太阳能电池物理基础.ppt

* * * * * * * 背表面场使少数载流子不与欧姆电极直接接触，可提高少数载流子的收集，等效于低的表面复合速度。 * * 有了以上边界条件，产生和复合表达式，求解少数载流子扩散方程。 * * * * * * * The short-circuit current is the current through the solar cell when the voltage across the solar cell is zero (i.e., when the solar cell is short circuited). Usually written as ISC, the short-circuit current is shown on the IV curve below. 不考虑电池面积的影响，一般用电流密度来表示短路电流。 * * * * 考虑电池的电阻 * * * * 太阳电池的理论效率由上式决定，当入射太阳光谱AM0或AM1.5确定之后，其值取决于Voc、 Isc、和FF的最大值。 * * * * * * * RL IL ID Ish I Rsh Rs V PN结短路时，短路电流 I V Isc 0 短路电流 太阳电池的特性参数 2.2 太阳电池物理基础 因此，提高Jsc的途径在于提高光生载流子产生率G、增加各区少子寿命和减少表面复合。 短路电流 太阳电池的特性参数 2.2 太阳电池物理基础 I=0时，为开路，V=Voc，称为开路电压 一般ISC??I0 RL IL ID Ish I Rsh Rs V I V Isc 0 Voc 开路电压 太阳电池的特性参数 增加Voc的途径有减少复合以减小反向饱和电流，增加各区掺杂浓度等 2.2 太阳电池物理基础 电池的输出功率： 输出功率 太阳电池的特性参数 求解极值： 电池的最大输出功率： 2.2 太阳电池物理基础 流经负载RL的电流I为 负载输出电功率为 RL IL ID Ish I Rsh Rs V 输出功率 太阳电池的特性参数 2.2 太阳电池物理基础 最大输出功率与（VOC?ISC）之比称为填充因子，用FF表示。对于开路电压VOC和短路电流ISC一定的特性曲线来说，填充因子越接近于1，电池效率越高，伏安特性线弯曲越大。因此FF也称曲线因子，表示式为 FF是用以衡量太阳电池输出特性好坏的重要指之一。在一定光强下，FF愈大，曲线愈方，输出功率越高。对于有合适效率的电池，该值应在0.70-0.85范围之内。 填充因子 太阳电池的特性参数 2.2 太阳电池物理基础 Isc V Vm Voc Im I 0 填充因子 太阳电池的特性参数 2.2 太阳电池物理基础 电池的输出电功率与入射光功率之比η称为光电转换效率，简称效率 光电转换效率η是表征太阳电池性能的最重要的参数 效率 太阳电池的特性参数 2.2 太阳电池物理基础 要提高太阳电池的效率，必须提高开路电压、短路电流和填充因子这三个基本参量。 效率 太阳电池的特性参数 2.2 太阳电池物理基础 A 太阳电池的光谱响应 要提高太阳电池的能量转换效率和输出功率，就必须充分利用太阳能。这要求太阳电池的光谱响应与太阳光谱有一致的分布。太阳电池的光谱响应指短路电流与入射光波长的函数关系。就是指某一波长下，每一射进电池的光子，对应所能收集到的平均载流子数。 实际内光谱响应受光生载流子的收集几率影响。 效率 太阳电池的基本特征参数 2.2 太阳电池物理基础 B 基片材料和结构 不同的材料有不同的禁带宽度，所以对阳光的光吸收必然不同。对于最常用的硅太阳电池，其纯度、电阻率、位错密度等都对效率有影响。裸露的硅表面对光的反射相当大，在电池主要利用的波长范围内，硅的反射系数均在30%以上。电池正面电极即使设计为栅线结构，仍占用了5%-10%的电池表面。而且，进入电池的光线一部分还有可能从电池背面穿出去，造成光损失。 改善的途径有选择质量优良的基片材料，优化正面电极设计，制备绒面硅表面，选择优质的减反射膜等。 效率 太阳电池的基本特征参数 2.2 太阳电池物理基础 C 暗电流 从前面太阳电池伏安特性的讨论中，可以看到暗电流明显地消耗光电流，降低开路电压。所以，减小暗电流是提高太阳电池效率的重要方面。 对于均匀掺杂的p-n结硅太阳电池，有 效率 太阳电池的基本特征参数 2.2 太阳电池物理基础 其中，第一项为注入电流，可以看到，掺杂浓度NA、ND越大，少子寿命越长，扩散长度越长，暗电流中注入电流成分越少。后一项为复合电流，它与耗尽区宽度W成正比，与耗尽区中载流子平均寿命 成反比。所以，要减少暗电流中的复合电流分量，就要减少耗尽区宽度