太陽能電池基本參數(shù)的影響因素分析1短路電流Isc2開路電壓Voc3

1、太陽能電池基本參數(shù)的影響因素分析1. 短路電流Isc2. 開路電壓Voc3. 最大工作電壓Vm4. 最大工作電流ImFF5. 填充系數(shù)nRsRsh6. 轉(zhuǎn)換效率7. 串聯(lián)電阻8. 并聯(lián)電阻Rl<<</SS5并聯(lián)電阻的 Rsh很大，所以進行理想電路(1),(1)短路電流Isc=Il第一、一個理想的光伏電池，因串聯(lián)的Rs很小、 計算時，他們都可忽略不計。所以負載電流滿足式I = Il-Id =lL-lsex p(qV/kT)-1i)VockTln(+1)'SIl光生電流；SF(呼+警)Id暗電流； 反響飽和電流;光強度Rs串聯(lián)電阻；Rsh并聯(lián)電阻 所以根據(jù)上式，就會得到右

2、圖。圖2. 37短路電流和開路電壓隨著光強度的變化q(V+IRs)I sc =Il-Id-I pj-lsie kT-1Rsh當負載被短路時, 式可變?yōu)椋簐=o,并且此時流經(jīng)二極管的暗電流Id非常小，可以忽略，上ISCRshI SC =+ Rs/Rsh】第三、由此可知，短路電流總小于光生電流I L且Isc的大小也與Rs和Rsh有關(guān)。1.短路電流Isc當V=0時，Isc=Il。Il為光生電流，正比于光伏電池的面積和入射光的輻照度。 1cm2光伏電池的Il值均為1630mA。環(huán)境溫度的升高，Il值也會略有上升, 般來講溫度每升高C, IL值上升78卩A2開路電壓Voc開路時，當I=o時，Voc=kT

3、/qln（Il/Is+1）太陽能電池的光伏電壓與入射光輻照度 的對數(shù)成正比，與環(huán)境溫度成反比，與電池面積的大小無關(guān)。溫度每上升1 C，同時也與暗電UOC值約下降23mV。該值一般用高內(nèi)阻的直流毫伏計測量。言，流有關(guān)。而對太陽能電池而言，暗電流不僅僅包括 反向飽和電流，還包括薄層漏 電流和體漏電流。（由于雜質(zhì)或缺陷引起的載流子的復合而產(chǎn)生的微小電流）漏電流：太陽能電池片可以分 3層，即薄層（即N區(qū)），耗盡層（即PN結(jié)），體 區(qū)（即P區(qū)），對電池片而言，始終是有一些有害的雜質(zhì)和缺陷的，有些是材料 本身就有的，也有的是工藝中形成的，這些有害的雜質(zhì)和缺陷可以起到復合中心 的作用，可以虜獲空穴和電子，使

4、它們復合，復合的過程始終伴隨著載流子的定 向移動，必然會有微小的電流產(chǎn)生，這些電流對測試所得的暗電流的值是有貢獻 的，由薄層貢獻的部分稱之為薄層漏電流，由體區(qū)貢獻的部分稱之為體漏電流。3填充系數(shù)FFFm _ I m Vm _ FFI scVocn =RnRnPnFFV oc I scFF是一個重要參數(shù)，反映太陽能電池的質(zhì)量。 太陽電池的串聯(lián)電阻越小，并聯(lián) 電阻越大，填充系數(shù)越大。 反映到太陽電池的電流-電壓特性曲線上是曲線接近 正方形，此時太陽電池可以實現(xiàn)很高的轉(zhuǎn)換效率貳中，Pin為人射功率，是太陽能光譜中所有光子的積分,F為填充因子。(3. 9)皿(3. 10)顯然，要使太陽電池的效率達到最

5、大，F(xiàn), J和匕K都應該達到最大.在室溫 300K和大氣質(zhì)量AM1時，人射功率FinFOOmW/unA則太陽電池的效率此時.硅等太陽電池的理想效率如圖£5所示他“弘VF4：i1圖3.4圖亂5 3OOK、大氣質(zhì)S AM1時.太陽電池的理想效率CC=1和C= 1000分別指聚光度為1個 太陽和聚光度為1000個太陽太陽光照射下的PF結(jié)太陽電池的簡化卜卩曲線4轉(zhuǎn)換效率nT| _ 1 m Vm _ FF1 sNocPn-Pn" Pn "Pn因此，影響n的主要因Vm、Im、FF 和根據(jù)上式可得： 填充系數(shù)越大，即轉(zhuǎn)換效率越大。 素為串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻綜上所述，影響 Voc、

6、Isc、 n的主要因素就是串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻。二、串聯(lián)電阻Rs和并聯(lián)電阻Rsh1.串聯(lián)電阻 Rs 一般小于1Q,主要包括金屬電極與半導體材料的接觸電阻、 半導體材料的體電阻和電極電阻三部分。OO4圖2效率對串聯(lián)電阻的擬合曲線2并聯(lián)電阻Rsh一般為幾千歐姆，主要是電池邊緣漏電、電池表面污濁或耗盡 區(qū)內(nèi)的復合電流引起的，這幾種電流構(gòu)成了漏電流。而且并聯(lián)電阻越大，漏電流 也就越小。3.前段工藝對Rs和Rsh的影響3.1CVDP層：P層如果太厚，造成了 P層對光的吸收增加，從而減少了 i層對光的吸收， 而且由于空穴的擴散速率較低，使得空穴的壽命降低；但是P層太薄，在界面層 產(chǎn)生的電子-空穴對還沒有擴散

7、出去就會由于復合而消失， 不利于載流子的收集， 增加能量損失。Buffer 層：當緩沖層厚度較薄時，晶格失配問題得到初步改善，從而減少了載流子在 界面的復合，因而隨著沉積時間的增加，電池的開路電壓增加，填充因子也得到較大的改善，電池效率增加。但是，隨著沉積時間繼續(xù)增長，由于沒有摻硼，摻 碳的緩沖層電阻升高，較厚的緩沖層雖然解決了晶格失配的問題， 但是高阻層成 為主要矛盾，所以隨著摻碳緩沖層厚度的繼續(xù)增加， 填充因子下降，電池性能變 差。R28 0TB7 6圖J初始效率和緩沖層沉積時間的關(guān)系 S55 - 0 850 - 0.S4S 0.S40-> 0 335 -O S 30 -0.R2S

8、- 0320 - B15 -0.310-10 2y 3040 JO 6070 SO yyBufler Isyer depofiitmn lime 7 s01020304050 eO 70 RO 90Buffh layer deposition lime f s在其他條件不變的情況下，沉積 時間越長，膜的厚度越大。圖3 血和緩沖層沉積時間的關(guān)系圖2 FF隨緩沖層沉積時間的變化0102030506070 SO WHuller layer depostuon lime / s0730 720 71070 fe礙0 6S0.670660 65i層：膜厚越薄，復合中心較少，則并聯(lián)電阻該層是產(chǎn)生光生載流子

9、的主要區(qū)域，越小，同時空間電荷區(qū)變窄，使得光生電流減小，效率降低；膜厚增加，雖然增 加對光的吸收，但缺陷越多，復合中心也就越多，大大降低了載流子的壽命，從 而使得電池效率降低，同時使得光致衰減更加嚴重。N層：膜層太薄，在界面層產(chǎn)生的電子-空穴對還沒有擴散出去就會由于復合而消 失，增加能量損失；膜層過厚，雖然內(nèi)建電場增加，但是方塊電阻增加，即增 加了 Rs,同時，在總膜厚不變的情況下，增加了 N層厚度，i層的厚度也就相對 減少，不利于光生載流子的產(chǎn)生，使得電池效率降低。3.2.PVD主要考量的是薄層電阻，即方塊電阻，它是太陽能電池串聯(lián)電阻的一個組成部分。 它的大小主要跟膜厚成反比，但是膜厚不能無

10、限地增大，還要考慮其他因素的影 響。ZnO為了減少接觸電阻，背電極與n層之間必須形成良好的歐姆接觸， 盡量減少對載 流子的阻擋作用，這就要求 ZnO的電阻要盡可能地小。根據(jù)方塊電阻的定義， 增加膜厚，可以降低電阻，但是 ZnO薄膜是太厚會影響到透過率，因此在特定 的膜厚條件下，會有電阻和透過率的最佳值。從該圖可以看出，在襯底溫度達到某個值時，電阻值最小，透過率也較大。同時，在n層和金屬Ag之間加入ZnO，會阻止Ag向n層擴散，阻止Ag的 漏電，增加電池的并聯(lián)電阻，從而增 加電池效率。Ag根據(jù)實際分析，發(fā)現(xiàn)ZnO、Ag和Ti是并 聯(lián)在一起的，所以他們的電阻由最小的電 阻決定，而Ag的電阻最小，降

11、低方塊電 阻的關(guān)鍵就是降低Ag的電阻。根據(jù)上述 分析，降低電阻，就要增加膜厚?？墒窃?加膜厚就會增加成本，并且當膜厚增大到 一定值后，它的電阻就不會降低的很多， 這一點由Ag材料本身的性能決定。33Laser線寬：戈懺寬度越寬，死區(qū)增大，導致電池的有效面積越小，使得loc減少；劃線寬度越窄，電阻增大，同時線條的完整性就受到影響，對設備的要求也極高。 劃線深度P1:如果太淺，就代表有 TCO殘留在glass上，電流就會直接從TCO 薄膜流過，將 電池短路，這樣就將少了串聯(lián)電池的個數(shù)，從而減少電池 效率；如果太深，理論上無影響。f 匕1fG1+rL 討F品璉¥in1 * 4A M1 FGlassP2:如果太深，切到TCO薄膜，使得TCO薄膜變薄，從而增大了導電極 的電阻，也就增加了 Rs, Isc也隨之減少；如果切得較淺，即沒有將a-Si切斷，仍有a-Si殘留在TCO膜層上，就會增加TCO與金屬層的接觸阻 抗，也就是增加了 Rs。金胚 - E S E K iITAfit ；GlassP3