太阳能电池基本参数的影响因素分析1短路电流Isc2开路电压Voc3

1、太阳能电池基本参数的影响因素分析1.短路电流Isc2 .开路电压Voc3.最大工作电压Vm4 .最大工作电流Im5 .填充系数FF6 .转换效率77 .串联电阻Rs8 .并联电阻Rsh第一、一个理想的光伏电池，因串联的 RsRs 很小、并联电阻的 RshRsh 很大，所以进行理想电路I=IL-ID=IL-Isexp(qV/kT)-1(1)短路电流ISC=ILV=ln(IL71)qISVococ=巫In(卜1)qISIL光生电流；ID暗电流；一反响饱和电流；RsRs串联电阻;Rsh;Rsh并联电阻所以根据上式，就会得到右图。光甄度光甄度图图2.372.37短路电流和开路电压短路电流和开路电压随着

2、光强度的变化随着光强度的变化第三、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 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1630mA。环境温度的升高，IL值也会略有上升，一般来讲温度每升高1C,IL值上升78仙A2 2.开路电压VocVoc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1C,UOC值约下降23mV。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

3、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 3.填充系数FFFFFF是一个重要参数，反映太阳

4、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,IscIsc 的方程如下:1SCIL_|D-IP=IL_|Seq(VIRs)kT/V+IRs一1当负载被短路时,式可变为：V=0,并且此时流经二极管的暗电流ID非常小，可以忽略，上1SCSC1L L 一1SCSCRsRs_ _Rsh-sh-Rs s/Rshsh1 1_PnImVm_FFIsMcPnPnPnFFVocIsc式中，式中，PmPm为人射功率，是太阳能光谱中所有光子的积分，为人射

5、功率，是太阳能光谱中所有光子的积分，F F为填充因子为填充因子* *F=F=（3.93.9）JIfl*Voc显然，要使太阳电池的效率达到最大，显然，要使太阳电池的效率达到最大，F F、L L和和KK都应该达到都应该达到最大。最大。在室温在室温300K300K和大豆质量和大豆质量AM1AM1时，入射功率时，入射功率Pm=Pm=100mW/cm%100mW/cm%则太则太阳电池的效率阳电池的效率FIscVocFIscVoc（3*3*1010）此时，硅等太阳电池的理想效率如图此时，硅等太阳电池的理想效率如图3.53.5所示所示4 4.转换效率不FFIsNscoc根据上式可得：填充系数越大，即转换效率

6、越大。因此，影响”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”的主要因素就是用联电阻和并联电阻。图图3.3.5 530OK30OK、大气质量大气质量AM1AM1时，时，太阳电池的理想颊率太阳电池的理想颊率CC=1CC=1和C=I000C=I000分别指聚光度为1 1个太阳和聚光度为100100。个太阳）图图3.43.4太阳光照射下的太阳光照射下的PFPF结太阳结太阳电池的简化电池的简化V V曲线曲线PmPnPnPn、串联电阻RsRs和弁联电阻RshRsh1 1.串联电阻RsRs一般小于1Q,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

7、三部分。林视512345651234566 6123_123_ _4 45656吊联电阴上吊联电阴上/Q/Q图图2 2效率对效率对串联电串联电阻的拟合曲线阻的拟合曲线2 2.并联电阻RshRsh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 3.前段工艺对RsRs和RshRsh的影响3.1.3.1.VDVDP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

8、流子的收集，增加能量损失。Buffer层：当缓冲层厚度较薄时，品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,/DooOJ4 420862086次、匚4-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品格失配的问题，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，电池性能变在其他条件不变的情况下，沉积时间越长，膜的厚度越大。图图2 2尸尸随缓冲层沆积时间的变化尸尸随缓冲层沆积时间的变化i i层：该层是产生先生载流子的主要区域，膜厚越薄，复

9、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，不利于先生载流子的产生，使得电池效率降低。图图1 1初始效率和缓冲层沉积时间的关系初始效率和缓冲层沉积时间的关系图图3 3也和缓冲层沉积时间的关系也和缓冲层沉积时间的关系84

10、840102y0102y3 3。4050(5070SO904050(5070SO90BufferItyerdepnaitionlimeBufferItyerdepnaitionlime/ /s s8158150.8100.810OE55OE55080850500.S40.S45 50.S400.S4008350835% %W W08300830O.R25O.R2503200320010203001020304040505060607070ROWROWBuffhlayerdepositionlimeBuffhlayerdepositionlimefs s071071070070Q6PQ6P0 0

11、6S6S0.670.67066066Q&0730730.720.72203203。硼506070506070RollerlayerdepositiontimeRollerlayerdepositiontime/ /s s3.2.3.2.PVDPVD主要考量的是薄层电阻，即方块电阻，它是太阳能电池用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。ZnO为了减少接触电阻， 背电极与n层之间必须形成良好的欧姆接触， 尽量减少对载流子的阻挡作用，这就要求ZnO的电阻要尽可能地小。根据方块电阻的定义，增加膜厚，可以降低电阻，但是ZnO薄膜是太厚会影

12、响到透过率，因此在特定的膜厚条件下，会有电阻和透过率的最佳值。从该图可以看出，在衬底温度达到某个值时，电阻值最小，透过率也较大。同时，在n层和金属Ag之间加入ZnO,会阻止Ag向n层扩散， 阻止Ag的漏电， 增加电池的并联电阻，从而增加电池效率。Ag根据实际分析，发现ZnO、Ag和Ti是并联在一起的，所以他们的电阻由最小的电阻决定，而Ag的电阻最小， 降低方块电阻的关键就是降低Ag的电阻。根据上述分析，降低电阻，就要增加膜厚。可是增加膜厚就会增加成本，并且当膜厚增大到一定值后，它的电阻就不会降低的很多，这一点由Ag材料本身的性能决定。3.3.3.3.LaserLaser线宽：划线宽度越宽，死区增大，导致电池的有效面积越小，使得Ioc减少；划线宽度越窄，电阻增大，同时线条的完整性就受到影响，对设备的要求也极高。划线深度P1:如果太浅，就代表有TCO残留在glass上，电流就会直接从TCO薄膜流过，将电池短路，这样就将少了串联电池的个数，从而减少电池效率；如果太深，理论上无影响。P2:如果太深，切到TCO薄膜，使得TCO薄膜变薄，从而增大了导电极的电阻，也就增加了Rs,Isc也随之减少；如果切得较浅，即没有将a-Si切断，仍有a-Si残留在TCO膜