轉(zhuǎn)換效率極限與太陽電池設(shè)計原理

1、轉(zhuǎn)換效率極限與太陽電池設(shè)計原理一個自身能量高于帶寬的光子產(chǎn)生一對或多對一個自身能量高于帶寬的光子產(chǎn)生一對或多對電子空穴對。電子空穴對。能量閥值：能量閥值：1.124eV 300K 1.052eV 單聲子輔助吸收單聲子輔助吸收 0.987eV 雙聲子輔助吸收雙聲子輔助吸收自由載流子吸收自由載流子吸收晶格吸收晶格吸收最大光生電流（純硅）最大光生電流（純硅）51.5mA/cm2，受自由載，受自由載流子吸收的限制，要得到這樣的電流，硅片的厚流子吸收的限制，要得到這樣的電流，硅片的厚度需幾米厚。度需幾米厚。對于正常厚度的太陽電池（對于正常厚度的太陽電池（1mm），光的有），光的有限吸收對電流的限制遠遠大

2、于自由載流子吸收對限吸收對電流的限制遠遠大于自由載流子吸收對電流的影響。電流的影響。兩個本征的復(fù)合原理：輻射復(fù)合，俄竭復(fù)合。兩個本征的復(fù)合原理：輻射復(fù)合，俄竭復(fù)合。n+PWB1、低注入情況：少子的的濃度遠低于電池內(nèi)、低注入情況：少子的的濃度遠低于電池內(nèi)的多子濃度。在假設(shè)電池前、后表面復(fù)合速率的多子濃度。在假設(shè)電池前、后表面復(fù)合速率為零的情況下，俄竭復(fù)合的極限暗電流為：為零的情況下，俄竭復(fù)合的極限暗電流為：mVVWLLnqKTmVVVLWLnqKTmVVCDpqnLWanhJLnqKTVNLLWDNpqnJOCBBOCOCBBOCBBBBLOCBBBBBBBB720)/()/(730:)/tan

3、h()/(730)/()/(cot)/()/(1)/tanh()/()/(002000實驗所得對于薄電池)()(/()/)(3/2(2/300BPnLOCWCCpnqJLnqKTV高注入薄電池高注入薄電池隨著摻雜濃度的降低隨著摻雜濃度的降低,由俄竭復(fù)合限制的由俄竭復(fù)合限制的Voc將將提高，摻雜濃度進一步降低使得電池進入高注提高，摻雜濃度進一步降低使得電池進入高注入狀態(tài)入狀態(tài),此時此時Voc將處于由上式表示的飽和狀態(tài)。將處于由上式表示的飽和狀態(tài)。高注入情況高注入情況低注入低注入 薄電池薄電池低注入低注入厚電池厚電池俄竭復(fù)合：低注入俄竭復(fù)合：低注入n=1 高注入高注入輻射復(fù)合：低注入和高注入輻射復(fù)

4、合：低注入和高注入 n=1缺陷復(fù)合：低注入缺陷復(fù)合：低注入n=1 高注入高注入n=2最大最大FF極限：高注入薄電池極限：高注入薄電池)/() 1/()72. 0(qnKTVvvvLnvFFOCococococ3/2nVOC和和ISC 隨電池厚度的變化趨勢相反，所以對于轉(zhuǎn)換效隨電池厚度的變化趨勢相反，所以對于轉(zhuǎn)換效率存在著一個最佳的厚度值：率存在著一個最佳的厚度值：80m, 28.8%。1、表面反射損失、表面反射損失 10%2、表面電極遮光損失、表面電極遮光損失 515%3、不能充分吸收光的能量、不能充分吸收光的能量4、體內(nèi)復(fù)合、體內(nèi)復(fù)合5、表面復(fù)合、表面復(fù)合電池內(nèi)的復(fù)合過程（表面、體內(nèi)、電池內(nèi)

5、的復(fù)合過程（表面、體內(nèi)、p-n結(jié)區(qū)）結(jié)區(qū)）決定了決定了VOC的大小的大小) 1() 1()()(:2/02/01112KTqvKTqveohoieIeIIppnnnnpU結(jié)區(qū)復(fù)合SCOCCHIVRCHSsRRr/CHSHshRRr/shococsrFFvvFFFFrFFFF000)7 . 0(1)1 (Suns/Voc 準準I-V曲線，曲線， 準轉(zhuǎn)換效率（準轉(zhuǎn)換效率（Rs=0)Rs:Voc處的斜率處的斜率Rsh:Isc處的斜率處的斜率RshRs為什么太陽電池的顏色是深藍色的？為什么太陽電池的顏色是深藍色的？為什么需做絨面？為什么需做絨面？為什么要控制好方塊電阻？為什么要控制好方塊電阻？為什么要

6、在電池背面印刷為什么要在電池背面印刷Al漿？漿？正面電極柵線間的間距是如何決定的？正面電極柵線間的間距是如何決定的？為什么有時為什么有時Rs很大，且通過燒結(jié)條件不能改善？很大，且通過燒結(jié)條件不能改善？需要考慮的因素：需要考慮的因素： 少數(shù)載流子的收集幾率少數(shù)載流子的收集幾率 p-n結(jié)的深度結(jié)的深度 n-型發(fā)射結(jié)的橫向電阻型發(fā)射結(jié)的橫向電阻 襯底的摻雜襯底的摻雜 Al背場背場 n-型發(fā)射結(jié)的限制型發(fā)射結(jié)的限制 電極的設(shè)計電極的設(shè)計 光學(xué)的優(yōu)化設(shè)計光學(xué)的優(yōu)化設(shè)計少數(shù)載流子的收集幾率少數(shù)載流子的收集幾率eLxcef/p-n結(jié)的深度決定了少子收集的有效性。結(jié)的深度決定了少子收集的有效性。n-型發(fā)射結(jié)的

7、摻雜濃度（方塊電阻）決定了正面電極型發(fā)射結(jié)的摻雜濃度（方塊電阻）決定了正面電極柵線間的距離。柵線間的距離。mpmpsmplossVJSPPP122襯底摻底濃度對襯底摻底濃度對Voc, Isc的影響的影響Al背場背場增加電池背面區(qū)域的收集幾率，因此增加增加電池背面區(qū)域的收集幾率，因此增加Isc，減少，減少暗電流（暗電流（I0）。因此增加）。因此增加Voc)tanh(20LeWpLeNqDenIAiAeiNWpqnI20當(dāng)當(dāng)WpLe時，時，n-型發(fā)射結(jié)橫電流電阻型發(fā)射結(jié)橫電流電阻212SVJPmpmpstlBmpmpsmbrbFmpmpsmfrfWVJBAmPWSVJBmP11)(1)(22主柵細柵BWPSWPBsbFsf)()(主柵細柵FmpmpcfWSVJcP柵線電阻柵線電阻柵線遮光柵線遮光接觸電阻接觸電阻主柵的寬度：主柵線電阻造成的功率損耗主柵的寬度：主柵線電阻造成的功率損耗=由主柵線由主柵線遮光造成的功率損耗遮光造成的功率損耗10101nnnnr21212nnnnr112dn22122212221212