晶体硅太阳电池（沈辉）（第二版）课件 第6-11章 硅片生产-太阳电池IV测试

晶体硅太阳电池06-硅片生产Loremipsumdolorsitamet,consecteturadipisicing

elit.金刚线切片技术：成本下降是最强的驱动力硅片加工技术金刚线切片技术金刚线切片技术金刚线切片技术两种金刚线结构：电镀金刚线与树脂金刚线利用电镀或树脂粘结的方法将高硬度高耐磨性的金刚石砂粒牢固的粘结在钢线基线上金刚线切片技术金刚线切割与砂浆切割硅片的表面形貌对比砂浆切割：表面粗糙，没有硅片的切割方向锯痕痕迹；碳化硅摩擦硅片距离较短，产生随机的凸凹；金刚线切割：表面相对平滑，可见由于金刚线的摩擦产生平行的沟槽；沟槽中有不规则金刚石摩擦产生的沿着沟槽方向的凸凹坑；金刚线切片技术短时间内，两种硅表面差异比较明显。更长的时间后，腐蚀长时间金字塔尺寸将变得相同腐蚀时间增加金刚线切片技术金刚线切片技术单晶硅片生产多晶硅片生产“直接法硅片”技术突破能源革命即将到来对比传统切片技术，1366科技首席执行官弗兰克•范•米尔洛指出：“直接硅片法突破性的进展在于消除切片过程，这点是最本质的区别。毋容置疑的是传统的切片工艺是在不断地进步，但是我们更加大胆创新，直接删除了这一过程。通过舍弃这一传统过程，我们成功将成本降低了50%。”直接法硅片技术如图所示，蓝色的线就是多晶金刚线切割所达到的成本极限，1366科技认为，当产量达到3GW时采用直接法硅片技术，硅成本可达＄0.158／片，当产量达到7GW时，硅成本达到＄0.099／片。直接法硅片技术为延续多晶的市场主导地位提供了一种成本极低的选择。直接法硅片技术直接法硅片技术直接法硅片的技术优势：1）漂移电场对少子更有效的利用2）通过局部温度控制实现硅片3D生长，通过局部温度控制决定生长厚度,在硅片内部行成3D结构，从而实现电池产线可接受的薄片化。3）优异的柔性，可以使用更薄的玻璃封装，进一步降低成，提高良率，减少碎片直接法硅片技术07-光伏发电原理Photovoltaicgeneration

principle.光伏产业与应用光伏效应光生伏特效应是指光子入射到半导体的

p-n

结后，从

p-n

结的二端电极产生可输出功率的电压伏特值。这一过程包括①光子入射到半导体内产生电子-空穴对，②电子和空穴因半导体

p-n

结形成的内建电场作用而分离，③电子和空穴往相反的方向各自传输至二端电极来输出。所以，光生伏特效应一般是和

p-n

结的特征有关。以硅晶体为例，n-型硅是指加入V族元素(如磷)作为施主(donor)，提供导带电子。p-型硅则是指加入III族元素(如硼)作为受主(acceptor)，提供价带空穴。如此半导体便可以有四种带电荷的粒子：带负电荷的电子，带正电荷的空穴，带负电荷的受主离子，和带正电荷的施主离子。前二者是可动的，而后二者是不可动的。光伏效应哪四种带电荷的粒子？光伏效应-PN结形成未接触前

，

n

-

型和 p

-

型半导体都是维持各自的电中性 (charge

neutrality)，也就是说，n-型半导体中，施主离子所带正电荷，约等于电子(n-型之多子)

所带负电荷。p-型半导体中，受主离子所带负电荷，约等于空穴(p-型之多子)

所带正电荷。一旦

n-型和

p-型半导体接触，则形成

p-n

结区

(junction)。在结区附近，电子会从浓度高的

n-型区扩散至浓度低的

p-型区，相对地，空穴会从浓度高的

p-型区扩散至浓度低的

n-型区。这样，在结附近的区域，电中性便会被打破。光伏效应n-型区在结附近会有受主负离子负电荷区就总称和受主负离子都形成一个内建n-型区指向 p-型-PN结会有施主正离子裸露而产生正电荷区，而

p-型区在结附近裸露而产生负电荷区。n-型产生的正电荷区和

p-型产生的为空间电荷区

(space

charge

region)。因为施主正离子固定于晶格中，因此

n-型正电荷区和

p-型负电荷区就会(built-in)

电场，这个空间电荷区的内建电场的方向是从区。如果入射光子在空间电荷区被吸收产生电子-空穴对，电子会因为内建电场的影响而向

n-型区漂移

(drift)，相对地，空穴会因为内建电场的影响而向

p-型区漂移。也就是说，入射光子在空间电荷区被吸收产生电子和空穴，因为内建电场的作用而产生从

n-型区向

p-型区的漂移电流，就是所谓的光电流(photocurrent)。光生伏特效应中的光电流，是从

n-型区流向

p-型区，对

p-n

二极管而言，这刚好是反向偏压

(reverse

bias)

的电流方向。光伏效应-光电流的产生光伏效应-光电流形成的物理机制当然，入射光并不只有在空间电荷区内被吸收才会产生光电流。光子在

p-

n二极管的其它区域中被吸收，就是所谓的准电中性

(quasi-neutral)

区域，也能贡献光电流。只是准电中性区的光电流是扩散电流，而不是漂移电流，这种扩散电流是由少数载流子决定的，多数载流子并不参与。也就是说，n-型准电中性区域的少数载流子空穴，其在接近空间电荷区的地方会趋向到

p-型区而浓度降低，形成浓度梯度，因此

n-型准电中性区域内的空穴就会形成往

p-型区方向的扩散电流。同理，p-型准电中性区域的少数载流子电子，其在接近空间电荷区的地方会趋向

n-型区而浓度降低，因此

p-型准电中性区域内的电子就会形成往

n-型区方向的扩散电流。所以，p-n

二极管的光生伏特效应中的光电流，主要来自于三个物理机制：

空间电荷区内电子和空穴的漂移电流，

n-型准电中性区域少数载流子空穴的扩散电流，和

p-型准电中性区域的少数载流子电子的扩散电流。光伏效应-开路与短路在光生伏特效应中，p-n

结的空间电荷区的内建电场的作用，就是使入射光子被吸收产生电子-空穴对，在复合

(recombination)

前被分开，产生光电流。光电流再经由

p-n

二极管的金属接触

(metal

contact)

传输至负载，这就是光生伏特电池(photovoltaic

cell或PV

cell)

的基本工作原理。如果将光照的p-n二极管二端的金属接触用金属线直接连接，就是所谓的短路(short

circuit)，金属线的短路电流

(short-circuit

current)

就等于光电流。若光照的p-n二极管二端的金属不相连，就是所谓的开路

(open

circuit)，则光电流会在

p-型区累积额外的空穴，n-型区累积额外的电子，造成

p-端金属接触较n-端金属接触有一较高的电位势，也就是开路电压

(open-circuit

voltage)，这个开路电压也被称为光电压(photovoltage)，也是光生伏特

(photovoltaics)

这一词的由来。光伏效应-太阳电池工作的三个必要条件1、入射光子被吸收产生电子-空穴对。对

p-n

半导体二极管而言，入射光子被吸收产生电子-空穴对取决于导带和价带间的带间光吸收系数

(interband

absorption

coefficient)2、电子-空穴对在复合前被分开。空间电荷区内施主正离子和受主负离子形成的内建电场，是提供电子-空穴对分开的物理条件。3、分开的电子和空穴传输至负载。半导体的金属接触则将分开的电子和空穴传输至负载。请尝试制作关于光伏效应的知识图谱课堂练习08-太阳电池结构Solarcell

structure太阳电池的基本结构在不同的材料和制造工艺程序下，会产生不同结构的太阳电池。但归纳而言，太阳电池最基本的结构可分为基板、p-n

二极管、抗反射层、和金属电极四个主要部分。基板(substrate)

是太阳电池的主体；p-n二极管是光生伏特效应的来源；抗反射层乃在减少入射光的反射来增强光电流；金属电极则是连接器件和外部负载。太阳电池的基本结构-基板1、硅片 (wafer) 当基板，硅片本身就是光生伏特的作用区。通常使用扩散 (diffusion)工艺技术，在

p-型硅片上进行

n-型扩散，或在

n-型硅片上进行

p-型扩散，形成

p-n

二极管。工业界使用的太阳电池硅片，大都是

p-型。当然硅片的制造，不一定非由切割不可，也有其它特殊的方式，如

ribbon

或

sheet

制造方式。2、使用玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同材料当基板，非晶或多晶薄膜光生伏特器件则沉积在基板上，基板本身并不参与光生伏特作用。在薄膜太阳电池制造上，可使用各式各样的沉积技术，一层又一层地把

p-

型或

n-

型材料沉积上去。常见的薄膜太阳电池有非晶硅、CuInSe2

(CIS)

、

CuInGaSe2

(CIGS)

、和

CdTe

薄膜。随着薄膜技术的发展，microcrystalline，甚至

nanocrytalline

硅薄膜也被研究开发。薄膜太阳电池最大优点就是生产成本较低，但其效率和稳定性较差。太阳电池的基本结构-基板3、III-V

族

(如

GaAs、InP、GaN)

太阳电池，则是使用不同的外延（epitaxy） 技术，如metal-organicchemicalvapordeposition(MOCVD)，或molecularbeam

epitaxy(MBE)

方法，将

p-型和

n-型晶体直接长在芯片基板上，而基板本身通常也不参与光生伏特作用。这样的

epitaxy

方式生长晶体的优点，使得电池结构多样化，例如：异质结、多结、量子井、量子点、和超晶格等结构。正因如此，III-V

族太阳电池通常具有较高的效率，但其生产成本也相对的偏高。太阳电池的基本结构-减反射结构太阳电池的光照面一般都会有抗反射层或

texture

结构，来减少入射阳光的反射。如果没有的话，入射阳光会有约

30%

的反射损失，这对太阳电池而言是相当严重的。晶硅太阳电池一般是使用氮化硅

(SiN)

来形成抗反射层，它不仅能有效地减少入射光的反射，而且还有钝化（passivation）的作用，甚至能保护太阳电池，有防刮伤、防湿气等功能。除了使用抗反射层外，一般单晶硅太阳能电池，其光照的表面都会先经过

texture 处理，来更进一步地减少入射阳光的反射。这个

texture

处理，会在表面形成大小不等的金字塔(pyramid)

结构，

让入射光至少要经过芯片表面的二次反射，因此就大大地降低了入射光经过第一次反射就折回的几率。需要注意的是，因

texture

金字塔的大小约几个μm，

而一般

n-型扩散的深度只有

0.5μm左右，所以

p-n

二极管实际上是形成于texture

金字塔的表面。太阳电池的基本结构-减反射结构太阳电池的基本结构-金属电极太阳电池需要金属电极来连接外部的电路。通常，光入射的表面有二条平行条状金属电极field (BSF)(finger)。来提供外界连接的焊接处。背表面通常会全部涂上一层所谓的back surface金属层，在光入射的表面，会从条状金属电极，伸展出一列很细的金属手指BSF

金属层可以增加载流子的收集，还可回收没有被吸收的光子。金属finger的设计，除了要能有效地收集载流子，而且要尽量减少金属线遮蔽入射光的比例

，因光照面的金属线通常会遮蔽

3~5%

的入射光。太阳电池金属电极用的材料通常是铝和其它金属的合金，但在薄膜太阳电池中，为了实现一体成型(monolithically)的要求，上层金属电极则会使用透明导电的氧化物transparent

conducting

oxide

(TCO)。请在下列太阳能电池结构示意图中找出“四部分”课堂练习太阳电池结构示意N型电池结构示意PERL电池结构示意澳大利亚新南威尔士大学研发钝化发射区和背面局部扩散（PERL）单晶硅电池

＝24.7%IBC电池结构示意非晶硅电池结构示意CIGS电池结构示意HIT电池结构示意09-光吸收Photon

Absorption光吸收系数-The

absorption

coefficient光在介质中传播时，光的强度随传播距离(穿透深度)而衰减的现象称为光的吸收。光的吸收遵循吸收定律（比尔-朗伯定律）。吸收系数是比尔-朗伯定律（Beer–Lambert

law）中的一个常数，符号位α，被称为介质对该单色光的吸收系数。用透射法测定光在介质中传播的衰减情况时，发现介质中光的衰减率与光的强度成正比，引入比例系数得：dxdI

I

xI

I

e0对上式积分反映出吸收系数α的物理含义是：当光在介质中传播1/α距离时，其能量减弱到原来的1/e。光吸收系数不同半导体材料的光吸收系数与波长的关系曲线硅锗磷化铟砷化镓吸收系数决定着一个给定波长的光子在被吸收之前能在材料走多远的距离。如果某种材料的吸收系数很低，那么光将很少被吸收，并且如果材料的厚度足够薄，它就相当于透明的。吸收系数的大小决定于材料和被吸收的光的波长。在半导体的吸收系数曲线图中出现了一个很清晰的边缘，这是因为能量低于禁带宽度的光没有足够的能量把电子从价带转移到导带。因此，光线也就没被吸收了。光吸收系数一个光子被吸收的概率还取决于这个光子与电子作用（即把电子从价带转移到导带）的可能性。对于一个能量大小非常接近于禁带宽度的光子来说，其吸收的概率是相对较低的，因为只有处在价带边缘的电子才能与之作用并被吸收。当光子的能量增大时，能够与之相互作用并吸收光子的电子数目也会增大。然而，对于光伏应用来说，比禁带宽度多出的那部分光子能量是没有实际作用的，因为运动到导带后的电子又很快因为热作用回到导带的边缘。光吸收系数硅锗磷化铟砷化镓Eph<EGPhotonswithenergyEphlessthanthebandgapenergyEGinteractonlyweaklywiththesemiconductor,passingthroughitasifitweretransparent.Eph<Eg

光子能量Eph小于禁带宽度Eg，光子与半导体的相互作用很弱，只是穿过，似乎半导体是透明的一样。材料的光吸收

光不被吸收会怎么样？Eph>EGPhotonswithenergymuchgreaterthanthebandgaparestronglyabsorbed.Eph>Eg 光子能量大于禁带宽度并被强烈吸收。材料的光吸收Eph=EGhavejustenoughenergytocreateanelectronholepairandareefficiently

absorbed.Eph=Eg 光子的能量刚刚好足够激发出一个电子-空穴对，能量被完全吸收。材料的光吸收吸收系数与波长的关系导致了不同波长的光在被完全吸收之前进入半导体的深度的不同。吸收深度，它与吸收系数成反比例关系，即为α-1。吸收深度它显示了在光在其能量下降到最初强度的大概36%（或者说1/e）的时候在材料中的深度。因为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），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。吸收深度=α-1吸收深度=α-1波长小于400nm的光在厚度0.01um的硅中，就被全部吸收；波长大于1000nm的光在175um的硅中没有被完全吸收；50100150200250300Wavelength1umSiliconThickness

175umPenetrationDepth

(

m)0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

m

吸收概率（Collection

Probability）“吸收概率”描述了光照射到电池的某个区域产生的载流子被p-n结收集并参与到电流流动的概率，它的大小取决于光生载流子需要运动的距离和电池的表面特性。在耗散区的所有光生载流子的吸收概率都是相同的，因为在这个区域的电子空穴对会被电场迅速地分开。在原来电场的区域，其吸收概率将下降。当载流子在与电场的距离大于扩散长度的区域产生时，那么它的吸收概率是相当低的。相应的，如果载流子是在靠近电池表面这样的高复合区的区域产生，那么它将会被复合。吸收概率（Collection

Probability）吸收概率与载流子的生成率决定了电池的光生电流的大小。回忆光电流来源的三个物理机制收集概率很低。强钝化的太阳能电池弱钝化的太阳能电池低扩散长度的太阳能电池在高复合率的情况下，其表面的对收集概率的计算，红线代表发射区的扩散长度，蓝线代表基区的扩散长度参考新南威尔士课件Recombination

Losses部分光谱响应SR光谱响应指光阴极量子效率与入射波长之间的关系。表示太阳能电池对不同波长入射光能转换成电能的能力，其单位为安培/瓦(Amp/Watt)。太阳能电池并不能把任何一种光都同样地转换成电。由于光的颜色（波长）不同，转变为电的比例也不同，这种特性称为光谱响应特性。光谱响应特性的测量是用一定强度的单色光照射太阳电池，测量此时电池的短路电流，然后依次改变单色光的波长，再重复测量以得到在各个波长下的短路电流，即反映了电池的光谱响应特性。光谱响应SR因为任何材料的折射率

n(λ)

和光吸收系数α(λ)

都是波长的函数，因此入射光中不同的波长对光电流就有不同的贡献。公式：λ-波长nm，h-普朗克常数，c-光速，e-电荷。

e

QE

R

hc

R

1240W

nm

/

A

光谱响应SR而光谱响应(spectral

response)Sr

(λ)

的定义，通常只是用来描述

p-n

二极管对不同波长的光电流贡献，因此必须除去入射光的光子强度 (λ)

和其反射系数

R(λ)的效应。和来表示。其中

hν代表光子的能量。

in

适用于晶体硅电池光谱响应SR式中：η-量子效率，q-电子电量，f-入射光频率，h-普朗克常数。hc简化公式：SR

光谱响应

q

QE

量子效率

hf 1.23985

m

W/A

R

q

m

量子效率QE（Quantum

efficiency）所谓“量子效率”，即太阳能电池所收集的载流子的数量与入射光子的数量的比例。外量子效率(External

Quantum

Efficiency,

EQE)，太阳能电池的电荷载流子数目与外部入射到太阳能电池表面的一定能量的光子数目之比。内量子效率(Internal

Quantum

Efficiency,

IQE)，太阳能电池的电荷载流子数目与外部入射到太阳能电池表面的没有被太阳能电池反射回去的，没有透射过太阳能电池的，一定能量的光子数目之比。量子效率QE（Quantum

efficiency）对于一定的波长的光，假设太阳能电池能完全吸收了所有的光子，并搜集到由此产生的少数载流子，那么太阳能电池在此波长的量子效率为1；对于能量低于能带隙的光子，太阳能电池的量子效率为0；理想的量子效率是一个正方形，也就是说，对于测试的各个波长的太阳能电池量子效率是一个常数。量子效率QE（Quantum

efficiency）在175um厚度电池中，波长小于1000nm的光基本没有透射，IQE和EQE

的差别反映的是前表面减反射膜和硅表面陷光结构状况差异；波长大于1000nm的光有透射，IQE和EQE

的差别反映的是前表面减反射膜，硅表面陷光结构状况，电池背表面的钝化情况差异。量子效率QE影响因素电池表面钝化情况会影响靠近表面的载流子的生成，而蓝光是在非常靠近表面处被吸收的，所以电池表面的高复合效应会强烈地影响蓝光部分的量子效率。同理，绿光在电池体内被吸收，但是过低的扩散长度将影响吸收概率并减小绿光的量子效率。硅太阳能电池中，“外部量子效率”包括光的损失，如透射和反射。然而，测量经反射和透射损失后剩下的光的量子效率还是非常有用的。“内部量子效率”指的是那些没有被反射和透射且能够产生可收集的载流子的光的量子效率。通过测量电池的反射和透射，可以修正外部量子效率曲线并得到内部量子效率。LOREMIPSUM

DOLOR总量子效率的减小是由反射效应和过短的扩散长度引起的。理想量子效率曲线能量低于禁带宽度的光不能被吸收，所以长波长的量子效率为零。量子效率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面反射、对长波光的吸收的减少和短扩散长度10-太阳电池电路模型CircuitModelofSolar

Cells开路电压与短路电流一个太阳电池没有光照时，它的特性就是一个

p-n 结二极管。而一个理想的二极管其电流-电压关系可表为sTV

/VI

I

e

1

其中

I

代表电流，

V

代表电压，Is是饱和电流(saturation

current)

，VT

KBT/

q0其中kB代表

Boltzmann

常数，

q0

是单位电量，

T

是温度。在室温下，

VT=0.026V

。需注意的是，p-n

二极管电流的方向是定义在器件内从

p型流向

n型，而电压的正负值，则是定义为

p

型端电势减去

n

型端电势。因此若遵循此定义，太阳电池工作时，其电压值为正，电流值为负，I-V

曲线在第四象限。开路电压与短路电流当太阳电池受到光照时，p-n

二极管内就会有光电流。因为

p-n

结的内建电场方向是从

n

型指向

p

型，光子被吸收产生的电子-空穴对，电子会往

n

型端跑，而空穴会往

p

型端跑，则电子和空穴二者形成的光电流会由

n

型流到p

型。一般二极管的正电流方向是定义为由

p

型流到

n

型。这样，相对于理想二极管，太阳电池光照时产生的光电流乃一负向电流。而太阳电池的电流-电压关系就是理想二极管加上一个负向的光电流

IL

，其大小为：s LTI

I

e

1

IV

/V没有光照的情况，

IL

=0

，太阳电池就是一个普通的二极管。太阳电池短路

(short

circuit)

时，也就是V

=

0

，其短路电流

(short-circuit

current)则为

Isc=

-IL

。也就是说当太阳电池短路，短路电流就是入射光产生的光电流

。太阳电池开路

(open

circuit)

时，也就是

I=

0

，其开路电压(open-circuit

voltage)

则为：开路电压与短路电流s LTI

I

e

1

IV

/V

1

s

oc

TI

IL

V

V

In由前面的公式来看，太阳电池的开路电压是由光电流与饱和电流来决定。从半导体物理的观点，开路电压就等于空间电荷区中电子和空穴间的Fermi能差。而电子和空穴间的Fermi

能差就是由载流子产生率与复合率来决定。至于理想

p-n

二极管的饱和电流，则可以用上式来表达。其中

q0

代表单位电量，

ni代表半导体的

intrinsic

载流子浓度，

ND和

NA

各代表施主和受主的浓度，

Dn

和

Dp

各代表电子和空穴的扩散系数，τ

n

和τ

p各代表电子和空穴的复合时间。上面的表达式是假设

n-型区和

p-型区都很宽的情况。一般使用

p-型基板的太阳电池，n-型区都非常浅，上面的表达式是须要修改的。饱和电流

D P A n

N

N

1 DP

1

Dn

2J

s

q0

ni前面我们提到，当光照太阳电池时产生光电流，而光电流就是太阳电池电流-电压关系中的闭路电流，这里我们就光电流的由来，做一简单叙述。载流子在单位时间单位体积中的产生率(单位

m-3s-1)

是由光吸收系数来决定，也就是上式。其中α

代表光吸收系数，

ϕinc

是入射光子强度

(或称为光子流量密度)，

R

指反射系数，因此ϕinc

(1-

R)

代表没有被反射的入射光子强度。而产生光电流的主要三个机制为：少数载流子电子在

p-型区的扩散电流、少数载流子空穴在

n-型区的扩散电流、电子和空穴在空间电荷区的漂移电流。因此光电流约可表达为：其中

Ln

和

Lp

各代表

p-型区电子和

n-型区空穴的扩散长度，

W

是空间电荷区的宽度。饱和电流g

x

1

R

e

xL incJ

q g

L

L

W

J

L

Jn

Jp sc

0

L

n

p归纳这些结果，可得到开路电压的简单表达式：其中

rrec代表电子-空穴对的单位体积的复合率。当然这是很自然的结果，因为开路电压就等于空间电荷区中电子和空穴间的

Fermi

能差，而电子和空穴间的Fermi

能差就是由载流子产生率与复合率来决定。开路电压

VT

In

IL

/

Is

1

VT

In

gL

/

rrec

1

Voc太阳电池输出的功率就是电流和电压的乘积：很明显，太阳电池输出的功率并非是个固定值，它在某个电流-电压工作点达到最大值，而这最大输出功率

Pmax

，则可由dP

/dV

=

0来决定。我们可以推导得出最大输出功率

Pmax时的输出电压为：Pmax=IPmax×VPmax太阳电池输出功率s LTP

IV

I

e

1

I

VV

/V

T

P

maxTIL/Is

1

V

InVP

maxTsVVP

maxP

maxeVP

max

/VT

I

IV /V

1太阳电池的效率

(efficiency)

就是指太阳电池将入射光的功率

Pin

转换成最大输出电功率的比例；一般的太阳电池的效率测量，都是使用

Pin

=1000

W

/m2

的类似太阳光的灯光光源。太阳电池效率

PmaxPin论描述，这是因为光生伏特器件本身esistance)。避免的都会有或多或少的电阻，它由理想

p-n

二极管的其它电流的通如器件中的产生-

复合(gener

ation

-流，器件的边缘隔离

(edge

isolation)太阳电池的电流-电压关系并没有完全地遵循上述的理存在所谓的串联电阻(series

resistance)

和分流电阻(shunt

r对于任何半导体材料，或是半导体与金属的接触，不可们就会形成光生伏特器件的串联电阻。另一方面，光生伏特器件的正负电极间，存在任何非经道，

都会造成所谓的漏电流(

leakage current)

，例recombination)

电流，表面复合

(surface

recombination)电不完全，和金属接触穿透

p-n

结。串联电阻与分流电阻通常，我们用分流电阻

(shunt

resistance)

来定义太阳电池的漏电流大小，也就是

Rsh≡

V

/Ileak。分流电阻越大，就表示漏电流越小。如果考虑串联电阻Rs 和分流电阻

Rsh ，太阳电池的电流-电压关系则可写成：串联电阻与分流电阻LshsRs TI

I

e

1

V

IRs

I

V

IR

/V我们还可以只用一个参数，就是所谓的填充因子

(fill

factor)，来同时概括串联电阻与分流电阻这两个效应。定义为：很明显，如果没有串联电阻，且分流电阻无穷大

(没有漏电流)

时，填充因子最大。任何串联电阻的增加或分流电阻的减少，都会减少填充因子。如此一来，太阳电池的效率就可以由三个重要参数：开路电压Voc

、短路电流

I

sc

、和填充因子

FF

来表达。显然，要提高太阳电池的效率，则要同时增加其开路电压、短路电流

(亦即光电流)，和填充因子

(亦即减少串联电阻与漏电流)。填充因子sc

ocPmaxFF

I VFF

I

V

sc oc

Pin请查阅相关电池或组件参数资料认识IV测试曲线与数据课堂练习11-太阳电池IV测试IVTestofSolar

CellsIV

测试原理示意图IV曲线（IV

curve）是在AM1.5，光强密度1000W/m2，温度25℃条件下，通过不断改变外电路负载的大小得到的曲线。如图所示，红色的为IV曲线，蓝色的通过计算得到的输出功率曲线。短路电流Isc（Short-Circuit

Current）短路电流是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ISC。Theshort-circuitcurrentisthecurrentthroughthesolarcellwhenthevoltage

acrossthesolarcelliszero(i.e.,whenthesolarcellisshortcircuited).UsuallywrittenasISC,theshort-circuitcurrentisshownontheIVcurvebelow.开路电压Voc（Open-Circuit

Voltage）开路电压VOC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电池两边加的前置偏压。Theopen-circuitvoltage,Voc,isthemaximumvoltageavailablefromasolarcell,andthisoccursatzerocurrent.Theopen-circuitvoltagecorrespondstotheamountofforwardbiasonthesolarcellduetothebiasofthesolarcelljunctionwiththelight-generated

current.太阳电池的输出功率P：I-V曲线下的面积太阳电池实际的使用应该在最大功率点（MPP）上在这一点上，输出的功率达到了最大值=PmaxVmIm填充因子（Fill

Factor）晶硅太阳电池

FF

实际值

=

0.70

～

0.85转换效率（Efficiency）光电转换效率是人们在比较两块电池好坏时最常使用参数。效率的定义为电池输出的电能与射入电池的光能的比例。除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本身的温度。所以在比较两块电池的性能时，必须严格控制其所处的环境。测量陆地太阳能电池的条件是光照电池的光照则为AM0。Pin为入射光的能量密度，即辐照度，通常