太陽能電池簡介太陽能電池基本原理太陽能電池示意圖

左圖示意地畫出了硅pn結太陽能電池的結構，其包含上部電極，n型半導體，p型半導體以及下部電極和背電場。太陽能電池就是一個pn結，由于pn結勢壘區內存在較強的內建電場，結兩邊的光生少數載流子受該場的作用，定向移動產生正向電流。我們通過對成品電池片模擬太陽光的光照，測試相關性能。測試界面簡介太陽能電池的各表征參數測試分選處主要表征以下太陽能電池性能數據：Temperature：測試溫度E：測試光強Pmpp：最佳工作點處工作功率Umpp：最佳工作點處工作電壓Impp：最佳工作點處工作電流Uoc：開路電壓Isc：短路電流Rs：串聯電阻Rsh：并聯電阻FF：填充因子Ncell：轉化效率Iap：操作點的電流Irev1：反向電壓為6伏時的反向電流Irev2：反向電壓為12伏時的反向電流Pmpp_2：光強為500時最佳工作點的功率Uoc_2：光強為500時最佳工作點的電壓Isc_2：光強為500時最佳工作點的電流FF_2：光強為500時的填充因子NCell_2：光強為500時的轉化效率我們主要關注開路電壓，短路電流，串聯電阻，并聯電阻，填充因子，轉化效率及暗電流。什么是填充因子測試量的相關關系填充因子即太陽電池的最大功率與開路電壓和短路電流乘積之比，用FF表示，FF＝Pm/IscVoc＝ImVm/IscVoc。轉化效率Eff＝Pm/MS，Pm＝FFIscVoc。對于標準狀況下，M＝1000W/m2＝100mW/cm2。

高的短路電流，開路電壓，填充因子能有效的提高電池片轉化效率。

我們可以通過工藝調試進行相關工藝優化，以提高電池的轉化效率。

電性能直接相關提高電性能提高開壓提高短流提高填充12開路電壓短路電流填充因子13開路電壓短路電流填充因子開路電壓的影響因素開壓影響測試溫度原材料電流電壓特性開壓影響—測試溫度開路電壓受測試機溫度影響。受測試機溫度影響，隨著溫度的升高，開路電壓會下降。為了保證測試數據的穩定性及可比性，我們的測試溫度有一定要求，我們控制在20度到26度。開壓影響—原材料開壓影響測試溫度原材料硅片厚度禁帶寬度電流電壓特性開壓影響—原材料—硅片厚度開路電壓受硅片厚度的影響。當硅片厚度在200um以上時，開路電壓和硅片厚度是獨立關系。當硅片厚度小于200um時，隨著硅片厚度的降低，開路電壓隨之減少！開壓影響—原材料—禁帶寬度理論上最大的開路電壓是由PN結的內建勢壘電壓所決定。內建勢壘電壓與半導體的禁帶寬度Eg。導帶能級Eo，價帶能級Ev及費米能級Ef之間的關系為：開壓影響—原材料—禁帶寬度從上式可以看出如果費米能級越接近導帶底和滿帶頂，則內建電壓越高。但實際上開壓VOC有一個峰值。

當頂區濃度過高時，會引起重摻雜效應，重摻雜效應的結果，會導致開路電壓的降低，這是由于重摻雜引起禁帶寬度收縮，影響本征載流子濃度，影響有效參雜濃度和降低少子壽命。開壓影響—原材料--禁帶寬度禁帶寬度是材料的固有屬性，對于硅，禁帶寬度為1.1ev，理論上所得到的最大開壓為700mv，相應的最高FF為84%。開壓影響—電流電壓特性根據p-n結整流方程，在正向偏壓下，通過結的正向電流為：IF=Is[exp(qV/kT)-1]其中：V是光生電壓，Is是反向飽和電流。pn負載光電流IL結正向電流IFI什么是電流電壓特性？開壓影響—電流電壓特性Io為反向飽和電流。n：摻雜濃度。Il：短路電流。●影響Voc的因素為短路電流，反向飽和電流和溫度?！駬诫s濃度是由擴散工序決定。開壓影響—電流電壓特性開壓影響測試溫度原材料電流電壓特性溫度摻雜濃度短路電流暗電流開壓影響—電流電壓特性—摻雜濃度適當的提高摻雜濃度能很好的提高開路電壓，當濃度過大，引起重摻雜時，會使禁帶寬度收縮，開路電壓反而減小。重摻雜還會影響有效載流子濃度，減少少子壽命。開壓影響—電流電壓特性—摻雜濃度因此，為了獲得較好的電性能參數，必須選擇合適的頂區摻雜濃度，使這一濃度能有較好的開路電壓，同時又不致引起電場衰退。

這個摻雜濃度由于受禁帶寬度，基體材料特性的影響，一般通過實驗確定，選擇最佳的摻雜濃度。開壓影響—電流電壓特性—電流

電流影響分為短路電流及暗電流的影響。

暗電流會降低開路電壓，同時還會降低短路電流，暗電流的相關影響會詳細介紹。28開路電壓短路電流填充因子短路電流的影響因素提高短路電流提高吸光多激發電子空穴對降低暗電流短路電流影響—提高吸光提高短路電流提高吸光增大光強增大電池吸光多激發電子空穴對降低暗電流短路電流影響—提高吸光—增大光強增大光強直接增大了注入的太陽光光子流的數量。直接的提高了可激發電子空穴對數目，很好的提高了短路電流。短路電流影響—提高吸光—增大吸光增大吸光能提高太陽光的吸收。前清洗的絨面做到了光的二次吸收，一定程度上增大了太陽光的吸收。進行絨面改善能提高電池的轉化效率。

后清洗減少刻邊寬度，增大電池表面的可利用面積，提高了電池短路電流，進而改善了轉化效率。

PECVD的減反射膜，增大了表面光的二次吸收，提高的太陽光的二次利用，增大了短路電流。

絲網端的正面電極也遮住了一定的光的吸收，正面電極一般遮住了約10%的太陽光，增大柵線的高寬比，選擇合適的柵線數目能從一定程度上提高太陽能電池的轉化效率。電池片過薄，會有一部分光透過電池片，造成光的損失，現采用全背面印刷鋁漿對這部分損失有很大削弱。

由于背面的漂移場的存在，使一部分原本透過電池片的光子再次回到硅片機體內，增大了光子的再次吸收。短路電流影響—多激發電子空穴對提高短路電流提高吸光多激發電子空穴對禁帶寬度死層淺結工藝降低暗電流多激發電子空穴對—禁帶寬度太陽電池的特性極大的受到頂區和基區性能的影響。硅是一種非豎直躍遷的材料，他的吸收系數隨著波長的變化較為緩慢。在光子能量達到硅的禁帶寬度時，吸收系數在100每平方厘米之內，因此光譜中有很大一部分的光子將透過PN結，在基區內被吸收。由此可見，硅太陽電池的性能一定程度上取決于基區情況。多激發電子空穴對—禁帶寬度材料的禁帶寬度越大，電池的開路電壓越高，但由于能量小于禁帶寬度的光子不能激發電子空穴對，因此隨著材料的禁帶寬度的增大，太陽光中產生光電流的光子比例也相應得降低，從而減弱光電流。多激發電子空穴對—禁帶寬度材料的禁帶寬度與所獲得的最大電流的關系。多激發電子空穴對—死層什么是死層？

在擴散區中，由于不活潑磷原子處于晶格間隙位置，會引起晶格缺陷，而且，由于磷和硅的原子半徑不匹配，高濃度的磷會造成晶格缺陷。因此，在硅電池表層中，少數載流子的壽命極低，表層吸收短波光子所產生的光生載流子對電池的光電流輸出貢獻甚微，此表層稱為‘死層’。多激發電子空穴對—死層‘死層’的存在是不可避免的，但是可以利用一些方法來減少‘死層’的影響。為了改善電池的短波光譜響應，可以將發射結結深做的很淺，以減少‘死層’的影響。消除死層，提高了短波光譜在頂區的光電效應。多激發電子空穴對—淺結工藝制備淺結的器件能夠相當可觀的提高光電流，附加漂移場又能進一步增大光電流。多激發電子空穴對—淺結工藝計算出短路電流與結深的關系多激發電子空穴對—淺結工藝

當結深減少時，由于降低了復合損失，此外基區提供的光電流比頂區提供的大，因此頂區中高的表面復合速度和低的少子壽命對光電流的影響顯得沒那么重要了。增加基區的電阻率，減少電離雜質的散射，有利于增大擴散長度和少子壽命，從而改善了光電流。短路電流影響—降低暗電流提高短路電流提高吸光多激發電子空穴對降低暗電流隧道電流注入電流復合電流降低暗電流通過前面討論知道降低暗電流可以有效的提高開路電壓和短路電流。

暗電流分為注入電流，隧道電流和復合電流三種。

電池片的暗電流密度是注入電流密度，隧道電流密度和復合電流密度三者之和。一般通過減少復合電流的方法來減少暗電流。降低暗電流—什么是注入電流在非平衡PN結中，有載流子越過勢壘高度從N區注入P區或從P區注入N區而形成的電流，稱為注入電流。降低暗電流—什么是隧道電流他相當于載流子不必越過勢壘高度，可以直接穿過禁帶進入另一區域形成的電流。這種電流稱為隧道電流。降低暗電流—復合電流實際上在勢壘中，存在著電子和空穴的復合，產生復合電流。

降低暗電流—復合電流工藝端能通過適當工藝手法減少復合電流的大小。前清洗通過去除機械損傷層，減少硅片的表面態，能適當的減少表面復合。

切片油污，金屬離子等是較強的復合中心，去除油污，金屬離子等能適當的改善復合電流，表面的潔凈度對擴散有很大的幫助。降低暗電流—復合電流PECVD的鈍化能很好的減少硅片的表面態，減少硅片的晶格缺陷等，它的表面鈍化及體鈍化大大減少了復合中心，很好的減少了暗電流，提升了開路電壓及短路電流。降低暗電流—復合電流絲網端的背場，利用雜質在金屬中的溶解度大于在硅中的溶解度。背場有很好的吸雜作用，進一步減少了復合中心的存在，同時，背場的存在能很好的進行再次鈍化，很好的去除懸掛鍵，減少了復合電流。所以，鋁背場對電池的暗電流有很大影響，同時影響了開路電壓及短路電流。降低暗電流—復合電流—少子壽命較長的少子壽命和擴散長度能提高電子空穴對的分離時間，能減少電子空穴對的復合。降低暗電流—復合電流—少子壽命很薄的擴散層通常用擴散法制備，其少子壽命和擴散長度依賴于參雜劑的類型，表面濃度以及擴散之前的表面處理情況。降低暗電流—復合電流—少子壽命少子壽命和擴散長度與晶體生長方法，基區制備工藝，基區電阻率，復合中心雜質（如氧，銅等）的含量，退火溫度和退火時間等有著密切聯系。少子壽命一般有以下因素影響雜質能級和雜質濃度的影響熱處理的影響表面復合及晶粒間界的影響雜質能級和雜質濃度的影響

1，存在著大量的“有害”雜質---深陷阱能級雜質，如銅，鐵和金等2，存在著濃度高的淺雜質能級的雜質，雖然他們的俘獲截面小，但濃度高，因此俘獲也顯著。3，通過能帶間的俄歇復合作用，使少子壽命按摻雜濃度的平方成反比的衰減。4，重摻雜引起晶格畸變，能帶收縮，增大復合。熱處理的影響在450度左右退火，能使硅材料少子壽命增長很多。熱處理的影響在太陽能電池的制備過程中，須經相當的高溫退火的高溫處理，所以可以預計成品器件的少子壽命低于材料的壽命。壽命隨著退火溫度，冷卻速度，表面處理和晶體生長方法而異，與硅中粗存在的氧的狀態也有密切關系。表面復合及晶粒間界的影響半導體表面由于存在著各種表面狀態，所以會造成光生載流子的復合損失。這些表面態可能是由“懸掛鍵”化學殘留物，金屬沉積和自然氧引起的。

表面復合及晶粒界間的影響由于光照表面的復合速度大，因此頂區少子壽命短，為了減少載流子的復合，一般采用淺結工藝?？梢酝ㄟ^對硅晶體的腐蝕，降低表面復合速度。PECVD的鈍化等都能有效的降低表面態。 由于硅材料的電子激發多在基區內，因此，對于硅材料背面復合十分重要，所以，背場的吸雜等背場處理對電池性能影響較大。表面復合及晶粒界間的影響對于多晶器件來說，晶粒界間的復合速度十分重要，若晶粒大小比摻雜濃度相同的單晶的擴散長度小的多，那么多晶電池的有效壽命和擴散長度將大大的低于單晶中的值。63開路電壓短路電流填充因子填充因數的影響填充因數填充因數并聯電阻串聯電阻影響FF的因素影響FF的主要因素是Rs和Rsh，Rs越小FF越大，Rsh越大，FF越大。串聯電阻對FF的影響并聯電阻對FF的影響串聯電阻影響因素串聯電阻是指材料的體電阻，薄層電阻，電極接觸電阻以及電極本身傳導電流所構成的總串聯電阻。

串聯電阻的影響Rs主要有以下幾個組成部分：