作电流Im 5.填充系数FF 6.转换效率η 7.串联电阻Rs 8.并联电阻Rsh 第一、一个理想的光伏电池，因串联的Rs很小、并联电阻的Rsh很大，所以进行理想电路计算时，他们都可忽略不计。所以负载电流满足式(1)， I = IL-ID =IL-Is[exp(qV/kT)-1] （1）短路电流Isc=IL IL——光生电流；ID——暗电流； IS—— 反响饱和电流； Rs——串联电阻;Rsh——并联电阻 所以根据上式，就会得到右图。 第二、但在实际过程中，就要将串联电阻和并联电阻考虑进去，Isc的方程如下： 当负载被短路时，V=0，并且此时流经二极管的暗电流ID非常小，可以忽略，上式可变为： 第三、由此可知，短路电流总小于光生电流IL且Isc的大小也与Rs和Rsh有关。 1.短路电流Isc 当V=0时，Isc=IL。IL为光生电流，正比于光伏电池的面积和入射光的辐照度。1cm2光伏电池的IL值均为16~30mA。环境温度的升高，IL值也会略有上升，一般来讲温度每升高1℃，IL值上升78μA 2.开路电压Voc 开路时，当I=0时，Voc=kT/qln(IL/IS+1) 太阳能电池的光伏电压与入射光辐照度的对数成正比，与环境温度成反比，与电池面积的大小无关。温度每上升1 ℃，UOC值约下降2~3mV。该值一般用高内阻的直流毫伏计测量。 同时也与暗电流有关。而对太阳能电池而言，暗电流不仅仅包括反向饱和电流，还包括薄层漏电流和体漏电流。（由于杂质或缺陷引起的载流子的复合而产生的微小电流） 漏电流：太阳能电池片可以分3层，即薄层（即N区），耗尽层（即PN结），体区（即P区），对电池片而言，始终是有一些有害的杂质和缺陷的，有些是材料本身就有的，也有的是工艺中形成的，这些有害的杂质和缺陷可以起到复合中心的作用，可以虏获空穴和电子，使它们复合，复合的过程始终伴随着载流子的定向移动，必然会有微小的电流产生，这些电流对测试所得的暗电流的值是有贡献的，由薄层贡献的部分称之为薄层漏电流，由体区贡献的部分称之为体漏电流。 3.填充系数FF FF是一个重要参数，反映太阳能电池的质量。太阳电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充系数越大。反映到太阳电池的电流-电压特性曲线上是曲线接近正方形，此时太阳电池可以实现很高的转换效率 4.转换效率η 根据上式可得： 填充系数越大，即转换效率越大。 因此，影响η 的主要因素为串联电阻和并联电阻综上所述，影响Voc、Isc、Vm、Im、FF和 η的主要因素就是串联电阻和并联电阻。 二、串联电阻Rs和并联电阻Rsh 1.串联电阻Rs 一般小于1Ω，主要包括金属电极与半导体材料的接触电阻、半导体材料的体电阻和电极电阻三部分。 2.并联电阻Rsh一般为几千欧姆，主要是电池边缘漏电、电池表面污浊或耗尽区内的复合电流引起的，这几种电流构成了漏电流。而且并联电阻越大，漏电流也就越小。 3.前段工艺对Rs和Rsh的影响 3.1CVD P层： P层如果太厚，造成了P层对光的吸收增加，从而减少了i层对光的吸收，而且由于空穴的扩散速率较低，使得空穴的寿命降低；但是P层太薄，在界面层产生的电子-空穴对还没有扩散出去就会由于复合而消失，不利于载流子的收集，增加能量损失。 Buffer层： 当缓冲层厚度较薄时，晶格失配问题得到初步改善，从而减少了载流子在界面的复合，因而随着沉积时间的增加，电池的开路电压增加，填充因子也得到 较大的改善，电池效率增加。但是，随着沉积时间继续增长，由于没有掺硼，掺碳的缓冲层电阻升高，较厚的缓冲层虽然解决了晶格失配的问题，但是高阻层成为主要矛盾，所以随着掺碳缓冲层厚度的继续增加，填充因子下降，电池性能变差。 在其他条件不变的情况下，沉积 时间越长，膜的厚度越大。 i层： 该层是产生光生载流子的主要区域，膜厚越薄，复合中心较少，则并联电阻越小，同时空间电荷区变窄，使得光生电流减小，效率降低；膜厚增加，虽然增加对光的吸收，但缺陷越多，复合中心也就越多，大大降低了载流子的寿命，从而使得电池效率降低，同时使得光致衰减更加严重。 N层： 膜层太薄，在界面层产生的电子-空穴对还没有扩散出去就会由于复合而消失，增加能量损失 ；膜层过厚，虽然内建电场增加，但是方块电阻增加，即增加了Rs，同时，在总膜厚不变的情况下，增加了N层厚度，i层的厚度也就相对减少，不利于光生载流子的产生，使得电池效率降低。 3.2.PVD 主要考量的是薄层电阻，即方块电阻，它是太阳能电池串联电阻的一个组成部分。它的大小主要跟膜厚成反比，但是膜厚不能无限地增大，还要考虑其他因素的影响。