第一章 太阳电池物理基础2

1、 高能量光子的吸收系数很大，所以它在距离表面很短的高能量光子的吸收系数很大，所以它在距离表面很短的 深度就被吸收了（例如硅太阳能电池就在几微米以内），深度就被吸收了（例如硅太阳能电池就在几微米以内）， 而红光在这种距离的吸收就很弱。即使是在几微米之后，而红光在这种距离的吸收就很弱。即使是在几微米之后， 也不是所有的红光都能被硅吸收。也不是所有的红光都能被硅吸收。 材料吸收深度x 吸收深度吸收深度光在被完全吸收之前进入半导体的深度。光在被完全吸收之前进入半导体的深度。 与吸收系数成反比关系，即为与吸收系数成反比关系，即为-1。显示了光在其能量。显示了光在其能量 下降到最初强度的大概下降到最初强度

2、的大概36%（或者说（或者说1/e）的时候在材）的时候在材 料中走的深度。料中走的深度。 生成率 生成率生成率是指被光线照射的半导体每一点生成电子的是指被光线照射的半导体每一点生成电子的 数目。数目。 假设减少的那部分光线能量全部用来产生电子空穴对，那假设减少的那部分光线能量全部用来产生电子空穴对，那 么通过测量透射过电池的光线强度便可以算出半导体材料么通过测量透射过电池的光线强度便可以算出半导体材料 生成的电子空穴对的数目。生成的电子空穴对的数目。 G=N0e-x N0为表面的光子通量（光子为表面的光子通量（光子/单位面积单位面积.秒）秒） 为吸收系数，为吸收系数，x为进入材料的距离。为进入

3、材料的距离。 光的强度随着在材料中深度的增加呈指数下降，光的强度随着在材料中深度的增加呈指数下降， 即材料表面的生成率是最高的。即材料表面的生成率是最高的。 对于光伏应用来说对于光伏应用来说，入射光是由一系列不同，入射光是由一系列不同 波长的光组成的，因此不同波长光的生成率也是波长的光组成的，因此不同波长光的生成率也是 不同的。下图显示三种不同波长的光在硅材料中不同的。下图显示三种不同波长的光在硅材料中 的生成率。的生成率。 计算一系列不同波长的光的生成率时，净的生成率等于计算一系列不同波长的光的生成率时，净的生成率等于 每种波长的总和。下图显示入射到硅片的光为标准太阳每种波长的总和。下图显示

4、入射到硅片的光为标准太阳 光谱时，不同深度的生成率大小。光谱时，不同深度的生成率大小。Y轴的范围大小是成轴的范围大小是成 对数的对数的，显示着在电池表面产生了数量巨大的电子空穴，显示着在电池表面产生了数量巨大的电子空穴 对，而在电池的更深处，生成率几乎是常数。对，而在电池的更深处，生成率几乎是常数。 五、载流子的复合五、载流子的复合 载流子的复合载流子的复合所有处在导带中的电子都是亚稳定状所有处在导带中的电子都是亚稳定状 态的，并最终会回到价带中更低的能量状态。它必须移态的，并最终会回到价带中更低的能量状态。它必须移 回到一个空的价带能级中，所以，当电子回到价带的同回到一个空的价带能级中，所以

5、，当电子回到价带的同 时也有效地消除了一个空穴。时也有效地消除了一个空穴。 复合途径复合途径 直接复合直接复合：导带底的电子跃迁到价带与空穴复合。：导带底的电子跃迁到价带与空穴复合。 间接复合间接复合：导带底跃迁的电子先跃迁到：导带底跃迁的电子先跃迁到缺陷能级缺陷能级， 然后再跃迁到价带与空穴复合。然后再跃迁到价带与空穴复合。 根据能量释放的方式，复合又可分为以下三种形式：根据能量释放的方式，复合又可分为以下三种形式： 辐射复合。辐射复合。电子与空穴复合的能量以发射光子的方式释放。复电子与空穴复合的能量以发射光子的方式释放。复 合过程中能量释放的途径可是直接或间接的。直接复合是没有声子合过程中

6、能量释放的途径可是直接或间接的。直接复合是没有声子 参加的绝热电子跃迁，复合概率较大。间接复合需要声子参加参加的绝热电子跃迁，复合概率较大。间接复合需要声子参加。 发射光子发射光子 发射声子发射声子 C E V E t E 直接复合直接复合 间接复合间接复合 非辐射复合。非辐射复合。无论直接或间接复合，释放的能量均以发射声子无论直接或间接复合，释放的能量均以发射声子 的方式交给晶格。直接的效果是提高晶格温度，此过程极易发生的方式交给晶格。直接的效果是提高晶格温度，此过程极易发生。 俄歇复合俄歇复合。是是一种非辐射复一种非辐射复合，它合，它的能量释放途径不同于非辐的能量释放途径不同于非辐 射的释

7、放能量方式。俄歇过程是导带中的电子射的释放能量方式。俄歇过程是导带中的电子1与价带中的空穴与价带中的空穴2复复 合，带间复合释放的能量交给晶体中另一个邻近的电子合，带间复合释放的能量交给晶体中另一个邻近的电子3，将电子，将电子3 从导带底跃迁到导带的高能态，最后高能态的电子再通过发射声子从导带底跃迁到导带的高能态，最后高能态的电子再通过发射声子 而回到导带底。而回到导带底。 在外界条件作用下，非平衡载流子产生并出现不同形在外界条件作用下，非平衡载流子产生并出现不同形 式的式的复合复合。如果外界作用消失，这些产生的非平衡载流子。如果外界作用消失，这些产生的非平衡载流子 会因复合而很快消失，恢复到

8、原来的平衡状态。会因复合而很快消失，恢复到原来的平衡状态。 C E V E 1 2 31 2 3 表面和界面复合。表面和界面复合。晶体周期性在表面中断产生大量悬挂键、晶体周期性在表面中断产生大量悬挂键、 表面损伤及外来杂质吸附等，都可能在带隙中引进缺陷态即表面态。表面损伤及外来杂质吸附等，都可能在带隙中引进缺陷态即表面态。 表面或界面态对电子和空穴起复合中心的作用，将增加载流子在表表面或界面态对电子和空穴起复合中心的作用，将增加载流子在表 面或界面区的复合。面或界面区的复合。 在太阳电池的制备中，表面及界面复合对短路电流产生直在太阳电池的制备中，表面及界面复合对短路电流产生直 接的影响，低的表

9、面与界面复合是制备高效电池的重要因接的影响，低的表面与界面复合是制备高效电池的重要因 素。素。 六、载流子输运性质六、载流子输运性质 载流子漂移：载流子漂移：在电场作用下，在电场作用下， 自由空穴沿电场方向漂移，或电自由空穴沿电场方向漂移，或电 子逆电场方向漂移，均可形成电子逆电场方向漂移，均可形成电 流。载流子从电场不断获得能量流。载流子从电场不断获得能量 而加而加速。速。 另一方面，载流子在晶体场中受另一方面，载流子在晶体场中受 到偏离周期场的畸变势的散射作到偏离周期场的畸变势的散射作 用，失去原来的运动方向或损失用，失去原来的运动方向或损失 能量能量，这种偏，这种偏离周期势的散射作离周期

10、势的散射作 用使载流子漂移速度不会无限地用使载流子漂移速度不会无限地 增大。增大。 输运输运导带和价带自由载流子在外场（电场、磁场、温度场）作导带和价带自由载流子在外场（电场、磁场、温度场）作 用下运动，如载流子在电场作用下的漂移运动、载流子空间分布不用下运动，如载流子在电场作用下的漂移运动、载流子空间分布不 均匀引起的扩散运动等。均匀引起的扩散运动等。 载流子扩散：载流子扩散：当固体中粒子浓度（原子、分子、电子、空穴当固体中粒子浓度（原子、分子、电子、空穴 等）在空间分布不均匀时将发生扩散运动。等）在空间分布不均匀时将发生扩散运动。载流子从高浓度向载流子从高浓度向 低浓度的扩散运动低浓度的扩

11、散运动是载流子重要输运方式。是载流子重要输运方式。 载流子在光激发下的过程载流子在光激发下的过程光光照在半导体材料的局部位置，照在半导体材料的局部位置， 产产生非生非平衡载流子，去除光照后，产生的非平衡载流子产生平衡载流子，去除光照后，产生的非平衡载流子产生 复合；同时，非平衡载流子将以光照点为中心，向低浓度区复合；同时，非平衡载流子将以光照点为中心，向低浓度区 域扩散，直至非平衡载流子由于复合而消失。域扩散，直至非平衡载流子由于复合而消失。 1.2 pn结基础结基础 一、一、pnpn结概念及分类结概念及分类 pn结结掺有施主杂质的掺有施主杂质的n型半导体与掺有受主杂质的型半导体与掺有受主杂质

12、的p型型 半导体有机结合，形成具有特定功能的结构。半导体有机结合，形成具有特定功能的结构。pn结是构成半结是构成半 导体器件及其应用组成件的基本单元。导体器件及其应用组成件的基本单元。 pnpn结结 同质结：同质结：由同一种材料且带隙宽度相同但导电类型由同一种材料且带隙宽度相同但导电类型 不同的材料组成；不同的材料组成； 异质结：异质结：由带隙宽度不同的材料组成；由带隙宽度不同的材料组成； pn结二极管的结构不仅是太阳能电池结构的基础还是其它许多电结二极管的结构不仅是太阳能电池结构的基础还是其它许多电 子器件的基础，如子器件的基础，如LEDS、激光、光电二极管还有双极结二极管、激光、光电二极管

13、还有双极结二极管 （BJTS）。一个）。一个pn结把之前所描述的载流子复合、产生、扩散和结把之前所描述的载流子复合、产生、扩散和 漂移全部集中到一个器件中。漂移全部集中到一个器件中。 pn结的杂质分布示意图结的杂质分布示意图 pnpn结结 突变结：突变结：半导体的掺杂是均匀的，半导体的掺杂是均匀的，pn结形成后在结形成后在 界面两边的杂质空间分布式突变的；界面两边的杂质空间分布式突变的； 缓变结：缓变结：半导体的掺杂是不均匀的，半导体的掺杂是不均匀的，pn结形成后结形成后 在界面两边的杂质空间分布式逐渐变化的；在界面两边的杂质空间分布式逐渐变化的； 太阳电池工艺中形成的太阳电池工艺中形成的pn

14、结为缓变结结为缓变结 二、二、pnpn结的能带结构结的能带结构 由于浓度梯度的存在，电子由高浓度的由于浓度梯度的存在，电子由高浓度的n型半导体向低浓度的型半导体向低浓度的p 型半导体扩散，在界面附近出现正电荷区域；空穴由型半导体扩散，在界面附近出现正电荷区域；空穴由p型半导体向型半导体向n 型半导体扩散，在界面附近出现负电荷区域。此区域称为型半导体扩散，在界面附近出现负电荷区域。此区域称为pn结的结的空空 间电荷区间电荷区。 空间电荷区中形成一个从空间电荷区中形成一个从n区指向区指向p区的电场区的电场E。同时，。同时， 电场电场E产生产生漂移流漂移流，其方向与，其方向与扩散流扩散流相反，阻止由

15、于扩散引相反，阻止由于扩散引 起的空间电荷区电场的增强。当扩散流等于漂移流时两者起的空间电荷区电场的增强。当扩散流等于漂移流时两者 达到达到平衡平衡，在空间电荷区最终建立的电场称为，在空间电荷区最终建立的电场称为内建场内建场。 - - - - - - - - - - - - - - - p区区n区区 E pn结组成的三部分： （1）空间电荷区，区内没有可移动的载流子，载流子耗尽，也称）空间电荷区，区内没有可移动的载流子，载流子耗尽，也称 耗尽区，或势垒区；耗尽区，或势垒区； （2）准中性的）准中性的p区；区； （3）准中性的）准中性的n区。区。 随着内建场的建立，随着内建场的建立， EFn与与

16、n区能带一起下区能带一起下 移，或移，或EFp与与p区能带区能带 一起上移。当扩散一起上移。当扩散 与漂移运动达到平与漂移运动达到平 衡时，衡时，pn结有统一结有统一 的费米能级，达到的费米能级，达到 热平衡，对外不呈热平衡，对外不呈 现电流。能带的倾现电流。能带的倾 斜就表示着电场的斜就表示着电场的 存在。存在。 三、三、pnpn结的电流电压特性结的电流电压特性 pn结的电流电压特性结的电流电压特性 太阳能光电转换就是太阳能光电转换就是 利用利用pn结自建电场产结自建电场产 生的光生伏特效应。生的光生伏特效应。 当电压为正向偏置时（当电压为正向偏置时（p区接正，区接正，n区接负），电流基本随

17、电区接负），电流基本随电 压呈指数上升，称为压呈指数上升，称为正向电流正向电流。 当电压反向偏置时，通过的电流很小，称为当电压反向偏置时，通过的电流很小，称为反向电流反向电流，当反，当反 向电压大于一定数值时，电流就会快速增大，向电压大于一定数值时，电流就会快速增大，pn结被击穿，此电结被击穿，此电 压称为压称为击穿电压击穿电压。 正向电流描述载流子的复合过程，正向电流描述载流子的复合过程， 反向电流描述载流子的抽取过程。反向电流描述载流子的抽取过程。 http:/ 四、四、pnpn结的制备方法结的制备方法 1、合金法、合金法 指在一种半导体单晶上放置金属或半导体元指在一种半导体单晶上放置金属

18、或半导体元 素，通过升温等工艺形成素，通过升温等工艺形成pn结。结。 n-Gen-Gen-Ge In In p-Ge 将铟晶体放置在将铟晶体放置在n型的锗单晶上，加温至型的锗单晶上，加温至500600，铟晶体逐，铟晶体逐 渐熔化成液体，在两者界面处的锗单晶原子会溶入液体，在锗单晶渐熔化成液体，在两者界面处的锗单晶原子会溶入液体，在锗单晶 的表面形成一层合金液体，锗在其中的浓度达到饱和。然后降温，的表面形成一层合金液体，锗在其中的浓度达到饱和。然后降温， 合金液体和铟液体重新结晶，这时合金液体将会结晶成含铟的锗单合金液体和铟液体重新结晶，这时合金液体将会结晶成含铟的锗单 晶，这层单晶锗是晶，这层

19、单晶锗是p型半导体，与型半导体，与n型锗单晶构成型锗单晶构成pn结。结。 2、扩散法、扩散法 指在指在n型或型或p型半导体材料中，利用扩散工艺型半导体材料中，利用扩散工艺 掺入相反类型的杂质，在一部分区域形成与掺入相反类型的杂质，在一部分区域形成与 体材料相反类型的半导体，构成体材料相反类型的半导体，构成pn结。结。 p-Sip-Sip-Si P2O5 n-Si 将硅晶体加热至将硅晶体加热至8001200，通入，通入P2O5气体，气体在硅表面分气体，气体在硅表面分 解，磷沉积在硅表面并扩散到体内，在硅表面形成一层含高浓度磷解，磷沉积在硅表面并扩散到体内，在硅表面形成一层含高浓度磷 的单晶硅，成

20、为的单晶硅，成为n型半导体，其与型半导体，其与p型硅材料的交界处就构成型硅材料的交界处就构成pn结。结。 3、离子注入法、离子注入法 指将指将n型或型或p型半导体掺杂剂的离子束在静电型半导体掺杂剂的离子束在静电 场中加速，使之具有高动能，注入场中加速，使之具有高动能，注入p型半导型半导 体（或体（或n型半导体的表面区域），在表面形型半导体的表面区域），在表面形 成与体内相反的半导体，构成成与体内相反的半导体，构成pn结。结。 p-Sip-Sip-Si n-Si 硼离子硼离子 利用静电场将硼离子加速，使之具有数万到几十万电子伏特的利用静电场将硼离子加速，使之具有数万到几十万电子伏特的 能量，注入

21、能量，注入n型单晶硅中，在表面形成型单晶硅中，在表面形成p型半导体层，从而组成型半导体层，从而组成pn结。结。 将单晶硅材料加热至将单晶硅材料加热至6001200，然后加入硅烷气体，同时通，然后加入硅烷气体，同时通 入适量的入适量的P2O5气体，它们在晶体硅表面遇热分解，在晶体硅表面形气体，它们在晶体硅表面遇热分解，在晶体硅表面形 成一层含磷的成一层含磷的n型单晶硅薄膜，与型单晶硅薄膜，与p型单晶硅材料接触形成型单晶硅材料接触形成pn结。结。 4、薄膜生长法、薄膜生长法 指将指将n型或型或p型半导体表面，通过气相、液相型半导体表面，通过气相、液相 等外延技术，生长一层具有相反导电类型的等外延技

22、术，生长一层具有相反导电类型的 半导体薄膜，在两者的界面处形成半导体薄膜，在两者的界面处形成pn结。结。 p-Sip-Sip-Si SiH4+P2O5 n-Si 1.3 太阳能电池物理基础太阳能电池物理基础 入射到太阳电池的光通过入射到太阳电池的光通过同时产生电流和电压同时产生电流和电压的形式来产生的形式来产生 电能。这个过程的发生需要电能。这个过程的发生需要两个条件：两个条件： 1、被吸收的光要能在、被吸收的光要能在 材料中把一个材料中把一个电子电子 激发到高能级激发到高能级； 2、处于高能级的电子、处于高能级的电子 能从电池中能从电池中移动到移动到 外部外部电路。在外部电路。在外部 电路的

23、电子消耗了电路的电子消耗了 能量然后回到电池能量然后回到电池 中。中。 减反射膜减反射膜 前端接触电极前端接触电极 发射区发射区 基区基区 背接触电极背接触电极 电子空穴对电子空穴对 太阳能电池运行的基本步骤：太阳能电池运行的基本步骤： 光生载流子的产生光生载流子的产生 光生载流子聚集成电流光生载流子聚集成电流 产生跨越太阳能电池的高电压产生跨越太阳能电池的高电压 能量在电路和外接电阻中消耗能量在电路和外接电阻中消耗 在太阳能电池中产生的电流叫做在太阳能电池中产生的电流叫做“光生电流光生电流”， 它的产生包括了它的产生包括了两个主要的过程两个主要的过程。 第一个过程是吸收入射第一个过程是吸收入

24、射光子光子并产生电子空穴对并产生电子空穴对。 电子空穴对只能由能量大于太阳能电池的禁带宽度的光电子空穴对只能由能量大于太阳能电池的禁带宽度的光 子产生。然而，子产生。然而，电子（在电子（在p型材料中）和空穴（在型材料中）和空穴（在n型型 材料中）材料中）是处在亚稳定状态的，在复合之前其平均生存是处在亚稳定状态的，在复合之前其平均生存 时间等于少数载流子的寿命。如果载流子被复合了，光时间等于少数载流子的寿命。如果载流子被复合了，光 生电子空穴对将消失，也产生不了电流或电能了。生电子空穴对将消失，也产生不了电流或电能了。 第二第二个过程是个过程是pn结通过对这些光生载流子的结通过对这些光生载流子的

25、收集收集， 即把电子和空穴分散到不同的区域，阻即把电子和空穴分散到不同的区域，阻止它止它们的复合。们的复合。 pn结是通过其结是通过其内建电场内建电场的作用把载流子分开的。如果光的作用把载流子分开的。如果光 生少数载流子到达生少数载流子到达pn结，将会被内建电场移到另一个区，结，将会被内建电场移到另一个区， 然后它便成了然后它便成了多数多数载流子。如果用一根导线把发射区跟载流子。如果用一根导线把发射区跟 基区连接在一基区连接在一起，起，光生载流子将流到外部电路。光生载流子将流到外部电路。 “收集概率收集概率”光照射到电池的某个区域产生的载流子被光照射到电池的某个区域产生的载流子被pn结结 收集

26、并参与到电流流动的概率，它的收集并参与到电流流动的概率，它的大小取决于大小取决于光生载流子需要光生载流子需要 运动的距离和电池的表面特性。运动的距离和电池的表面特性。 收集概率的不一致产生了光生电流的光谱效应。例如，收集概率的不一致产生了光生电流的光谱效应。例如，表面的表面的 收集概率低于其他部分的收集概率收集概率低于其他部分的收集概率。比较下图的蓝光、红光和红外。比较下图的蓝光、红光和红外 光，蓝光在硅表面的零点几微米处几乎被全部吸收。因此，如果顶光，蓝光在硅表面的零点几微米处几乎被全部吸收。因此，如果顶 端表面的收集概率非常低的话，入射光中蓝光将不对光生电池做出端表面的收集概率非常低的话，

27、入射光中蓝光将不对光生电池做出 贡贡献献。 波长波长0.45m的蓝光拥有高吸收率，的蓝光拥有高吸收率， 为为105cm-1，也因此它在非常靠近，也因此它在非常靠近 顶端表面处被吸收。波长顶端表面处被吸收。波长0.8m 的红光的吸收率的红光的吸收率103cm-1，因此其，因此其 吸收长度更深一些。吸收长度更深一些。1.1m红外红外 光的吸收率为光的吸收率为103cm-1，但是它几，但是它几 乎不被吸收因为它的能量接近于乎不被吸收因为它的能量接近于 硅材料的禁带宽度。硅材料的禁带宽度。 “量子效率量子效率”太阳能电池所太阳能电池所收集的载流子的数量与入射光子收集的载流子的数量与入射光子 的数量的比

28、例的数量的比例。量子效率即可以与波长相对应又可以与光子能量。量子效率即可以与波长相对应又可以与光子能量 相对应。如果某个特定波长的所有光子都被吸收，并且其所产生相对应。如果某个特定波长的所有光子都被吸收，并且其所产生 的少数载流子都能被收集，则这个特定波长的所有光子的量子效的少数载流子都能被收集，则这个特定波长的所有光子的量子效 率都是相同的。而能量低于禁带宽度的光子的量子效率为零。下率都是相同的。而能量低于禁带宽度的光子的量子效率为零。下 图将描述理想太阳能电池的量子效率曲线。图将描述理想太阳能电池的量子效率曲线。 总量子效率的减小是由反射效应和总量子效率的减小是由反射效应和 过短的扩散长度

29、引起的。过短的扩散长度引起的。 理想量子理想量子 效率曲线效率曲线 能量低于禁带宽度的光能量低于禁带宽度的光 不能被吸收，所以长波不能被吸收，所以长波 长的量子效率为零。长的量子效率为零。 量子效率量子效率 前端表面复合导致蓝光响应的减小。前端表面复合导致蓝光响应的减小。 红光响应的降低是由于背表红光响应的降低是由于背表 面反射、对长波光的吸收的面反射、对长波光的吸收的 减少和短扩散长度减少和短扩散长度 “光谱响应光谱响应”在概念上类似于量子效率。量子效在概念上类似于量子效率。量子效 率描述的是电池产生的光生电子数量与入射到电池的光率描述的是电池产生的光生电子数量与入射到电池的光 子数量的比，

30、而光谱响应指的是太阳能电池产生的电流子数量的比，而光谱响应指的是太阳能电池产生的电流 大小与入射能量的比例。下图将描述一光谱响应曲线。大小与入射能量的比例。下图将描述一光谱响应曲线。 理想的光谱响应理想的光谱响应 硅太阳能电池的响应曲线硅太阳能电池的响应曲线 能量低于禁带宽度的光不能能量低于禁带宽度的光不能 被吸收，所以在长波长段的被吸收，所以在长波长段的 光谱响应为零。光谱响应为零。 光谱响应光谱响应 “短短路电路电流流”是是指当穿过电池的电压为零时流过电池指当穿过电池的电压为零时流过电池 的电流（或者说电池被短路时的电流）。通常记作的电流（或者说电池被短路时的电流）。通常记作ISC。 短路

31、电流源于光短路电流源于光 生载流子的产生生载流子的产生和和收收 集。对于电阻阻抗最集。对于电阻阻抗最 小的理想太阳能电池小的理想太阳能电池 来说，短路电流就等来说，短路电流就等 于光生电流。因此短于光生电流。因此短 路电流是电池能输出路电流是电池能输出 的最大电流。的最大电流。 短路电流的大小取决于以下几个因素：短路电流的大小取决于以下几个因素： 太阳能电池的表面太阳能电池的表面积，积，要要消除太阳能电池对表面积的依赖，消除太阳能电池对表面积的依赖， 通常需改变短路电流强度（通常需改变短路电流强度（JSC单位为单位为mA/cm2）而不是短路）而不是短路 电流。电流。 光子的数量（即入射光的强度

32、光子的数量（即入射光的强度），），电电池输出的短路电流池输出的短路电流ISC的的 大小直接取决于光照强大小直接取决于光照强度度。 入射光的光入射光的光谱，谱，测测量太阳能电池是通常使用标准的量太阳能电池是通常使用标准的1.5大气质大气质 量光谱。量光谱。 电池的光学特性电池的光学特性（吸收和反射（吸收和反射）。）。 电池的收集概率电池的收集概率，主要取决于电池表面钝化和基区的少数载，主要取决于电池表面钝化和基区的少数载 流子寿命。流子寿命。 “开开路电路电压压”VOC是太阳能电池能输出的最大电压，是太阳能电池能输出的最大电压， 此时输出电流为零。开路电压的大小相当于光生电流在此时输出电流为零。

33、开路电压的大小相当于光生电流在 电池两边加的正向偏压。开路电压如下图伏安曲线所示。电池两边加的正向偏压。开路电压如下图伏安曲线所示。 开路电压是太阳能电池的开路电压是太阳能电池的 最大电压，即净电流为零最大电压，即净电流为零 时的电压。时的电压。 短路电流和开路电压分别是太阳能电池能输出的最大电短路电流和开路电压分别是太阳能电池能输出的最大电 流和最大电压。然而，当电池输出状态在这两点时，电池的流和最大电压。然而，当电池输出状态在这两点时，电池的 输出功率都为零输出功率都为零。 “填充因子填充因子”“”“FF”， 是由开路电压是由开路电压VOC和短和短 路电流路电流ISC共同决定的共同决定的

34、参数，它参数，它决定决定了太阳了太阳 能电池的能电池的输出效率输出效率。 填充因子被定义为电填充因子被定义为电 池的最大输出功率与池的最大输出功率与 开路开路VOC和和ISC的乘积的乘积 的比值。从图形上看，的比值。从图形上看， FF就是能够占据就是能够占据IV曲曲 线区域最大的面积。线区域最大的面积。 FF为最大功率除以开路电压与短路为最大功率除以开路电压与短路 电流的乘积电流的乘积 FF=VmpImp/（VOCISC ） 除除了反映太阳能电池的性能之外，效了反映太阳能电池的性能之外，效 率还决定于入射光的光谱和光强以及电池率还决定于入射光的光谱和光强以及电池 本身的温度本身的温度。 所所以

35、在比较两块电池的性能时，必须以在比较两块电池的性能时，必须 严格控制其所处的环境。测量陆地太阳能严格控制其所处的环境。测量陆地太阳能 电池的条件是光照电池的条件是光照AM1.5和温度和温度25C。而。而 空间太阳能电池的光照则为空间太阳能电池的光照则为AM0。 下下式为计算发电效率的方程：式为计算发电效率的方程： Pmax= VOCISC FF =Pmax/Pin = VOCISC FF /Pin 发电效率发电效率是人们在比较两块电池好坏时最常使用的参数。是人们在比较两块电池好坏时最常使用的参数。 效率定义为电池输出的电能与射入电池的光能的比例。效率定义为电池输出的电能与射入电池的光能的比例。

36、 测量太阳能电池性能最常用最基本的方式是，在精确控测量太阳能电池性能最常用最基本的方式是，在精确控 制的光源照射下测量电池的伏安曲线，并严格控制电池的温度。制的光源照射下测量电池的伏安曲线，并严格控制电池的温度。 下图展示了测量伏安曲线的装置。下图展示了测量伏安曲线的装置。 测试测试IV曲线的装置原理图曲线的装置原理图 因为太阳能电池对光强和温度都很敏感，所以在测试的时候因为太阳能电池对光强和温度都很敏感，所以在测试的时候 这种条件都需要仔细控制。对于光源，光谱和光强这两个数据都这种条件都需要仔细控制。对于光源，光谱和光强这两个数据都 要知道，并且要控制在标准要知道，并且要控制在标准AM1.5光谱上光谱上。 光源接近光源接近A