丝网工艺培训教材(共67页).ppt

1、1丝网工艺培训教材丝网工艺培训教材 2太阳能电池工艺根本流程太阳能电池工艺根本流程前清洗制绒前清洗制绒扩散扩散PECVD SiNx PECVD SiNx 后清洗刻边后清洗刻边/ /去去PSGPSG 丝网印刷丝网印刷/ /烧结烧结/ /测试测试3丝网机台丝网机台(Baccini)4丝网印刷概念丝网印刷概念l把带有图案的模版附着于丝网上进行印刷把带有图案的模版附着于丝网上进行印刷l通常丝网由尼龙、聚酯、丝绸或金属网制通常丝网由尼龙、聚酯、丝绸或金属网制作而成作而成l承印物直接放在带有模版的丝网下面，浆承印物直接放在带有模版的丝网下面，浆料在刮刀的挤压下穿过丝网间的网孔料在刮刀的挤压下穿过丝网间的网

2、孔l只有图像局部能穿过，印刷到承印物上只有图像局部能穿过，印刷到承印物上l 5l 参加浆料参加浆料l 刮刀施加压力朝丝网另一端刮刀施加压力朝丝网另一端移动移动l 丝网与承印物之间保持一定丝网与承印物之间保持一定的间隙的间隙l 浆料从网孔中挤压到基片上浆料从网孔中挤压到基片上l 丝网张力而产生反作用力丝网张力而产生反作用力- -回弹力回弹力l 丝网与基片只呈移动式线接丝网与基片只呈移动式线接触触l 刮板抬起，丝网脱离基片刮板抬起，丝网脱离基片l 工作台返回到上料位置，完工作台返回到上料位置，完成一个印刷行程成一个印刷行程l 丝网印刷行程丝网印刷行程6丝网印刷丝网印刷/烧结烧结/测试流程测试流程7

3、注意的问题： 此处最多出现的问题为吸双片和造成较多碎片解决方法： 调节上图中的真空吸力a处，并适当调节b处的吹风力度。ba8丝网印刷台面丝网印刷台面通过括刀一次移动通过括刀来回移动印刷二次。 先括刀往前移动，印刷一次。电池到网板的距离(1800左右)印刷完成后电池到网板的距离印刷位置向上移动至停止位置的速度印刷时括刀的位置印刷和回墨完成后，印刷头的停止位置印刷时括刀下降的压力100左右括刀夹持器的水平移动能修正网板的位置印刷完成后程序延迟抬高网板和括刀的时间印刷速度200左右刮浆料速度10其中三个参数为工艺常调节：其中三个参数为工艺常调节： 1.sanp-off-主要控制网板台面的高度主要控制

4、网板台面的高度-控制栅线的高度控制栅线的高度-我们电我们电池到网板的距离池到网板的距离(1800-3300左右左右) 2.pressure-刮刀压在网板上的压力刮刀压在网板上的压力-控制栅线的连续，防止虚印控制栅线的连续，防止虚印，以及粘板等，以及粘板等-我们控制在我们控制在75-100N 3.printing speed-刮刀在网板上移动的速度刮刀在网板上移动的速度-太小影响效率，太太小影响效率，太大出现虚印大出现虚印-我们控制在我们控制在200以内以内119&10号相机的位置号相机的位置9&10号相机的作用是为准确印刷电极的位置，确保丝网在电池片上的正确位置，防止出现偏印。12 1. 校正

5、点位置重新调整步骤校正点位置重新调整步骤: (以以Alignment Error Camera 9 报警为例报警为例,假设图像显示校正点位置偏假设图像显示校正点位置偏低低.) 先按先按F5键将印刷头升高键将印刷头升高. Baccini主菜单中主菜单中Vision 51Cameras Pieces Alignment Image Live cam 9点点 Move Camera 9 Axis Screen position Y camera 9 move Step offset (100) B(-) Confirm Pos. Exit Save 注注:A. 为便于观察和调整为便于观察和调整,最好

6、将最好将Image 界面移到屏幕左边界面移到屏幕左边,将将 Move 界面移到右边界面移到右边. B. B. Step offset 值和调整方向值和调整方向(F-/B+)根据校正点在图像中的位置根据校正点在图像中的位置确定确定,最终将校正点调整到图像框的中心最终将校正点调整到图像框的中心. C.每次调整后需将数据确认每次调整后需将数据确认(Confirm)和保存和保存(Save data)后后,所做调整所做调整才有效才有效.只要校正点清晰完整，位置调整好后网版一般能通过自动识别，不需要只要校正点清晰完整，位置调整好后网版一般能通过自动识别，不需要以下操作，就可以进行生产了。以下操作，就可以进

7、行生产了。13此处经常放吸尘纸-便于发现漏浆；由于此处有真空吸力-会出现碎片；如不经常更换会出现较多Rs失效-建议关于多久更换可以有一个规程建议关于多久更换可以有一个规程此处已成为失效排查首要地方！14X、Y、Theta piece offsets印刷图形位置：印刷图形相对于硅片的位置。调整相应得X轴、Y轴，以及转角的角度以适应硅片的印刷，使印刷图形符合我们印刷要求。-否那么会出现印刷偏移！15在以下图界面可以看到印刷的数值在以下图界面可以看到印刷的数值刮刀的实际位置刮刀的实际位置调节刮刀限位旋钮使得刮刀可以继续向下运动，或阻止它向下运动一段距离。调节刮刀限位旋钮可以间接调节刮刀的印刷位置，因

8、为在压力模式下调节刮刀限位旋钮可以间接调节刮刀的印刷位置，因为在压力模式下工作。如果此旋钮接触到下面那么压力会增大很多，压力感应器就会工作。如果此旋钮接触到下面那么压力会增大很多，压力感应器就会自动调节刮刀的位置。此位置不能调节太大，否那么会造成自动调节刮刀的位置。此位置不能调节太大，否那么会造成 报警。报警。16烘干装置烘干装置此处为较多的污染处17烘干装置常存在的问题和解决方案烘干装置常存在的问题和解决方案 1.由于机械手的夹片运动，会出现较多碎片由于机械手的夹片运动，会出现较多碎片-可以在挂钩处加上泡可以在挂钩处加上泡沫或胶带，已增加其缓冲力度；沫或胶带，已增加其缓冲力度； 2.花篮处的

9、清洁很重要花篮处的清洁很重要-因为电池片正面在花篮上，又因为烘干有因为电池片正面在花篮上，又因为烘干有较多有机物常常凝结在花篮处较多有机物常常凝结在花篮处-造成造成Rs失效失效-按期清洁花篮；按期清洁花篮；18丝网印刷各阶段硅片图形丝网印刷各阶段硅片图形印刷背电极后的硅片印刷背电极后的硅片印刷背电场后的硅片印刷背电场后的硅片印刷正电极后的硅片印刷正电极后的硅片19背电极印刷和相关参数背电极印刷和相关参数丝网材质不锈钢目数280目丝直径46-53m丝网厚度82-90m膜厚15m静态张力25N印刷速度250 mm/s反料速度400 mm/s丝网间距-1300m刮板压力65-85 N脱离速度35 m

10、m/s刮板高度-1200m烘箱温区1234全程时间温度100 120 150 170 8 sl 银铝浆是由银粉银铝浆是由银粉,铝粉铝粉,无机添加物和有机载体组成无机添加物和有机载体组成l使用前搅拌约使用前搅拌约45分钟分钟,搅拌均匀后使用搅拌均匀后使用l有良好的欧姆接触特性和焊接性能有良好的欧姆接触特性和焊接性能,附着性好附着性好l在印刷图形完好时在印刷图形完好时,印刷头压力在范围内尽可能的小印刷头压力在范围内尽可能的小 20背电场印刷和相关参数背电场印刷和相关参数丝网材质不锈钢目数320目丝直径23-28m丝网厚度46m膜厚15m膜网总厚60-63m印刷速度250 mm/s反料速度400 m

11、m/s丝网间距-1300m刮板压力80-85 N脱离速度35 mm/s刮板高度-1200m烘箱温区1234全程时间温度100 120 140 160 8 sl铝浆由铝粉铝浆由铝粉,无机添加物和有机载体组成无机添加物和有机载体组成l使用前先搅拌约使用前先搅拌约15分钟分钟,均匀后使用均匀后使用l上述参数会根据浆料的粘稠度、网版性能、反面场印刷量做出适当调整上述参数会根据浆料的粘稠度、网版性能、反面场印刷量做出适当调整l影响所印铝浆的厚度因素有：丝网目数、网线直径、开孔率、乳胶层厚影响所印铝浆的厚度因素有：丝网目数、网线直径、开孔率、乳胶层厚度、印刷头压力、印刷头硬度、印刷速度及浆料粘度度、印刷头

12、压力、印刷头硬度、印刷速度及浆料粘度 21正面栅极印刷和相关参数正面栅极印刷和相关参数丝网材质不锈钢目数280目丝直径30m丝网厚度50m膜厚15m静态张力26N印刷速度180 mm/s反料速度400 mm/s丝网间距-1400m刮板压力80-85 N脱离速度10 mm/s刮板高度-1300ml正面栅极银浆是由银粉正面栅极银浆是由银粉,无机添加物和有机载体组成的无机添加物和有机载体组成的l使用前先用搅拌机搅拌约使用前先用搅拌机搅拌约45分钟分钟l浆料搅拌均匀前方可使用浆料搅拌均匀前方可使用,参数的调整以图形完整、线条饱满、印参数的调整以图形完整、线条饱满、印刷浆料重量适当为基准刷浆料重量适当为

13、基准l 22丝网网版调整参考丝网网版调整参考Snap-off (网版间距网版间距) Park (网版正常停止位置网版正常停止位置) -3000m Speed upward (网版向上运动速度网版向上运动速度) 35mm/s在保证印刷质量的前提下在保证印刷质量的前提下,网版间距越小越好网版间距越小越好一般为一般为-900 -1300m太小易粘版或模糊不清太小易粘版或模糊不清,过大易印刷不良和损坏网版过大易印刷不良和损坏网版 印第二道时可适当加大间距印第二道时可适当加大间距23丝网刮条调整参考丝网刮条调整参考Down-stop (刮条深度刮条深度) Park (刮条正常停止位置刮条正常停止位置)

14、5000mPressure (印刷压力印刷压力) 5070N 在保证印刷质量的前提下在保证印刷质量的前提下,刮条下降深度和压力越小越好刮条下降深度和压力越小越好刮条深度一般为刮条深度一般为 (-900 -1300)m刮条下降过深或压力过大刮条下降过深或压力过大,易碎片和损坏网版易碎片和损坏网版刮条下降深度不够或压力太小易印刷不良或粘版刮条下降深度不够或压力太小易印刷不良或粘版243#丝网故障处理参考丝网故障处理参考故障现象造成原因解决方法备注粘板丝网间距太小加大丝网间距调大snap-off绝对值印刷刮条不平检查刮条的平整度可放在玻璃门上检查平整度硅片有厚薄不均检查来料网板张力太小更换网板更换网

15、板前后测量网板张力丝网刮不干净增大刮条下降深度（调大Down-stop绝对值 ）和印刷压力 （ Pressure ）不建议增大印刷压力硅片吸附不住印刷衬纸太脏更换干净的衬纸单一台面出现粘板时 该可能性较大台面太脏用干净的酒精无尘布擦拭台面真空吸力太小调大真空吸力浆料粘稠度太大搅拌时间太长减少搅拌时间网板内浆料不要加的太多，及时擦干净刮浆板浆料在网板内停留时间过长经常用刮浆板刮浆料加完浆料未及时盖上盖子，导致有机溶剂挥发加完浆料后及时盖上盖子漏浆轻微漏浆用干净的无尘布擦拭网板网板破更换网板25故障现象造成原因解决方法备注印刷偏移衬纸脏导致相机自动识别系统识别错误更换衬纸设备故障电机复位更换新的网

16、板后没有校准相机重新校准相机X/Y/Z轴或角度发生偏移调整X/Y/Z轴使得网板印刷图形与硅片四边完全对称漏浆网板微破且不影响图形用薄胶带粘住漏浆部位印刷偏移见上面（印刷偏移解决方法）Working Beam 上定位卡口处有浆料用干净的酒精布擦拭干净网板破坏严重无法用胶带粘住更换网板3#丝网故障处理参考丝网故障处理参考263#丝网故障处理参考丝网故障处理参考故障现象造成原因解决方法备注隐裂台面上有碎屑清理碎屑或重新更换衬纸换纸后有不平重新更换衬纸网板上沾有碎屑用干净的无尘布擦拭网板压力偏大降低压力实际压力比设定压力大出很多刮刀高度上升虚印印刷参数不适宜抬高丝网间距，适当加大压力观察刮条刮拭的网板

17、是否干净，加浆料时采取少加多次的方式进行加浆料刮条不平更换刮条网板使用时间太长更换网板印刷不良网板及刮条高度太高降低网板及刮条高度或降低电机高度刮条不平更换刮条273#丝网故障处理参考丝网故障处理参考故障现象造成原因解决方法备注Ag浆偏重减小snap-off；减小down-stop；增大pressure；减小speed改变snap-off的效果最明显，但需注意snap-off值改变过大会出现印刷不良Ag浆偏轻增大snap-off；增大down-stop；减小pressure；增大speed栅线变细网板高度太高降低snap-off，适当减小压力栅线变粗网板过度使用更换新的网板用干净的酒精布擦拭后

18、再用网板高度太低升高snap-off，适当增加压力断栅网孔堵塞用干净的无尘布将网板擦拭干净工作台内温度低关闭窗或通知外围对室内温度进行调整新网板网孔没张开用酒精布擦拭28印刷外表的检测印刷外表的检测l生产过程中要不定时检查是否生产过程中要不定时检查是否有隐裂有隐裂l各个机台要保证印刷图形的完各个机台要保证印刷图形的完整：不偏移，印刷平滑，无不良整：不偏移，印刷平滑，无不良状况、无印刷缺失状况、无印刷缺失l三号机还易出现粘板、断栅、三号机还易出现粘板、断栅、虚印、栅线加粗等问题虚印、栅线加粗等问题29烧结的原理烧结的原理 印刷成型完的电极经过烘干流程后印刷成型完的电极经过烘干流程后,在接近熔点的

19、高温作用下在接近熔点的高温作用下,通过坯通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递体间颗粒相互粘结和物质传递,气孔排除气孔排除,体积收缩体积收缩,强度提高强度提高,逐渐变成逐渐变成具有一定的几何形状和巩固整体的过程具有一定的几何形状和巩固整体的过程 烧结是一个自发的不可逆过程，系统外表能降低是推动烧结进行的根烧结是一个自发的不可逆过程，系统外表能降低是推动烧结进行的根本动力本动力 外表张力能使凹外表张力能使凹/凸外表处的蒸气压凸外表处的蒸气压P分别低于和高于平面外表处的蒸分别低于和高于平面外表处的蒸气压气压P0，并可以用开尔文本公式表达，并可以用开尔文本公式表达(球形外表球形外表)：dRTrMPP2ln

20、0固体颗粒固体颗粒,其凸处呈正压其凸处呈正压,凹处呈负压凹处呈负压,故存在着使物质自凸处向凹处迁移故存在着使物质自凸处向凹处迁移外表烧结可以通过流动外表烧结可以通过流动,扩散和液相或气相传递等方式推动物质的迁移扩散和液相或气相传递等方式推动物质的迁移30温度对烧结体性质影响举例温度对烧结体性质影响举例 烧结温度对烧结体烧结温度对烧结体(铜粉铜粉)性质的影响性质的影响 l一比电导一比电导 2一拉力一拉力 3一密度一密度比电导比电导(-1cm-3)温度温度( C)拉力拉力(kg/cm3)密密度度(g/cm2)31烧结过程示意图烧结过程示意图粉状成型体的烧结过程示意图粉状成型体的烧结过程示意图32烧

21、结的烧结的SEM照片参考照片参考 a)烧结前烧结前 b)烧结后烧结后 烧结的烧结的SEM照片照片33 烧结温度的设定烧结温度的设定温区Dry1Dry2Dry3Dry4FRN1FRN2FRN3FRN4FRN5FRN6带速温度200250270300400445570675837872230 mm/minl温度可根据实际情况作出温度可根据实际情况作出1010的调整，一般很少做大幅度的变动的调整，一般很少做大幅度的变动l当工艺初始化、更换浆料型号、特殊规格的硅材料，可考虑采用差当工艺初始化、更换浆料型号、特殊规格的硅材料，可考虑采用差异较大的烧结温度进行烧结异较大的烧结温度进行烧结34 烧结步骤描述

22、烧结步骤描述区域功能组成加热元件温度范围烘干区对3#丝网印刷后硅片表面浆料进行烘干Dry1Dry2Dry3Dry4加热元件为电热丝各温区单独可调通常温度不超过300烧结区去除浆料中的有质粘结剂铝背场及珊线烧结预烧结区FRN1FRN2FRN3FRN4主烧结区FRN5FRN6加热元件为近红外线加热管14区加热管功率为1600W56区加热管功率为2700W，各温区温度单独可调14温区可设置到70056温区可设置到1050冷却区硅片冷却冷却区水冷给水温度在2025l各区域间各有一个隔离炉膛各区域间各有一个隔离炉膛( (风帘隔离风帘隔离) )l隔离炉膛防止相邻区域中的过程气体相互混合隔离炉膛防止相邻区域

23、中的过程气体相互混合35 烧结对电池片的影响烧结对电池片的影响l 银浆的烧结很重要，对电池片电性能影响主要表现在串联电阻和银浆的烧结很重要，对电池片电性能影响主要表现在串联电阻和FFFF的影响的影响l 铝浆烧结可形成良好的欧姆接触铝浆烧结可形成良好的欧姆接触l 反面场经烧结后形成铝硅合金，杂质在铝硅合金中的溶解度要远大于在硅中反面场经烧结后形成铝硅合金，杂质在铝硅合金中的溶解度要远大于在硅中的溶解度，通过吸杂作用可减少金属与硅交接处的少子复合，从而提高开路的溶解度，通过吸杂作用可减少金属与硅交接处的少子复合，从而提高开路电压和短路电流，改善对红外线的响应电压和短路电流，改善对红外线的响应( (

24、提高内量子效应提高内量子效应) )l 烧结后的氮化硅外表颜色应该均匀，无明显的色差烧结后的氮化硅外表颜色应该均匀，无明显的色差l 电极无断线电极无断线l 背场无铝珠背场无铝珠l 电池最大弯曲度不超过电池最大弯曲度不超过1mm1mm36测试主要数据测试主要数据lT 测试温度测试温度 l E 测试光强测试光强 l Pmpp 最大输出功率最大输出功率l Umpp 最大输出电压最大输出电压 l Impp 最大输出电流最大输出电流 lUoc 开路电压开路电压lIsc 短路电流短路电流lFF 填充因子填充因子 lRs 串联电阻串联电阻lRsh 漏电电阻漏电电阻 lEff 电池效率电池效率l Irev 暗电

25、流暗电流测试温度在测试温度在2327之间之间测试光强在测试光强在950W/m21050 W/m2 之间之间使用前需用标片对测试机进行校准使用前需用标片对测试机进行校准37测试数据参考测试数据参考晶体LineEff. (%) Yield (%)Uoc (mV) Isc (A)FF (%)Rs (mOhm)Rsh (Ohm)Eff Fail Rsh FailIrev1 fail TRASH Rsh=6156多晶1316.26% 98.71% 617.61 8.13 78.80 2.74 114.45 0.20%0.95%0.15%0.00% 98.71%1415.98% 99.13% 618.48

26、 8.08 77.78 3.65 118.95 0.22%0.56%0.09%0.00% 99.00%线别失效总数RshEffTrashIrevl13262320114161230138Rs影响因素影响因素lRSRS为串联电阻：包括电池的体电阻、外表电阻、电极电阻、电极与硅表接触电阻等为串联电阻：包括电池的体电阻、外表电阻、电极电阻、电极与硅表接触电阻等l串联电阻对填充因子串联电阻对填充因子FFFF影响很大，串联电阻影响很大，串联电阻RsRs越高，填充下降越多越高，填充下降越多l当当RsRs偏高时偏高时4.54.5毫欧，由丝网印刷工序影响导致的概率较大毫欧，由丝网印刷工序影响导致的概率较大(5

27、0%(50%左右左右l对丝网印刷的控制简便易行对丝网印刷的控制简便易行l主要可以查以下几个方面主要可以查以下几个方面l1 1号机台面衬纸的污染：及时观察台面有无污染，并及时将台面擦拭干净，出现漏号机台面衬纸的污染：及时观察台面有无污染，并及时将台面擦拭干净，出现漏浆情况时及时更换衬纸并更换网板浆情况时及时更换衬纸并更换网板l2 2号机台面衬纸的污染号机台面衬纸的污染l3 3号机网板内浆料太少，银浆重量缺乏：刮刀前进时推进的浆料要在一指粗左右，号机网板内浆料太少，银浆重量缺乏：刮刀前进时推进的浆料要在一指粗左右，否那么要及时将刮刀范围外的浆料刮到刮刀上或重新往网板内添加浆料否那么要及时将刮刀范围

28、外的浆料刮到刮刀上或重新往网板内添加浆料l银浆污染：刮浆板刮完浆料后未及时擦干净，导致有干浆料掺到网板中；可能有铝银浆污染：刮浆板刮完浆料后未及时擦干净，导致有干浆料掺到网板中；可能有铝粉或灰尘等其他杂物混入网板中导致银浆污染粉或灰尘等其他杂物混入网板中导致银浆污染39分分 选选 分选据测试结果由设定程序自动完成，根据电流，电压，电池效率等分选据测试结果由设定程序自动完成，根据电流，电压，电池效率等因素被细分为各档因素被细分为各档 操作员工根据机器分档结果，再对硅片外表颜色分选后，各档每操作员工根据机器分档结果，再对硅片外表颜色分选后，各档每7272片片进行包装进行包装 电池车间的品质主要分为

29、电池车间的品质主要分为4 4个等级：个等级： Q1:Q1:硅片不存在任何瑕疵的产品硅片不存在任何瑕疵的产品 Q2:Q2:整个硅片片面完整整个硅片片面完整, ,但外表存在些许缺陷但外表存在些许缺陷, ,但不影响功能的产品但不影响功能的产品 Q3:Q3:指硅片边缘存在缺边的状况指硅片边缘存在缺边的状况, ,但所缺局部须在规定的范围内但所缺局部须在规定的范围内 Q4:Q4:破损后破损后, ,可用胶带粘贴可用胶带粘贴, ,拼凑出比较完成的硅片拼凑出比较完成的硅片. .40测试机相关内容测试机相关内容 1.光强的调节光强的调节 A调节光强的方法一调节光强的方法一 设备开启后，通过调节脉冲发生器上面的旋钮

30、来调节光强的百分比；设备开启后，通过调节脉冲发生器上面的旋钮来调节光强的百分比； 注意：此方法只是在没有进行电脑软件调节才有效。注意：此方法只是在没有进行电脑软件调节才有效。 B调节光强的方法二调节光强的方法二 可以在可以在BERGER电脑的电脑的SCLOAD界面里通过软件调节。界面里通过软件调节。 翻开翻开SCLOAD界面中的界面中的Setting 选选Flasher选项选项 41 在此处调节光强的百分比，在在此处调节光强的百分比，在40%100%之间，通常在之间，通常在82%左右。左右。 2.温度补偿温度补偿 翻开翻开SCLOAD界面中的界面中的Setting 选选IR Temperatu

31、re Calibration选选项项在此处调节光强的百在此处调节光强的百分比，点击上下箭头分比，点击上下箭头，以，以0.50.5为单位对应为单位对应光强变化光强变化1%1%调节好后按调节好后按“Trigger flash“Trigger flash按钮。按钮。42 温度补偿定量为温度补偿定量为50,温度相差温度相差1度度 温度补偿定量为温度补偿定量为50,温度相差温度相差1度度温度补偿设定，设定好后点右面的 set即可，设定后要求下面三个探测到的温度尽可能相同，即探测温度与环境温度一致温度散射设定，它说明材料吸收和散射红外光的能力，对于硅材料，通常设定为0.9543注意:1、电池片面积 多晶1

32、56电池片面积:243.36cm2 单晶156电池片面积:236.48cm2 单晶125电池片面积:148.6cm22、给定光强时的电压3、反向测试电压:-6V-12V给定光强时的电压操作者名字流程单号测试备注电池类型名字标准片名字44光电池的电流电压特性光电池的电流电压特性l根据根据p-np-n结整流方程，在正向结整流方程，在正向偏压下，通过结的正向电流为偏压下，通过结的正向电流为：I IF F=Isexp(qV/kT)-1=Isexp(qV/kT)-1V V是光生电压是光生电压IsIs是反向饱和电流是反向饱和电流l光电池工作时共有三股电流光电池工作时共有三股电流光生电流光生电流IL在光生电

33、压在光生电压V作用下的作用下的pn结正向电流结正向电流IF流经外电路的电流流经外电路的电流IIL和和IF都流经都流经pn结内部，但方向相反。结内部，但方向相反。45光电池的伏安特性光电池的伏安特性l如光电池与负载电阻接成通路如光电池与负载电阻接成通路，通过负载的电流应该是，通过负载的电流应该是I = IF-IL = Isexp(qV/kT)-1-IL负载电阻上电流与电压的关系负载电阻上电流与电压的关系光电池的伏安特性方程光电池的伏安特性方程46描述太阳能电池的四个输出参数描述太阳能电池的四个输出参数l输出特性电流电压曲线来表示输出特性电流电压曲线来表示l四个输出参数四个输出参数开路电压开路电压

34、Voc短路电流短路电流Isc填充因子填充因子FF能量转化效率能量转化效率47开路电压开路电压Vo c和短路电流和短路电流Iscl在在p-n结开路情况下结开路情况下R=，此时，此时pn结两端的结两端的电压即为开路电压电压即为开路电压Vocl I=0，即：，即：IL=IFl将将I=0代入光电池的电流电压方程，得开路电压为代入光电池的电流电压方程，得开路电压为：l Voc kT/q ln(IL/Is+1)l如将如将pn结短路结短路V=0，因而，因而IF=0，这时所得的，这时所得的电流为短路电流电流为短路电流Iscl显然，短路电流等于光生电流显然，短路电流等于光生电流 Isc = IL48填充因子填充

35、因子FF输出功率等于该点所对应的矩形面积输出功率等于该点所对应的矩形面积其中只有一点是输出最大功率，称为最其中只有一点是输出最大功率，称为最正确工作点正确工作点该点的电压和电流分别称为最正确工作该点的电压和电流分别称为最正确工作电压电压Vop和最正确工作电流和最正确工作电流Iop填充因子定义为：填充因子定义为： FF =Vop Iop/Voc Isc= Pmax/Voc Isc它表示了最大输出功率点所对应的矩形它表示了最大输出功率点所对应的矩形面积在面积在Voc和和Isc所组成的矩形面积中所所组成的矩形面积中所占的百分比占的百分比特性好的太阳能电池就是能获得较大功特性好的太阳能电池就是能获得较

36、大功率输出的太阳能电池，也就是率输出的太阳能电池，也就是Voc，Isc和和FF乘积较大的电池乘积较大的电池该值应在范围之内该值应在范围之内49能量转化效率能量转化效率表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能 =太阳能电池的输出功率太阳能电池的输出功率/入射的太阳光功率入射的太阳光功率x100%= Vop Iop/Pin S 100%= VocIscFF/Pin S其中其中Pin是入射光的能量密度，是入射光的能量密度，S为太阳能电池的面积为太阳能电池的面积当当S是整个太阳能电池面积时，是整个太阳能电池面积时，称为实际转换效率称为实际转换效率当当S是

37、指电池中的有效发电面积时，是指电池中的有效发电面积时，叫本征转换效率叫本征转换效率50理想理想pn结太阳能电池的等效电路结太阳能电池的等效电路51pn结太阳能电池的实际等效电路结太阳能电池的实际等效电路52超越方程式超越方程式l根据前面所示的等效电路，考虑到串联电阻根据前面所示的等效电路，考虑到串联电阻Rs和旁路电阻和旁路电阻Rsh的影响。可以得到通过负载的电流电压关系为：的影响。可以得到通过负载的电流电压关系为：I = IL-Isexpq(V+IRs)/kT-1-(V+IRs)/Rsh上式是表示太阳能电池特性的一般公式，叫做超越方程式上式是表示太阳能电池特性的一般公式，叫做超越方程式Rs值变

38、大会影响电池伏安特性曲线偏离理想曲线，使值变大会影响电池伏安特性曲线偏离理想曲线，使FF变变小，小，Isc下降，因而效率也下降下降，因而效率也下降而旁路电阻而旁路电阻Rsh变小，说明无光照时变小，说明无光照时pn结反向漏电流变大结反向漏电流变大，造成，造成Voc下降，下降，FF变小，因而效率下降变小，因而效率下降53Rsh的影响的影响l对同一个太阳能电池，当入射光对同一个太阳能电池，当入射光强度较弱时，强度较弱时， IL 较小，二极管电较小，二极管电流和漏电流大小相差不多，此时流和漏电流大小相差不多，此时，Rsh的影响较大的影响较大I = IL-Isexp(qV/kT)-1-V/Rshl漏电电

39、阻漏电电阻Rsh对光电流的影响较对光电流的影响较小，小， 而对开路电压的影响较大而对开路电压的影响较大54Rs的影响的影响l当光照较强时，二极管电流远大于漏当光照较强时，二极管电流远大于漏电电流，此时，电电流，此时，Rsh对光电池的影响较对光电池的影响较小，而相反的，小，而相反的，Rs的影响就变大起来的影响就变大起来I = IL-Isexpq(V+RsI)/kT-1右图可看出光电池的输出特性随着右图可看出光电池的输出特性随着Rs有着较大的变化有着较大的变化Rs对开路电压的影响几乎没有，但对对开路电压的影响几乎没有，但对短路电流却有很大的影响短路电流却有很大的影响55短路电流短路电流Isc的考虑

40、的考虑太阳能电池的理论效率太阳能电池的理论效率= VocIscFF/Pin Sl短路电流短路电流Isc的考虑：的考虑：长波限满足：长波限满足：max = 1.24(m)/Eg(eV)能量能量h大于材料的禁带宽度大于材料的禁带宽度Eg，被，被材料吸收而激发电子材料吸收而激发电子-空穴对空穴对假设其量子产额为假设其量子产额为1，而且被百分之，而且被百分之百地被收集起来百地被收集起来最大短路电流值显然仅与材料带隙最大短路电流值显然仅与材料带隙Eg有关有关56开路电压开路电压Voc的考虑的考虑l开路电压开路电压Voc的最大值，在理想情况下有下式决定：的最大值，在理想情况下有下式决定：Voc = kTq

41、 ln(IL/Is+1)式中式中IL是光生电流，在理想情况即为上图所对应的最大短路电流是光生电流，在理想情况即为上图所对应的最大短路电流。Is是二极管反向饱和电流是二极管反向饱和电流Is = Aq(Dn/LnNA+Dp/LpND)ni2ni2= NcNvexp(-Eg/kT)显然，显然， Is取决于取决于Eg、Ln、Lp、NA、ND和绝对温度和绝对温度T的大小，同的大小，同时也与光电池结构有关时也与光电池结构有关为了提高为了提高Voc，常常采用，常常采用Eg大，少子寿命长及低电阻率的材料大，少子寿命长及低电阻率的材料给出硅的最大给出硅的最大Voc值约值约700mV左右左右57填充因子填充因子F

42、F的考虑的考虑l在理想情况下，填充因子在理想情况下，填充因子FF仅是开路电压仅是开路电压Voc的函数的函数l可用以下经验公式表示可用以下经验公式表示 FF =Uoc-ln(Uoc+0.72)/(Uoc+1) Uoc = Voc(kT/q)1/2当开路电压当开路电压Voc的最大值确定后，就可计算得到的最大值确定后，就可计算得到FF的最大值的最大值58不同材料的理论转化效率不同材料的理论转化效率l对于单晶硅太阳能电池，理对于单晶硅太阳能电池，理论上限是论上限是27%lGaAs 太阳能电池的转换效太阳能电池的转换效率的理论上限为率的理论上限为28.5%l如何进一步提高太阳能电池如何进一步提高太阳能电池的转换效率是当前的研究课的转换效率是当前的研究课题，这也就是所谓的高效率题，这也就是所谓的高效率化技术的开发化技术的开发l外表反射损失外表反射损失 10%l外表电极遮光损失外表电极遮光损失 515%l不能充分吸