第一章太陽電池物理基礎2

1、 高能量光子的吸收系數(shù)很大，所以它在距離表面很短的高能量光子的吸收系數(shù)很大，所以它在距離表面很短的深度就被吸收了（例如硅太陽能電池就在幾微米以內），深度就被吸收了（例如硅太陽能電池就在幾微米以內），而紅光在這種距離的吸收就很弱。即使是在幾微米之后，而紅光在這種距離的吸收就很弱。即使是在幾微米之后，也不是所有的紅光都能被硅吸收。也不是所有的紅光都能被硅吸收。材料吸收深度x吸收深度吸收深度光在被完全吸收之前進入半導體的深度。光在被完全吸收之前進入半導體的深度。與吸收系數(shù)成反比關系，即為與吸收系數(shù)成反比關系，即為-1。顯示了光在其能量。顯示了光在其能量下降到最初強度的大概下降到最初強度的大概36%（

2、或者說（或者說1/e）的時候在材）的時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線照射的半導體每一點生成電子的是指被光線照射的半導體每一點生成電子的數(shù)目。數(shù)目。 假設減少的那部分光線能量全部用來產生電子空穴對，那假設減少的那部分光線能量全部用來產生電子空穴對，那么通過測量透射過電池的光線強度便可以算出半導體材料么通過測量透射過電池的光線強度便可以算出半導體材料生成的電子空穴對的數(shù)目。生成的電子空穴對的數(shù)目。 G=N0e-x N0為表面的光子通量（光子為表面的光子通量（光子/單位面積單位面積.秒）秒） 為吸收系數(shù)，為吸收系數(shù)，x為進入材料的距離。為進入材料的距離。 光的強度隨著

3、在材料中深度的增加呈指數(shù)下降，光的強度隨著在材料中深度的增加呈指數(shù)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。 對于光伏應用來說對于光伏應用來說，入射光是由一系列不同，入射光是由一系列不同波長的光組成的，因此不同波長光的生成率也是波長的光組成的，因此不同波長光的生成率也是不同的。下圖顯示三種不同波長的光在硅材料中不同的。下圖顯示三種不同波長的光在硅材料中的生成率。的生成率。 計算一系列不同波長的光的生成率時，凈的生成率等于計算一系列不同波長的光的生成率時，凈的生成率等于每種波長的總和。下圖顯示入射到硅片的光為標準太陽每種波長的總和。下圖顯示入射到硅片的光為標準太陽光譜時，不同

4、深度的生成率大小。光譜時，不同深度的生成率大小。Y軸的范圍大小是成軸的范圍大小是成對數(shù)的對數(shù)的，顯示著在電池表面產生了數(shù)量巨大的電子空穴，顯示著在電池表面產生了數(shù)量巨大的電子空穴對，而在電池的更深處，生成率幾乎是常數(shù)。對，而在電池的更深處，生成率幾乎是常數(shù)。五、載流子的復合五、載流子的復合 載流子的復合載流子的復合所有處在導帶中的電子都是亞穩(wěn)定狀所有處在導帶中的電子都是亞穩(wěn)定狀態(tài)的，并最終會回到價帶中更低的能量狀態(tài)。它必須移態(tài)的，并最終會回到價帶中更低的能量狀態(tài)。它必須移回到一個空的價帶能級中，所以，當電子回到價帶的同回到一個空的價帶能級中，所以，當電子回到價帶的同時也有效地消除了一個空穴。時

5、也有效地消除了一個空穴。復合途徑復合途徑直接復合直接復合：導帶底的電子躍遷到價帶與空穴復合。：導帶底的電子躍遷到價帶與空穴復合。間接復合間接復合：導帶底躍遷的電子先躍遷到：導帶底躍遷的電子先躍遷到缺陷能級缺陷能級，然后再躍遷到價帶與空穴復合。然后再躍遷到價帶與空穴復合。根據(jù)能量釋放的方式，復合又可分為以下三種形式：根據(jù)能量釋放的方式，復合又可分為以下三種形式：輻射復合。輻射復合。電子與空穴復合的能量以發(fā)射光子的方式釋放。復電子與空穴復合的能量以發(fā)射光子的方式釋放。復合過程中能量釋放的途徑可是直接或間接的。直接復合是沒有聲子合過程中能量釋放的途徑可是直接或間接的。直接復合是沒有聲子參加的絕熱電子

6、躍遷，復合概率較大。間接復合需要聲子參加參加的絕熱電子躍遷，復合概率較大。間接復合需要聲子參加。發(fā)射光子發(fā)射光子發(fā)射聲子發(fā)射聲子CEVEtE直接復合直接復合間接復合間接復合非輻射復合。非輻射復合。無論直接或間接復合，釋放的能量均以發(fā)射聲子無論直接或間接復合，釋放的能量均以發(fā)射聲子的方式交給晶格。直接的效果是提高晶格溫度，此過程極易發(fā)生的方式交給晶格。直接的效果是提高晶格溫度，此過程極易發(fā)生。俄歇復合俄歇復合。是是一種非輻射復一種非輻射復合，它合，它的能量釋放途徑不同于非輻的能量釋放途徑不同于非輻射的釋放能量方式。俄歇過程是導帶中的電子射的釋放能量方式。俄歇過程是導帶中的電子1與價帶中的空穴與價

7、帶中的空穴2復復合，帶間復合釋放的能量交給晶體中另一個鄰近的電子合，帶間復合釋放的能量交給晶體中另一個鄰近的電子3，將電子，將電子3從導帶底躍遷到導帶的高能態(tài)，最后高能態(tài)的電子再通過發(fā)射聲子從導帶底躍遷到導帶的高能態(tài)，最后高能態(tài)的電子再通過發(fā)射聲子而回到導帶底。而回到導帶底。 在外界條件作用下，非平衡載流子產生并出現(xiàn)不同形在外界條件作用下，非平衡載流子產生并出現(xiàn)不同形式的式的復合復合。如果外界作用消失，這些產生的非平衡載流子。如果外界作用消失，這些產生的非平衡載流子會因復合而很快消失，恢復到原來的平衡狀態(tài)。會因復合而很快消失，恢復到原來的平衡狀態(tài)。CEVE12312 3表面和界面復合。表面和界

8、面復合。晶體周期性在表面中斷產生大量懸掛鍵、晶體周期性在表面中斷產生大量懸掛鍵、表面損傷及外來雜質吸附等，都可能在帶隙中引進缺陷態(tài)即表面態(tài)。表面損傷及外來雜質吸附等，都可能在帶隙中引進缺陷態(tài)即表面態(tài)。表面或界面態(tài)對電子和空穴起復合中心的作用，將增加載流子在表表面或界面態(tài)對電子和空穴起復合中心的作用，將增加載流子在表面或界面區(qū)的復合。面或界面區(qū)的復合。在太陽電池的制備中，表面及界面復合對短路電流產生直在太陽電池的制備中，表面及界面復合對短路電流產生直接的影響，低的表面與界面復合是制備高效電池的重要因接的影響，低的表面與界面復合是制備高效電池的重要因素。素。六、載流子輸運性質六、載流子輸運性質 載

9、流子漂移：載流子漂移：在電場作用下，在電場作用下，自由空穴沿電場方向漂移，或電自由空穴沿電場方向漂移，或電子逆電場方向漂移，均可形成電子逆電場方向漂移，均可形成電流。載流子從電場不斷獲得能量流。載流子從電場不斷獲得能量而加而加速。速。另一方面，載流子在晶體場中受另一方面，載流子在晶體場中受到偏離周期場的畸變勢的散射作到偏離周期場的畸變勢的散射作用，失去原來的運動方向或損失用，失去原來的運動方向或損失能量能量，這種偏，這種偏離周期勢的散射作離周期勢的散射作用使載流子漂移速度不會無限地用使載流子漂移速度不會無限地增大。增大。輸運輸運導帶和價帶自由載流子在外場（電場、磁場、溫度場）作導帶和價帶自由載

10、流子在外場（電場、磁場、溫度場）作用下運動，如載流子在電場作用下的漂移運動、載流子空間分布不用下運動，如載流子在電場作用下的漂移運動、載流子空間分布不均勻引起的擴散運動等。均勻引起的擴散運動等。 載流子擴散：載流子擴散：當固體中粒子濃度（原子、分子、電子、空穴當固體中粒子濃度（原子、分子、電子、空穴等）在空間分布不均勻時將發(fā)生擴散運動。等）在空間分布不均勻時將發(fā)生擴散運動。載流子從高濃度向載流子從高濃度向低濃度的擴散運動低濃度的擴散運動是載流子重要輸運方式。是載流子重要輸運方式。載流子在光激發(fā)下的過程載流子在光激發(fā)下的過程光光照在半導體材料的局部位置，照在半導體材料的局部位置，產產生非生非平衡

11、載流子，去除光照后，產生的非平衡載流子產生平衡載流子，去除光照后，產生的非平衡載流子產生復合；同時，非平衡載流子將以光照點為中心，向低濃度區(qū)復合；同時，非平衡載流子將以光照點為中心，向低濃度區(qū)域擴散，直至非平衡載流子由于復合而消失。域擴散，直至非平衡載流子由于復合而消失。1.2 pn結基礎結基礎一、一、pnpn結概念及分類結概念及分類pn結結摻有施主雜質的摻有施主雜質的n型半導體與摻有受主雜質的型半導體與摻有受主雜質的p型型半導體有機結合，形成具有特定功能的結構。半導體有機結合，形成具有特定功能的結構。pn結是構成半結是構成半導體器件及其應用組成件的基本單元。導體器件及其應用組成件的基本單元。

12、pnpn結結同質結：同質結：由同一種材料且?guī)秾挾认嗤珜щ婎愋陀赏环N材料且?guī)秾挾认嗤珜щ婎愋筒煌牟牧辖M成；不同的材料組成；異質結：異質結：由帶隙寬度不同的材料組成；由帶隙寬度不同的材料組成；pn結二極管的結構不僅是太陽能電池結構的基礎還是其它許多電結二極管的結構不僅是太陽能電池結構的基礎還是其它許多電子器件的基礎，如子器件的基礎，如LEDS、激光、光電二極管還有雙極結二極管、激光、光電二極管還有雙極結二極管（BJTS）。一個）。一個pn結把之前所描述的載流子復合、產生、擴散和結把之前所描述的載流子復合、產生、擴散和漂移全部集中到一個器件中。漂移全部集中到一個器件中。pn結的雜質分布示

13、意圖結的雜質分布示意圖pnpn結結突變結：突變結：半導體的摻雜是均勻的，半導體的摻雜是均勻的，pn結形成后在結形成后在界面兩邊的雜質空間分布式突變的；界面兩邊的雜質空間分布式突變的；緩變結：緩變結：半導體的摻雜是不均勻的，半導體的摻雜是不均勻的，pn結形成后結形成后在界面兩邊的雜質空間分布式逐漸變化的；在界面兩邊的雜質空間分布式逐漸變化的；太陽電池工藝中形成的太陽電池工藝中形成的pn結為緩變結結為緩變結二、二、pnpn結的能帶結構結的能帶結構 由于濃度梯度的存在，電子由高濃度的由于濃度梯度的存在，電子由高濃度的n型半導體向低濃度的型半導體向低濃度的p型半導體擴散，在界面附近出現(xiàn)正電荷區(qū)域；空穴

14、由型半導體擴散，在界面附近出現(xiàn)正電荷區(qū)域；空穴由p型半導體向型半導體向n型半導體擴散，在界面附近出現(xiàn)負電荷區(qū)域。此區(qū)域稱為型半導體擴散，在界面附近出現(xiàn)負電荷區(qū)域。此區(qū)域稱為pn結的結的空空間電荷區(qū)間電荷區(qū)。 空間電荷區(qū)中形成一個從空間電荷區(qū)中形成一個從n區(qū)指向區(qū)指向p區(qū)的電場區(qū)的電場E。同時，。同時，電場電場E產生產生漂移流漂移流，其方向與，其方向與擴散流擴散流相反，阻止由于擴散引相反，阻止由于擴散引起的空間電荷區(qū)電場的增強。當擴散流等于漂移流時兩者起的空間電荷區(qū)電場的增強。當擴散流等于漂移流時兩者達到達到平衡平衡，在空間電荷區(qū)最終建立的電場稱為，在空間電荷區(qū)最終建立的電場稱為內建場內建場。

15、- - - - - - - - - - -p區(qū)區(qū)n區(qū)區(qū)Epn結組成的三部分：（1）空間電荷區(qū)，區(qū)內沒有可移動的載流子，載流子耗盡，也稱）空間電荷區(qū)，區(qū)內沒有可移動的載流子，載流子耗盡，也稱耗盡區(qū)，或勢壘區(qū)；耗盡區(qū)，或勢壘區(qū)；（2）準中性的）準中性的p區(qū)；區(qū)； （3）準中性的）準中性的n區(qū)。區(qū)。隨著內建場的建立，隨著內建場的建立，EFn與與n區(qū)能帶一起下區(qū)能帶一起下移，或移，或EFp與與p區(qū)能帶區(qū)能帶一起上移。當擴散一起上移。當擴散與漂移運動達到平與漂移運動達到平衡時，衡時，pn結有統(tǒng)一結有統(tǒng)一的費米能級，達到的費米能級，達到熱平衡，對外不呈熱平衡，對外不呈現(xiàn)電流。能帶的傾現(xiàn)電流。能帶的傾斜就表

16、示著電場的斜就表示著電場的存在。存在。三、三、pnpn結的電流電壓特性結的電流電壓特性pn結的電流電壓特性結的電流電壓特性太陽能光電轉換就是太陽能光電轉換就是利用利用pn結自建電場產結自建電場產生的光生伏特效應。生的光生伏特效應。 當電壓為正向偏置時（當電壓為正向偏置時（p區(qū)接正，區(qū)接正，n區(qū)接負），電流基本隨電區(qū)接負），電流基本隨電壓呈指數(shù)上升，稱為壓呈指數(shù)上升，稱為正向電流正向電流。 當電壓反向偏置時，通過的電流很小，稱為當電壓反向偏置時，通過的電流很小，稱為反向電流反向電流，當反，當反向電壓大于一定數(shù)值時，電流就會快速增大，向電壓大于一定數(shù)值時，電流就會快速增大，pn結被擊穿，此電結被擊

17、穿，此電壓稱為壓稱為擊穿電壓擊穿電壓。正向電流描述載流子的復合過程，正向電流描述載流子的復合過程，反向電流描述載流子的抽取過程。反向電流描述載流子的抽取過程。http:/ 將銦晶體放置在將銦晶體放置在n型的鍺單晶上，加溫至型的鍺單晶上，加溫至500600，銦晶體逐，銦晶體逐漸熔化成液體，在兩者界面處的鍺單晶原子會溶入液體，在鍺單晶漸熔化成液體，在兩者界面處的鍺單晶原子會溶入液體，在鍺單晶的表面形成一層合金液體，鍺在其中的濃度達到飽和。然后降溫，的表面形成一層合金液體，鍺在其中的濃度達到飽和。然后降溫，合金液體和銦液體重新結晶，這時合金液體將會結晶成含銦的鍺單合金液體和銦液體重新結晶，這時合金液

18、體將會結晶成含銦的鍺單晶，這層單晶鍺是晶，這層單晶鍺是p型半導體，與型半導體，與n型鍺單晶構成型鍺單晶構成pn結。結。2、擴散法、擴散法指在指在n型或型或p型半導體材料中，利用擴散工藝型半導體材料中，利用擴散工藝摻入相反類型的雜質，在一部分區(qū)域形成與摻入相反類型的雜質，在一部分區(qū)域形成與體材料相反類型的半導體，構成體材料相反類型的半導體，構成pn結。結。p-Sip-Sip-SiP2O5n-Si 將硅晶體加熱至將硅晶體加熱至8001200，通入，通入P2O5氣體，氣體在硅表面分氣體，氣體在硅表面分解，磷沉積在硅表面并擴散到體內，在硅表面形成一層含高濃度磷解，磷沉積在硅表面并擴散到體內，在硅表面形

19、成一層含高濃度磷的單晶硅，成為的單晶硅，成為n型半導體，其與型半導體，其與p型硅材料的交界處就構成型硅材料的交界處就構成pn結。結。3、離子注入法、離子注入法指將指將n型或型或p型半導體摻雜劑的離子束在靜電型半導體摻雜劑的離子束在靜電場中加速，使之具有高動能，注入場中加速，使之具有高動能，注入p型半導型半導體（或體（或n型半導體的表面區(qū)域），在表面形型半導體的表面區(qū)域），在表面形成與體內相反的半導體，構成成與體內相反的半導體，構成pn結。結。p-Sip-Sip-Sin-Si硼離子硼離子 利用靜電場將硼離子加速，使之具有數(shù)萬到幾十萬電子伏特的利用靜電場將硼離子加速，使之具有數(shù)萬到幾十萬電子伏特的

20、能量，注入能量，注入n型單晶硅中，在表面形成型單晶硅中，在表面形成p型半導體層，從而組成型半導體層，從而組成pn結。結。 將單晶硅材料加熱至將單晶硅材料加熱至6001200，然后加入硅烷氣體，同時通，然后加入硅烷氣體，同時通入適量的入適量的P2O5氣體，它們在晶體硅表面遇熱分解，在晶體硅表面形氣體，它們在晶體硅表面遇熱分解，在晶體硅表面形成一層含磷的成一層含磷的n型單晶硅薄膜，與型單晶硅薄膜，與p型單晶硅材料接觸形成型單晶硅材料接觸形成pn結。結。4、薄膜生長法、薄膜生長法指將指將n型或型或p型半導體表面，通過氣相、液相型半導體表面，通過氣相、液相等外延技術，生長一層具有相反導電類型的等外延技

21、術，生長一層具有相反導電類型的半導體薄膜，在兩者的界面處形成半導體薄膜，在兩者的界面處形成pn結。結。p-Sip-Sip-SiSiH4+P2O5n-Si1.3 太陽能電池物理基礎太陽能電池物理基礎 入射到太陽電池的光通過入射到太陽電池的光通過同時產生電流和電壓同時產生電流和電壓的形式來產生的形式來產生電能。這個過程的發(fā)生需要電能。這個過程的發(fā)生需要兩個條件：兩個條件：1、被吸收的光要能在、被吸收的光要能在材料中把一個材料中把一個電子電子激發(fā)到高能級激發(fā)到高能級；2、處于高能級的電子、處于高能級的電子能從電池中能從電池中移動到移動到外部外部電路。在外部電路。在外部電路的電子消耗了電路的電子消耗了

22、能量然后回到電池能量然后回到電池中。中。減反射膜減反射膜前端接觸電極前端接觸電極發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)基區(qū)背接觸電極背接觸電極電子空穴對電子空穴對 太陽能電池運行的基本步驟：太陽能電池運行的基本步驟： 光生載流子的產生光生載流子的產生 光生載流子聚集成電流光生載流子聚集成電流 產生跨越太陽能電池的高電壓產生跨越太陽能電池的高電壓 能量在電路和外接電阻中消耗能量在電路和外接電阻中消耗 在太陽能電池中產生的電流叫做在太陽能電池中產生的電流叫做“光生電流光生電流”，它的產生包括了它的產生包括了兩個主要的過程兩個主要的過程。 第一個過程是吸收入射第一個過程是吸收入射光子光子并產生電子空穴對并產生電子空穴對。

23、電子空穴對只能由能量大于太陽能電池的禁帶寬度的光電子空穴對只能由能量大于太陽能電池的禁帶寬度的光子產生。然而，子產生。然而，電子（在電子（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）是處在亞穩(wěn)定狀態(tài)的，在復合之前其平均生存是處在亞穩(wěn)定狀態(tài)的，在復合之前其平均生存時間等于少數(shù)載流子的壽命。如果載流子被復合了，光時間等于少數(shù)載流子的壽命。如果載流子被復合了，光生電子空穴對將消失，也產生不了電流或電能了。生電子空穴對將消失，也產生不了電流或電能了。 第二第二個過程是個過程是pn結通過對這些光生載流子的結通過對這些光生載流子的收集收集，即把電子和空穴分散到不同的區(qū)域，阻即把電子和

24、空穴分散到不同的區(qū)域，阻止它止它們的復合。們的復合。pn結是通過其結是通過其內建電場內建電場的作用把載流子分開的。如果光的作用把載流子分開的。如果光生少數(shù)載流子到達生少數(shù)載流子到達pn結，將會被內建電場移到另一個區(qū)，結，將會被內建電場移到另一個區(qū)，然后它便成了然后它便成了多數(shù)多數(shù)載流子。如果用一根導線把發(fā)射區(qū)跟載流子。如果用一根導線把發(fā)射區(qū)跟基區(qū)連接在一基區(qū)連接在一起，起，光生載流子將流到外部電路。光生載流子將流到外部電路。 “收集概率收集概率”光照射到電池的某個區(qū)域產生的載流子被光照射到電池的某個區(qū)域產生的載流子被pn結結收集并參與到電流流動的概率，它的收集并參與到電流流動的概率，它的大小取

25、決于大小取決于光生載流子需要光生載流子需要運動的距離和電池的表面特性。運動的距離和電池的表面特性。 收集概率的不一致產生了光生電流的光譜效應。例如，收集概率的不一致產生了光生電流的光譜效應。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。比較下圖的藍光、紅光和紅外。比較下圖的藍光、紅光和紅外光，藍光在硅表面的零點幾微米處幾乎被全部吸收。因此，如果頂光，藍光在硅表面的零點幾微米處幾乎被全部吸收。因此，如果頂端表面的收集概率非常低的話，入射光中藍光將不對光生電池做出端表面的收集概率非常低的話，入射光中藍光將不對光生電池做出貢貢獻獻。波長波長0.45m的藍光擁有高吸收

26、率，的藍光擁有高吸收率，為為105cm-1，也因此它在非?？拷?，也因此它在非常靠近頂端表面處被吸收。波長頂端表面處被吸收。波長0.8m的紅光的吸收率的紅光的吸收率103cm-1，因此其，因此其吸收長度更深一些。吸收長度更深一些。1.1m紅外紅外光的吸收率為光的吸收率為103cm-1，但是它幾，但是它幾乎不被吸收因為它的能量接近于乎不被吸收因為它的能量接近于硅材料的禁帶寬度。硅材料的禁帶寬度。 “量子效率量子效率”太陽能電池所太陽能電池所收集的載流子的數(shù)量與入射光子收集的載流子的數(shù)量與入射光子的數(shù)量的比例的數(shù)量的比例。量子效率即可以與波長相對應又可以與光子能量。量子效率即可以與波長相對應又可以與

27、光子能量相對應。如果某個特定波長的所有光子都被吸收，并且其所產生相對應。如果某個特定波長的所有光子都被吸收，并且其所產生的少數(shù)載流子都能被收集，則這個特定波長的所有光子的量子效的少數(shù)載流子都能被收集，則這個特定波長的所有光子的量子效率都是相同的。而能量低于禁帶寬度的光子的量子效率為零。下率都是相同的。而能量低于禁帶寬度的光子的量子效率為零。下圖將描述理想太陽能電池的量子效率曲線。圖將描述理想太陽能電池的量子效率曲線?？偭孔有实臏p小是由反射效應和總量子效率的減小是由反射效應和過短的擴散長度引起的。過短的擴散長度引起的。理想量子理想量子效率曲線效率曲線能量低于禁帶寬度的光能量低于禁帶寬度的光不能

28、被吸收，所以長波不能被吸收，所以長波長的量子效率為零。長的量子效率為零。量子效率量子效率前端表面復合導致藍光響應的減小。前端表面復合導致藍光響應的減小。紅光響應的降低是由于背表紅光響應的降低是由于背表面反射、對長波光的吸收的面反射、對長波光的吸收的減少和短擴散長度減少和短擴散長度 “光譜響應光譜響應”在概念上類似于量子效率。量子效在概念上類似于量子效率。量子效率描述的是電池產生的光生電子數(shù)量與入射到電池的光率描述的是電池產生的光生電子數(shù)量與入射到電池的光子數(shù)量的比，而光譜響應指的是太陽能電池產生的電流子數(shù)量的比，而光譜響應指的是太陽能電池產生的電流大小與入射能量的比例。下圖將描述一光譜響應曲線

29、。大小與入射能量的比例。下圖將描述一光譜響應曲線。理想的光譜響應理想的光譜響應硅太陽能電池的響應曲線硅太陽能電池的響應曲線能量低于禁帶寬度的光不能能量低于禁帶寬度的光不能被吸收，所以在長波長段的被吸收，所以在長波長段的光譜響應為零。光譜響應為零。光譜響應光譜響應 “短短路電路電流流”是是指當穿過電池的電壓為零時流過電池指當穿過電池的電壓為零時流過電池的電流（或者說電池被短路時的電流）。通常記作的電流（或者說電池被短路時的電流）。通常記作ISC。 短路電流源于光短路電流源于光生載流子的產生生載流子的產生和和收收集。對于電阻阻抗最集。對于電阻阻抗最小的理想太陽能電池小的理想太陽能電池來說，短路電流

30、就等來說，短路電流就等于光生電流。因此短于光生電流。因此短路電流是電池能輸出路電流是電池能輸出的最大電流。的最大電流。 短路電流的大小取決于以下幾個因素：短路電流的大小取決于以下幾個因素： 太陽能電池的表面太陽能電池的表面積，積，要要消除太陽能電池對表面積的依賴，消除太陽能電池對表面積的依賴，通常需改變短路電流強度（通常需改變短路電流強度（JSC單位為單位為mA/cm2）而不是短路）而不是短路電流。電流。 光子的數(shù)量（即入射光的強度光子的數(shù)量（即入射光的強度），），電電池輸出的短路電流池輸出的短路電流ISC的的大小直接取決于光照強大小直接取決于光照強度度。 入射光的光入射光的光譜，譜，測測量太

31、陽能電池是通常使用標準的量太陽能電池是通常使用標準的1.5大氣質大氣質量光譜。量光譜。 電池的光學特性電池的光學特性（吸收和反射（吸收和反射）。）。 電池的收集概率電池的收集概率，主要取決于電池表面鈍化和基區(qū)的少數(shù)載，主要取決于電池表面鈍化和基區(qū)的少數(shù)載流子壽命。流子壽命。 “開開路電路電壓壓”VOC是太陽能電池能輸出的最大電壓，是太陽能電池能輸出的最大電壓，此時輸出電流為零。開路電壓的大小相當于光生電流在此時輸出電流為零。開路電壓的大小相當于光生電流在電池兩邊加的正向偏壓。開路電壓如下圖伏安曲線所示。電池兩邊加的正向偏壓。開路電壓如下圖伏安曲線所示。開路電壓是太陽能電池的開路電壓是太陽能電池

32、的最大電壓，即凈電流為零最大電壓，即凈電流為零時的電壓。時的電壓。 短路電流和開路電壓分別是太陽能電池能輸出的最大電短路電流和開路電壓分別是太陽能電池能輸出的最大電流和最大電壓。然而，當電池輸出狀態(tài)在這兩點時，電池的流和最大電壓。然而，當電池輸出狀態(tài)在這兩點時，電池的輸出功率都為零輸出功率都為零。 “填充因子填充因子”“”“FF”，是由開路電壓是由開路電壓VOC和短和短路電流路電流ISC共同決定的共同決定的參數(shù)，它參數(shù)，它決定決定了太陽了太陽能電池的能電池的輸出效率輸出效率。填充因子被定義為電填充因子被定義為電池的最大輸出功率與池的最大輸出功率與開路開路VOC和和ISC的乘積的乘積的比值。從圖

33、形上看，的比值。從圖形上看，F(xiàn)F就是能夠占據(jù)就是能夠占據(jù)IV曲曲線區(qū)域最大的面積。線區(qū)域最大的面積。FF為最大功率除以開路電壓與短路為最大功率除以開路電壓與短路電流的乘積電流的乘積 FF=VmpImp/（VOCISC ） 除除了反映太陽能電池的性能之外，效了反映太陽能電池的性能之外，效率還決定于入射光的光譜和光強以及電池率還決定于入射光的光譜和光強以及電池本身的溫度本身的溫度。 所所以在比較兩塊電池的性能時，必須以在比較兩塊電池的性能時，必須嚴格控制其所處的環(huán)境。測量陸地太陽能嚴格控制其所處的環(huán)境。測量陸地太陽能電池的條件是光照電池的條件是光照AM1.5和溫度和溫度25C。而。而空間太陽能電池

34、的光照則為空間太陽能電池的光照則為AM0。 下下式為計算發(fā)電效率的方程：式為計算發(fā)電效率的方程：Pmax= VOCISC FF =Pmax/Pin = VOCISC FF /Pin發(fā)電效率發(fā)電效率是人們在比較兩塊電池好壞時最常使用的參數(shù)。是人們在比較兩塊電池好壞時最常使用的參數(shù)。效率定義為電池輸出的電能與射入電池的光能的比例。效率定義為電池輸出的電能與射入電池的光能的比例。 測量太陽能電池性能最常用最基本的方式是，在精確控測量太陽能電池性能最常用最基本的方式是，在精確控制的光源照射下測量電池的伏安曲線，并嚴格控制電池的溫度。制的光源照射下測量電池的伏安曲線，并嚴格控制電池的溫度。下圖展示了測量伏安曲線的裝置。下圖展示了測量伏安曲線的裝置。測試測試IV曲線的裝置原理圖曲線的裝置原理圖 因為太陽能電池對光強和溫度都很敏感，所以在測試的時候因為太陽能電池對光強和溫度都很敏感，所以在測試的時候這種條件都需要仔細控制。對于光源，光譜和光強這兩個數(shù)據(jù)都這種條件都需要仔細控制。對于光源，光譜和光強這兩個數(shù)據(jù)都要知道，并且要控制在標準要知道，并且要控制在標準AM1.5光譜上光譜上。光源接近光源接近AM1.5光源由計算機控制