电性能参数分析.ppt

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1、晶体硅太阳电池表面金属化工艺及性能研究目录一.晶体硅太阳能理论基础1.理想晶体硅太阳能电池2.短路电流（Isc）3.开路电压（Voc）4.填充因子（FF）5.转化效率（Eta）6.晶硅太阳能性能影响因素目录二.晶体硅太阳能电池丝网印刷和烧结工艺1.丝网印刷和烧结工艺概述2.欧姆接触原理3.烧结温度和带速对太阳电池输出性能的影响4.硅片掺杂浓度对性能影响5.浆料和扩散方阻对太阳电池输出性能的影响6.Ag-Si接触的形成机理7.晶体硅旁路结对开路电压的影响一.晶体硅太阳能理论基础1.理想晶体硅太阳能电池太阳电

2、池是一种能够直接将太阳辐射能转化为电能的电子器件。晶体硅太阳电池是目前市场上应用最为广泛的一种太阳电池。对P型或n型硅衬底进行相反类型的源掺杂，形成n+或p+型发射区，经电子扩散之后形成内建电场，可将光照条件下产生的光生载流子进行分离。常规晶体硅太阳电池结构及工作原理如下图1-1所示图1-1太阳电池理想I—V特性方程，即工作状态电流．电压关系式，如式I=Iph—I0[exp（qv/nkT)—1]（1-1）其中，q为电子电量，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，I。为二极管饱和电流，Iph为光生电流，n为二极管

3、理想因子。一般晶体硅太阳电池I-V曲线如图1—2所示，纵坐标表示电流，最大值为短路电流Isc，横坐标表示电压，最大值为开路电压Voc。图1—22、短路电流（Isc）当太阳电池的输出电压为0，即外接电路短路时，流经太阳电池体内的电流为短路电流Isc，对于理想太阳电池，短路电流就等于光生电流Iph，所以短路电流的大小和以下几个因素相关联：(1)太阳电池的面积。通常在分析时利用短路电流密度概念Jsc，即单位面积上流过的电流，单位为A／cm2。(2)光照强度以及光谱分布。(3)太阳电池的减反射、陷光效果和前表面栅

4、线的遮挡面积。(4)电子收集效率。这主要取决于表面钝化效果以及少子寿命。如在非常好的表面钝化和一致的电子．空穴对产生率条件下，短路电流密度为：JSC=qG(Ln+Lp)其中G为电子．空穴产生率，Ln、Lp分别为电子和空穴扩散长度。3、开路电压（VOC）当太阳电池外接电路开路时．可得到太阳电池的有效最大电压，即开路电压Voc。在开路状态下，流经太阳电池的净电流为0。在方程(1-1)中，令I-0，可得到：VOC=（nkT/q)ln(Iph/I0+1)。，从中可以看出，Voc的大小与以下因素相关：(I)光生电流

5、Iph可以看出，Iph的改变量有限，其对Voc的大小影响也较小。(2)反向饱和电流I0。在太阳电池中，I0的变化通常可达几个数量级，所以它对Voc的影响非常大。而I0决定于太阳电池的各种复合机制，所以通常Voc的大小可以用来检测太阳电池的复合大小。4、填充因子（FF）Voc和Isc是太阳电池所能达到的最大电压和电流值，但是，从I—V特性曲线上可以看出，此时的输出功率为0。填充因子表示最大功率点处功率与VocXIsc的比值。根据理想I-V特性方程，可求得最大功率点处Vmp解微分方程可得到一个超越方程非常复杂

6、，只是Vmp和Voc的关系。一般计算FF可用经验公式：FF=【voc—ln(voc+0.72)】/(voc+1)voc为归一化VocVoc=Vocq/(nkT)高的开压可得到高的填充因子。5、转化效率（Eta）太阳电池转换效率Eta是表示单位面积上将辐照能量转换为多少电能的量。通常定义为Eta=Pmp/Pin=VocIscFF/PinPin表示入射光功率转换效率越高，表示在单位面积上单位辐照强度下能产生更多的电能。其大小与Voc、Isc、FF息息相关。6、晶体硅太阳能电池性能影响因素1、特征电阻Rch特征

7、电阻表示在最大功率点条件下太阳电池的负载电阻。当负载电阻等于特征电阻时，太阳能电池的最大功率加载到负载上，同时电池也运行在最大功率条件下。Rch=Vmp/Imp可近似表示为Rch=Voc/Isc所以一般电流电压关系可表示为I=V/Rch串联电阻(Rs)和并联电阻(Rsh)太阳电池的自身电阻的存在消耗了太阳电池的功率，降低填充因子和转换效率，通常指串联电阻和并联电阻，如图1．5所示。由于电阻的值与面积密切相关，通常在分析时采用“归一化电阻(nomalizedresistance)’’概念，其单位为Ωcm2，

8、根据欧姆定律，将I值以J值替代，得到：R(Ωcm2)=V／J图1-5太阳电池串联电阻和并联电阻示意图串联电阻主要来自于以下四个方面：(1)晶体硅的体电阻和发射区电阻，即p．n结两侧P区和n区材料的电阻。(2)电极用的金属与硅表面层的接触电阻，即正面和背面的金属与半导体表面之间的接触电阻，也包括p．n结深度、杂质浓度和接触面积大小的影响，这是串联电阻最大的部分。(3)器件内部和外部线路互相连接的引线接触电阻。(4)电极接触用的金