硅太阳能电池的设计资料.ppt

在实验室条件下，依靠当今最先进的技术，有可能把单 晶硅太阳能电池的效率提高到 25% 。然而商业大规模制造的效 率通常只为 13%-14% 。造成两者差别这么大的最主要原因为实 验室使用的研究技术并不适用于现代商业制造中，因此低成本 导致低效率。太阳能电池的研究不断提高着电池的效率，并朝 着 25%-30% 的目标奋进。据估计，商业制造的电池也有可能达 到 20% 。对于给定成本的电池板来说，效率更高代表成本效益 更好，因为生产同等电力所需额外的成本减少了（比如运输成 本、电路系统成本等）。最终，也意味着效率更高的太阳能电 池对住宅用和工业用电流系统都更具吸引力。 2018/10/9 UNSW 新南威尔士大学 55 § 4.5.2 太阳能电池的结构 设计的权衡 : 效率与成本 * § 4.5.2 太阳能电池的结构 设计的权衡 : 效率与成本 电 池 板 成 本 平均发电成本 右图给出了电池效率对 发电成本的影响。对于效率 更高的电池来说，单位面积 的成本可能高的更多，如果 发电成本给定的话。例如， 要获得 10% 的效率所花的成 本可能为 $10/ m 2 ，而要获得 20% 的效率，成本却能达到 $75/ m 2 。 * 朗伯背反射层如下图所描述： § 4.2.6 光学特性 朗伯背反射层 UNSW 新南威尔士大学 小于临界角入射 的光逃出电池 光被全 反射并 围困在 电池内 入射光 电池底部的随机散射 顶 角 等 于 临 界 角 的 椎 体 内 的 光 损 失 掉了 * 复合效应同时造成光生电流（即短路电流）和前置偏压注 入电流（即开路电压）的损失。人们通常依据发生在电池内的 区域 不同来对复合进行分类。一般来说，发生在电池表面（ 表 面复合 ）和电池体内（ 体复合 ）的复合是主要的复合形式。而 耗尽区 则是另外一个会发生复合的区域。 24 § 4.3.1 减少复合效应 复合损耗 * 为了让 pn 结能够吸收所有的光生载流子， 表面复合和 体复合都要尽量减到最小 。对于硅太阳能电池，要达到这样 的效果，所需条件为： ? 载流子必须在与 pn 结距离小于扩散长度的区域产生，才能 扩散到 pn 结并被收集。 ? 对于局部高复合区域（比如，没有钝化的表面和多晶硅的晶 界），光生载流子与 pn 结的距离必须小于与高复合区域的 距离。相反，在局部低复合区域（比如钝化的表面），光生 载流子可以与低复合区域距离更近些，因为它依然能扩散到 pn 结并被收集，而不会复合。 2018/10/9 UNSW 新南威尔士大学 25 § 4.3.2 减少复合效应 复合引起的电流损失 * § 4.3.2 减少复合效应 复合引起的电流损失 电池的前表面和背表面存在局部复合区域，意味着能 量不同的光子将有不同的收集概率。蓝光的吸收率很高， 并且在距离前表面非常近处被吸收，所以如果前表面是个 高复合区域的话，那么蓝光产生的载流子就不怎么可能被 pn 结收集。类似的，如果电池的背表面的复合效应很强， 将主要影响由红外光产生的载流子（红外光在电池深处产 生载流子）。太阳能电池的量子效率量化了复合效应对光 生电流的影响。下图描述了太阳能电池的量子效率。 * 2018/10/9 UNSW 新南威尔士大学 27 理想和实际太阳能电池的典型量子效率，描述了复合损失和光损失的影响 前表面的反 射和复合 体内和背面的 复合加上没被 吸收的光 § 4.3.2 减少复合效应 复合引起的电流损失 * § 4.3.2 减少复合效应 复合引起的电流损失 三种不同类型的 晶体硅 太阳能电池的量子效率曲线。埋 栅和丝网印刷曲线表示的是电池的内部量子效率，而 PERL 曲线则表示电池的外部量子效率。 PERL 电池对红外光的响 应最好，因为被良好地钝化，有高效率的背表面反射。 丝网印刷 埋栅 PERL * 开路电压是指当前置扩散电流与短路电流大小相当时的 光电压。前置扩散电流的大小取决于 pn 结处复合效应的大小， 即扩散电流随着复合的提高而上升。结果是，高复合提高了 前置扩散电流反过来却降低了开路电压。能表示在前置电压 下的复合大小的材料参数是“二极管饱和电流”。而复合的 大小由 pn 结边缘的少数载流