光伏太陽能電池電池教程

1、可見光J10602.1eV1192m s# （光子數(shù)量） hcJm2EWH1.24(eV)Eqm24. 1qm1eVEqmmWF222 1i0dFHF1exphc2)(52TkhcF4THT2900mp低能量光子低能量光子高能量光子高能量光子太陽光太陽光玻璃三棱鏡玻璃三棱鏡sun220HDRH3652n360cos033. 01HHconstant）（墨爾本，光伏陣列傾斜角度墨爾本，光伏陣列傾斜角度60相對輸出電流相對輸出電流晴朗晴朗冬天冬天多云冬天多云冬天 cos1AM 2hs1AM標(biāo)桿高度標(biāo)桿高度h影子長度，影子長度，s 36364.107995.9650572. 0cos1AM）（0.6

2、78AMD7 . 0353. 1IDGII1 . 1點擊點擊d284365360sin45.23d284365360sin45.23高度角高度角天頂角天頂角 )cos()cos()sin(coscossincos1高度角方位角HRA 60TCcoscossinsincos1511260coscossinsincos1511211日落時間日出時間TC sinSSsinncidentimoduleincidenthorizontalSSd284365360sin45.23水平面水平面太陽輻太陽輻射射 sinsinSSlhorizontamodule典型氣象年典型氣象年平均輻射數(shù)據(jù)平均輻射數(shù)據(jù)110

3、0130099007112001271098040113001187940401140010939004111500100086001116331061173961411171102601337106140118186311150101151401曲線包圍的面積曲線包圍的面積太陽日照度太陽日照度兩曲線包圍的面積必須相等兩曲線包圍的面積必須相等 導(dǎo)帶導(dǎo)帶價帶價帶np1eIIqv/kT01enk/qv0TII減反射膜前端接觸電極發(fā)射區(qū)基區(qū)背接觸電極電子空穴對對收集概率的計算，紅線代表發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散長度，藍(lán)線代表基區(qū)的發(fā)射長度前端表面在高復(fù)合率的情況下，其表面的收集概率很低。低擴(kuò)散長度的太陽能電池。在

4、電池中位置弱鈍化的太陽能電池強(qiáng)鈍化的太陽能電池在耗散區(qū)的收集概率相同背表面收集概率 dx xCPxGqJW0L w0 x0dxxCPdeHq收集概率生成率在電池中的距離 在1.5光譜下硅的生成速率。注意，電池表面的生成率是最高的，因此電池對表面特性是很敏感的。收集概率的不一致產(chǎn)生了光生電流的光譜效應(yīng)。例如，表面的收集概率低于其他部分的收集概率。比較下圖的藍(lán)光、紅光和紅外光，藍(lán)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，入射光中將沒有藍(lán)光對光生電池做出貢總量子效率的減小是由反射效應(yīng)和過短的擴(kuò)散長度引起的。理想量子效率曲線能量低于禁帶寬度的光不能被吸收，所以長波

5、長的量子效率為零。量子效率前端表面復(fù)合導(dǎo)致藍(lán)光響應(yīng)的減小。紅光響應(yīng)的降低是由于背表面反射、對長波光的吸收的減少和短擴(kuò)散長度右圖為硅太陽能電池的量子效率。通常，波長小于350nm的光子的量子效率不予測量，因為在1.5大氣質(zhì)量光譜中，這些短波的光所包含能量很小。理想的光譜響應(yīng)理想的光譜響應(yīng)硅太陽能電池的響應(yīng)曲線。 理想的光譜響應(yīng)在長波長段受到限制，因為半導(dǎo)體不能吸收能量低于禁帶寬度的光子。這種限制在量子效率曲線中同樣起作用。然而，不同于量子效率的矩形曲線，光譜響應(yīng)曲線在隨著波長減小能量低于禁帶寬度的光不能被吸收，能量低于禁帶寬度的光不能被吸收，所以在長波長段的光譜響應(yīng)為零。所以在長波長段的光譜響應(yīng)

6、為零。光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)量子效率光譜響應(yīng)QEhcqSRLITII1nkqvexp0動畫展示了光對一個pn結(jié)的電流電壓特性的影響。太陽能電池的伏安曲線短路電流ISC是電池流出的最大電流，此時穿過電池的電壓為零。電池產(chǎn)生的電能短路電流源于光生載流子的產(chǎn)生的收集。對于電阻阻抗最小的理想太陽能電池來說，短路電流就等于光生電流。因此短路電流是電池能輸出的最大電流。 通過把輸出電流設(shè)置成零，便可得到太陽能電池的開路電壓方程1IInqnkocOLLTV 輸出電流（紅線）和功率的（藍(lán)線）圖表。同時標(biāo)明了電場的短路電流（ISC）點、開路電壓（Voc）點以及最大功率點（Vmp，Imp），點擊圖片可以看到當(dāng)電池的填充

7、因子變小時曲線是如何變化的。1nkTqVLnqnkTVVmpocmp 然而，單從上面的步驟并不能得出一個簡單或近似的方程。上面的方程只與VOC和Vmp，所以還需要額外的能求出Imp和FF的方程。一個比較常使用的經(jīng)驗方程是：1Voc72. 0VocLnVocFF）（ 直線斜率的倒數(shù)就是特征電阻。在大多數(shù)情況下，當(dāng)串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻處在典型值的時候，寄生電阻對電池的最主要影響便是減小填充因子。串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的阻值以及它們對電池最大功率點的影響都決定于電池的幾何結(jié)構(gòu)。在太陽能電池中，電阻的單位是cm2.由歐姆定律可以求出單位面積的阻值，R（ cm2）=V/J。此電池的表面積為1cm2CHSRRP

8、PRVIPRVIIVRIIVP11 1 mpmpsocscmpsmpmpmpmps2mpmpmpmp 在此，把rs=Rs/RCH定義為標(biāo)準(zhǔn)串聯(lián)電阻，因此，上述方程便可改為Pmp=Pmp（1-rs）此電池的表面積為1cm2。通過測量伏安曲線在接近短路電流處的斜率可以估算出電池內(nèi)并聯(lián)電阻的值。sCHmpmpshSCocmpRRPPRIVPVIVP111 R1IV1IV Rshmpmpmpmpsh2mpmpmpmp在這里把rsh=RSH/RCH定義為標(biāo)準(zhǔn)并聯(lián)電阻shoococoshrFFV7 . 01VFFFF此方程在rsh0.4時有效SHssOLRIRnkTIRVqexpIIIV 而電池的等效電路

9、圖為：結(jié)合串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的影響，總的方程為：shsococsshr0.7V1FFFFFFV4 . 5rr 1 . 11rFFV7 . 014 . 5r1.1r-1FFFF2ssshOoc2ssOOCV 短路電流ISC提高幅度很小溫度較高的電池開路電壓Voc下降幅度大D2ioLNDnqAIkTE-3kTE23*h*e322iG0G0eBTemmhkT24n式中，T表示溫度，h和k都是常數(shù)，me和mh分別是電子和空穴的有效質(zhì)量；EG0為禁帶寬度，B是也是一個常數(shù)，但基本不受溫度影響。把這個方程帶回到求解電流的方程中，并假設(shè)溫度對其它參數(shù)的影響忽略不計，則：KTKTEDTBBTLNDAIGG00

10、E-30eeq式中B為一個不受溫度影響的常數(shù)。常數(shù)，被用來代替數(shù)字3以把其它參數(shù)可能受溫度的影響包括進(jìn)去。對于溫度接近于室溫的硅太陽能電池來說，溫度每升高10C，Io將升高將近一倍。把上述方程代入到Voc的方程中，便可計算出Io對開路電壓的影響。KTqVnnnqenqnqnnqnqG0KTqV-scscocG0TLBLILKTTBLKTILKTILILKTIILKTVSCOSCO其中，EG0=qVG0.我們假設(shè)dVoc/dT不受dIsc/dT的影響，則qk-TV-VdTdVGOOCocCVTKT/m2 . 2q/V-V-dTdVOCG0ocC/0006. 0dTdII1SCSC此方程顯示，太陽

11、能電池的溫度敏感性取決于開路電壓的大小，即電池的電壓越大，受溫度的影響就越小。對于硅來說，EG0為1.2，設(shè)為3，則開路電壓的變化為大約2.2mv/C當(dāng)溫度升高時，短路電流Isc會輕微地上升，因為當(dāng)禁帶寬度EG減小時，將有更多的光子有能力激發(fā)電子空穴對。然而，這種影響是很小的，下面的方程將表示硅太陽能電池中短路電流受溫度影響程度：同時，硅電池的填充因子FF受溫度的影響為C/0015. 06/1dTdVV1dTdFFFF1OCOCTC/0.0050.004-dTdPP1dTdII1dd1dTdVV1dTdPP1PmmSCSCOCocmmmvar到TFFFF南極洲，正在測量太陽能電池的效率。太陽能

12、電池喜歡陽光明媚寒冷天氣。聚光對太陽能電池的伏安特性的影響。短路電流ISC隨著聚光呈線性上升FF可能會因串聯(lián)電阻的上升而下降開路電壓隨光強(qiáng)呈對數(shù)上升XLnqnkTnIILnqnkTIXILnqnkTVOSCOSCOCOCVXL式中X代表入射光的強(qiáng)度。因為只需小面積的太陽能電池，所以聚光太陽能電池系統(tǒng)的成本比功率相同的平板太陽能電池系統(tǒng)要低。聚光電池的效率優(yōu)勢可能會因串聯(lián)電阻的增加而有所下降，因為短路電流成線性增加，同時電池的溫度也迅速上升。由短路電流引起的光源接近AM1.5因為太陽能電池對光強(qiáng)和溫度都很敏感，所以在測試的時候這種條件都需要仔細(xì)控制。對于光源，光譜和光強(qiáng)這兩個數(shù)據(jù)都要知道，并且要

13、控制在標(biāo)準(zhǔn)AM1.5光譜上。世界上有幾個實驗室專門從事對太陽能電池的測量，只有從這些實驗室測量出的結(jié)果才能被認(rèn)為是官方的結(jié)果。最高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率結(jié)果將定期發(fā)布在光伏進(jìn)展的“太陽能電池效率表”一欄中，我們將在本電子教程的“太陽能電池效率結(jié)果”一節(jié)里給出一個樣本，僅供參考。而非正規(guī)的測量將使用控制精度較低的光源，并利用參考電池來校對光源。所謂參考電池，即電氣性能和光學(xué)性能都盡可能與光源由計算光源由計算機(jī)控制機(jī)控制溫度控制試驗臺把電池溫度控制試驗臺把電池溫度控制在溫度控制在25硅太陽能電池效率的演變。理論上，光伏電池的最高轉(zhuǎn)換效率能達(dá)到90%以上。然而，這一數(shù)字的獲得是以幾個假設(shè)為前提的，這些假

14、設(shè)在實際上很難或根本不可能達(dá)到，至少在現(xiàn)今人類的科技水平和對器件物理的理解上很難達(dá)到。對于硅太陽能電池來說，其在一個太陽照射下，比較實際的理論最高效率值大約為26%-28%。現(xiàn)今實驗室測得的被頂端電極所阻擋表面反射被電池的背面反射下面將介紹幾種能減少光損失的方法：盡量使電池頂端電極覆蓋的面積達(dá)到最?。ūM管這樣可能導(dǎo)致串聯(lián)電阻的增加）。這一點在串聯(lián)電阻一節(jié)中有詳細(xì)討論201nnn 盡管，通過上面的公式，選用相應(yīng)厚度、折射率膜和相應(yīng)波長的光，能使反射的光減少到零，但是每一種厚度和折射率只能對應(yīng)一種波長的光。在光伏應(yīng)用中，人們設(shè)計薄膜的厚度和反射率，以使波長為0.6m的光的反射率達(dá)到最小。因為這個波

15、長的能量最接近太陽光譜能量的峰值。裸硅覆蓋玻璃的硅覆蓋了折射率為2.3的玻璃的硅如果鍍上多層減反射膜，能減少反射率的光譜范圍將非常寬。但是，對于多數(shù)商業(yè)太陽能電池來說，這樣的成本通常太高。破壞性干涉導(dǎo)致反射光為零建設(shè)性干涉導(dǎo)致所有的光都被反射使用厚度為四分之一波長的減反射膜來減少表面反射。完成表面制絨有幾種方法。一塊單晶硅襯底可以沿著晶體表面刻蝕便能達(dá)到制絨效果。如果表面能恰當(dāng)符合內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)的話，硅表面的晶體結(jié)構(gòu)將變成由金字塔構(gòu)成表面。我們在下圖畫出了一個這樣的金字塔結(jié)構(gòu)，而緊接著的是用電子顯微鏡拍攝的硅表面制絨。這種制絨方式叫“隨機(jī)型金字塔”制絨，通常在單晶硅電池制造上使用。右圖便是組成晶

16、硅太陽能電池制絨表面的金字塔結(jié)構(gòu)。單晶硅制絨表面的電子顯微鏡掃描照片。另一種表面制絨方式叫“倒金字塔型”制絨。這種制絨方法是往硅表面下面刻蝕，而不是從表面往上刻蝕。右圖也展示了這種制絨表面的圖片。刻蝕多晶硅表面時，上面講到的兩種方法都不能使用，因為只有在由晶體表面構(gòu)成的表面才能完成有效的形態(tài)。而多晶硅表面上，只有一小部分面積才有方向。但是多晶硅制絨可以使用光刻技術(shù)和機(jī)械雕刻技術(shù)，即使用切割鋸或激光把表面切割成相應(yīng)的形狀。多晶硅制絨表面的電子顯微鏡照片12112sinnnsin光在經(jīng)制絨的太陽能電池上的反射和入射。如果光線從折射率大的介質(zhì)入射到折射率小的介質(zhì)，將有可能發(fā)生全反射。此時的入射角為臨

17、界角，在上面的方程中，設(shè)2為0，得： 121 -1nnsin利用全內(nèi)反射，可以把光困在電池內(nèi)面，是穿入電池的光成倍增加，因此厚度很薄的電池也能擁有很長的光路徑長度。頂角小于臨界角的光逃出電池。光被全反射并圍困在電池內(nèi)。入射光在電池背面的隨機(jī)反射理想和現(xiàn)實太陽能電池的典型量子效率，描述了復(fù)合損失和光損失的影響，前表面的反射和復(fù)合。體內(nèi)和背面的復(fù)合加上沒被吸收的光。三種不同類型的晶體硅太陽能電池的量子效率曲線。埋柵和絲網(wǎng)印刷曲線表示的是電池的內(nèi)部量子效率，而PERL曲線則表示電池的外部量子效率。PERL電池對紅外光的響應(yīng)最好，因為被良好地鈍化，有高效率的背表面反射。絲網(wǎng)印刷埋柵PERL在假設(shè)表面鈍

18、化的前提下，摻雜對擴(kuò)散長度和開路電壓的影響。擴(kuò)散長度開路電壓 二氧化硅使表面鈍化并減少表面復(fù)合在電極下面重?fù)诫s，讓載流子遠(yuǎn)離高復(fù)合率的電極對電池背部進(jìn)行重?fù)诫s，讓少數(shù)載流子（在這里為電子）遠(yuǎn)離高復(fù)合率的背電極 降低表面復(fù)合影響的技術(shù)因為硅太陽能電池的鈍化層通常為絕緣體，所以有金屬電極的區(qū)域便不能被二氧化硅鈍化。取而代之的，是在表面電極下面重?fù)诫s，以減小表面復(fù)合的影響。盡管這樣的重?fù)诫s通常會嚴(yán)重減小擴(kuò)散長度，但是由于電極區(qū)域并不參與載流子的生成，因此它對載流子的收集的影響并不大。此外，當(dāng)高復(fù)合率的電池表面非常母柵子?xùn)啪W(wǎng)格線金屬頂端電極是用來收集電池產(chǎn)生的電流的?！澳笘拧敝苯优c外部電路連接，而子?xùn)?/p>

19、母柵只要仍然保持正方形，則無論尺寸多大，方形導(dǎo)電片的電阻都是一樣大的。 對于摻雜不均勻的n型層來說，的分布也是不均勻的，則： t0 xdx1 利用實驗測得的電壓和電流，可算得：I2lnV式中/ln2=4.53 一般硅太陽能電池的表層電阻率在30-100/之間。載流子從電池的產(chǎn)生點流到外部電極的理想效果圖。需要注意的是，實際中的發(fā)射區(qū)要比圖中的薄很多。 在y方向逐漸遞增的功率損失為：dPloss=l2dR 其中dR=dy/A 式中y是兩個柵條之間的距離。如下圖所示：右圖為計算由電池表層的橫向電阻造成的功率損失時用到的數(shù)據(jù)。 24SbJbdyybJdRy322s/02222lossIP式中S同樣為

20、兩柵間距。在最大功率輸出點，這個區(qū)域內(nèi)的功率為VmpJmpbs/2，則相對功率損耗為：%100V12JSRPPmpmp2maxloss%P頂端金屬電極金屬與硅界面的高接 觸電阻對界面重?fù)诫s以減小接觸電阻。N型發(fā)射區(qū)橫縱比=高/寬小的高寬橫縱比柵條的間距大的高寬橫縱比發(fā)射區(qū)柵間距對發(fā)射區(qū)電阻的影響柵間距對發(fā)射區(qū)電阻的影響正如我們在發(fā)射區(qū)電阻一節(jié)所講的那樣，來自發(fā)射區(qū)的能量損耗大小取決于金屬網(wǎng)格的間距，因此，短的柵間距有利于降低發(fā)射區(qū)電阻。子?xùn)抛訓(xùn)拍笘拍笘胖平q和鍍減反射膜表面摻雜母柵背電極子?xùn)呕A(chǔ)太陽能設(shè)計方法基礎(chǔ)太陽能設(shè)計方法襯底材料（通常為硅）襯底材料（通常為硅）硅太陽能電池能在現(xiàn)代光伏市場占

21、據(jù)統(tǒng)治地位，一部分是得益于硅材料在集成電電池板成本平均發(fā)電成本對于效率更高的電池來說，單位面積的成本可能高的更多，如果發(fā)電成本給定的話。例如，要獲得10%的效率所花的成本可能為$10/m2，而要獲得20%的效率，成本卻能達(dá)到$75/m2.1839年，貝克勒描述的儀器示意圖。鉑電極薄膜酸性溶液黑箱子光伏效應(yīng)的另一個重要進(jìn)展來自于人們對硒的光導(dǎo)效應(yīng)的關(guān)注。在研究此效應(yīng)的時候，亞當(dāng)斯和日發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象，他們解釋其中的原因，為內(nèi)部有電壓鉑絲透明硒標(biāo)記玻璃管亞當(dāng)斯和日用以觀察硒的光電效應(yīng)的樣本圖。實驗結(jié)果令人鼓舞。這是首次全部利用固體來演示光電效應(yīng)的試驗。亞當(dāng)斯和日認(rèn)為，光能產(chǎn)生電流是因為光照射使

22、得硒條的表面結(jié)晶化。幾十年過后，物理學(xué)的發(fā)展讓人們能進(jìn)一步了解這一現(xiàn)象。另一個重要的進(jìn)展來自弗里茨的研究工作。通過用兩種不同材料的金屬板來壓制融化的硒，硒能與其中一塊板緊緊黏住，并形成薄片。然后再用金箔壓制硒薄片的另一面，于是，歷史第一塊光伏器件就制成了。此薄膜器件大概有30cm2大。金箔硒薄層金屬層他也是第一個認(rèn)識到光伏器件有巨大潛力的人。他知道光伏器件能以非常低的成本制作，并說：“產(chǎn)生的電流如果不是馬上使用，可以在蓄電池中儲存起來，或者傳送到另外一個地方，被使用或者儲存?！比欢?，在大約50年后，一輪新的進(jìn)展才開始在這個領(lǐng)域掀起。當(dāng)研究在銅表面生長氧化亞銅層的光電導(dǎo)效應(yīng)時，研究者發(fā)現(xiàn)了銅-氧

23、化亞銅交界處的整流效應(yīng)。這一結(jié)果引領(lǐng)了大面積整流器的發(fā)展，緊接著又促進(jìn)了大面積光電池的發(fā)展。格朗道爾描述了銅-氧化亞銅整流器和光電池的發(fā)展。下圖描述了基于銅-氧化亞銅結(jié)的早期光電池的簡單結(jié)構(gòu)圖。一圈圈的鉛線作為電極連接電池的入光面。這種方法隨后被修改成在表面濺射金屬層，然后移走一覆蓋玻璃層鉛線圈銅層氧化亞銅這些研究活動也似乎重新喚起了人們對把硒作為光電池材料的興趣。特別是在1931年伯格曼的研究論文提高了硒電池的質(zhì)量。此材料被證明是比Cu-Cu2O更好的光伏材料，且更具商業(yè)優(yōu)勢。1939年，Nix發(fā)表了性能相似的砣-硫化物光電池。下圖展示了由硒、砣-硫化物和Cu-Cu2O共同組成的電池。193

24、0年代效率最高的太陽能電池。（a）圖，鑄錠，在硅融化期間摻雜以形成天然的pn結(jié)。（b）圖，光伏器件垂直pn結(jié)切割。（c）圖，器件平行pn結(jié)切割。（d）圖，器件表面平行pn結(jié)切割。早期太陽能結(jié)構(gòu)多晶硅錠熔融區(qū)的硅射頻線圈已經(jīng)生成好的單晶硅單晶硅種在兩個晶粒之間的掛鍵是很不友善的，它們能降低電池的性能。多晶硅片額外的懸掛鍵額外的懸掛鍵被氫原子終結(jié)非晶硅結(jié)構(gòu)的短程無序影響了它的半導(dǎo)體特性。氫原子終結(jié)了額外的懸掛鍵。平均原子間距的改變以及氫的存在導(dǎo)致了非晶硅的電特性與多晶硅的不同。本征硅（無摻雜本征硅（無摻雜）存在強(qiáng)電場的耗散區(qū)存在強(qiáng)電場的耗散區(qū)a-Si：H太陽能電池示意圖。結(jié)構(gòu)不相同，意味著-Si和

25、多晶硅太陽能電池的制造技術(shù)也不相同。在-Si和其它薄膜電池的制造技術(shù)中，一層非常薄的半導(dǎo)體材料被沉積在玻璃表面或其他便宜的襯底上。薄膜太陽能電池被運用在許多小型消費產(chǎn)品中，比如計算機(jī)、手表以及不是很重要的戶外產(chǎn)品?？偟膩碚f，薄膜為太陽能電池提供了一種成本非常低的制造途徑。然而，在戶外或在含有紫外線的光源下使用的非晶硅電池會有降低效率的可能，因為紫外線會破壞Si-H的價鍵結(jié)構(gòu)。對薄膜和其它潛在低成本太陽能電池的研究對于那些能量需求很小以及容易安裝電池的消費產(chǎn)品來說，非晶硅電池是一種理想的選擇。手表的整個表面都是太陽能電池片，足以為手表運行提供能量對印刷電池前端電極的鏡頭特寫。在印刷期間，金屬貼片

26、穿過絲網(wǎng)，到達(dá)沒被遮蓋的區(qū)域。絲網(wǎng)的尺寸覺得了柵條的最小寬度。柵條寬度通常為100到200m。對已經(jīng)完成絲網(wǎng)印刷的太陽能電池的鏡頭特寫。柵條間距大于有3mm。在包裝的時候，在母柵上焊接一個額外的金屬接觸帶以減少電池串聯(lián)電阻。擁有完整絲網(wǎng)印刷的太陽能電池的正面圖。由于電池是由多晶硅制造的，晶粒的不同界面取向清晰可見。多晶硅電池的正方形形狀大大簡化了電池的包裝。擁有完整絲網(wǎng)印刷的太陽能電池的背面圖。電池要么是由Al/Ag粘貼成網(wǎng)格，要么全部由鋁構(gòu)成并形成背面電場，但是需要第二道印刷工序。點擊圖畫可以轉(zhuǎn)換不同的視圖。制造的多晶硅錠的結(jié)晶爐。大面積硅板，大約0.5mx0.5m，20cm厚。精確控制冷卻

27、液體，能夠制造出大晶粒少缺陷的的硅材料。從結(jié)晶爐出來的大塊多晶硅錠被切割成10cmx10cm的小磚塊。然后小磚塊又被切割成同樣面積的薄片。歐洲太陽能公司的生產(chǎn)線。雖然太陽能電池制造需要處在潔凈的環(huán)境中，但是比起集成電路芯片的制造環(huán)境來，還是較為寬松一些。因此不需要員工穿上全套潔凈服。上圖為自動上料的擴(kuò)散爐以及已經(jīng)摻雜了磷的硅晶片。點擊圖片能轉(zhuǎn)換不同圖片。需要注意的是，圖中即將進(jìn)入右邊擴(kuò)散爐的晶片都是出自同一塊硅錠，它們擁有相似的晶粒分布。自動上料的擴(kuò)散爐。使用機(jī)器人設(shè)備能夠提升電池制造的可靠性，并降低成本。絲網(wǎng)印刷的生產(chǎn)線。點擊圖片能進(jìn)距離觀察藍(lán)色塑料屏下的絲網(wǎng)印刷過程。先進(jìn)的絲網(wǎng)印刷機(jī)器，使

28、用攝像機(jī)來快速準(zhǔn)確地排布金屬電極網(wǎng)的圖案。在完成每個電池的效率測量工作后，對它們進(jìn)行排序以盡量減小模塊錯配。用鼠標(biāo)點擊圖片觀看另一幅圖片。在進(jìn)行壓片之前排列電池片。埋電極太陽能電池，激光刻槽的橫截圖。背金屬電極埋電極大大增加了金屬柵條的高-寬比例。大的高-寬比意味著能夠在接觸電極中使用大量的金屬，而不需要在表面鋪上寬大的金屬條。因此，金屬柵條的大高-寬比允許窄的柵條間距，同時保持高的透明度。例如，一塊大面積的絲網(wǎng)印刷電池，其被阻擋的光就可能達(dá)到10%到15%，而如果使用埋電極結(jié)構(gòu)，則其損失就只有2%到3%。這樣低的光損失能降低光反射并因此提高短路電流。部分激光刻槽的橫截圖為了看得更清晰，動畫中

29、的電池厚度被擴(kuò)大了。Honda dream，1996年世界太陽能汽車挑戰(zhàn)賽的冠軍車。此車的太陽能電池效率超過20%。下面將列舉，為了獲得最高效率，實驗室制造硅太陽能電池時所使用的一些技術(shù)和工藝特點：在發(fā)射區(qū)擴(kuò)散低濃度的磷，既能盡量減小復(fù)合損失又能避免電池表面“死層”的出現(xiàn)?？s窄金屬柵條的距離以減小發(fā)射區(qū)橫向電阻的功率損耗。二氧化硅鈍化層和減反射膜N型擴(kuò)散擁有長少數(shù)載流子壽命的p型襯底N型擴(kuò)散負(fù)電極P型擴(kuò)散正電極N型擴(kuò)散負(fù)電極全部電極都在電池的背面，即簡化連接又消除了陰影損失典型的晶體硅電池板，為偏遠(yuǎn)地區(qū)供電。低鐵玻璃前表面材料前表面材料光伏組件的前端表面必須對那些能夠被電池吸收的光線保持高透明

30、度。對于硅太陽能電池，其前端表面必須能透過波長范圍為350nm到1200nm的光。此外，前端表面對光的反射率必須很低。盡管理論上這些反射可以通過在表面鋪上減反射膜來降低，但是實際上，對于大多數(shù)光伏組件所處的環(huán)境來說，這些膜顯然還不夠耐用。取而代之的，是使表面粗糙化或進(jìn)行制絨。然而，這樣會使得塵埃和污染物停留在表面的可能性增大，也沒那么容易被風(fēng)和雨水沖走。這些組件也因幾種類型的硅光伏組件。圓形電池和方形電池的封裝密度。當(dāng)組件中電池排列較稀疏時，露出的空白背面同樣能夠少量增加電池的輸出，因為“零深度聚光”效應(yīng)的影響，如下圖所示。一些射入到電池與電池之間的空白區(qū)域和射到電極上的光，被散射后又傳到電池

31、表面。玻璃電極密封層（EVA）白色的背表面典型的組件由36塊電池串聯(lián)而成在典型的組件中，36塊電池串聯(lián)起來以使輸出的電壓足以為12V的電池充電雖然光伏組件的電壓大小決定于電池的數(shù)量，但是組件的輸出電流卻決定于單個太陽能電池的尺寸大小和它們的轉(zhuǎn)換效率。在AM1.5和最優(yōu)傾斜角度下，商用電1-nkT/NVqexpIM-IMITOLT式中，N表示串聯(lián)電池的個數(shù)，M為并聯(lián)電池的個數(shù)，IT為電路的總電流，VT電路的總電壓，Io是單個電池的飽和電流，IL是單個電池的短路電流，n是單個電池的理想填充因子，而q、k和T則為常數(shù)。由一系列相同的電池連接而成的總電路的IV曲線如下圖所示。N個電池串聯(lián)，M個電池并聯(lián)

32、的電路IV曲線。組件局部被陰影遮住是引起光伏組件錯配的主要原因當(dāng)組件中的一個太陽能電池的參數(shù)與其它的明顯不同時，錯配現(xiàn)象就會發(fā)生。由錯配造成的影響和電能損失大小決定于：光伏組件的工作點. 理想太陽能電池和非理想太陽能電池的比較。最大的錯配差異是當(dāng)電壓被反向偏壓的時候造成的。反向電壓很高時，pn結(jié)可能被擊穿并聯(lián)電阻引起的下降電池消耗的能量非理想太陽能電池電池產(chǎn)生的能量電池消耗的能量串聯(lián)電阻引起的額外下降理想太陽能電池串聯(lián)電池的開路電壓錯配是一種比較不嚴(yán)重的錯配類型。正如下面動畫所展示的那樣，在短路電流處，光伏組件輸出的總電流是不受影響的。而在最大功率點處，總的功率卻減小了，因為“問題”電池產(chǎn)生的

33、能量較少。因為兩個電池是串聯(lián)起來的，所以流經(jīng)兩個電池的電流是一樣的，而總的電壓則等于每個電池的電壓之和。串聯(lián)電池的短路電流錯配取決于組件所處的工作點，以及電池錯配的程度。短路電流錯配對光伏組件有重大影響。如下面動畫所示，在開路電壓處，短路電流的下降對電池影響相對較小。即開路電壓只產(chǎn)生了微小的變化，因為開路電壓與短路電流成對數(shù)關(guān)系。然而，由于穿過電池的電流是一樣的，所以兩者結(jié)合的總電流不能超過有問題電池的電流，這種情況在低電壓處比較容易發(fā)生，好電池產(chǎn)生的額外電流并不是被每一個電池所抵消，而是被問題電池所抵消了（通常在短路電流處也會發(fā)生）?？偟膩碚f，在有電流錯配的串聯(lián)電路中，嚴(yán)重的功率損失一般發(fā)生

34、在問題電池產(chǎn)兩個串聯(lián)電池的電流錯配有時會相當(dāng)嚴(yán)重且非常普遍。串聯(lián)的電流受到問題電池的電流限制。動畫中，電池的輸出電壓比電池的高。兩線交點的電流表示串聯(lián)電路的短路電流，這是計算串聯(lián)電池的錯配短路電流的一個簡單方法。串聯(lián)電路的短路電流串聯(lián)電路的短路電流如果組件的首尾都連接起來了，來自那些沒被陰影遮擋的電池的電能將被問題電池所抵消。個電池沒被遮擋個串聯(lián)電池一個電池被遮擋如果串聯(lián)電路的工作電流大小接近于“問題”電池的短路電流，電路總電流將受到問題電池的限制。則好電池產(chǎn)生的額外電流（比問題電池高出的那部分電流）將變成好電池的前置偏壓。如果串聯(lián)電池被短路，則所有好電池的前置偏壓都將變成問題電池的反向電壓。

35、當(dāng)數(shù)量很多的串聯(lián)電池一起把前置偏壓變成問題電池的反向電壓時，在問題電池處將會有大的能量耗散，這就是熱點加熱現(xiàn)象?；旧纤泻秒姵氐目偟陌l(fā)電能力都被問題電池給抵消了。巨大的能量消耗在一片小小的區(qū)域，局部過熱就會發(fā)生，或者叫“熱點”，它反過來也會導(dǎo)致破壞性影響，例如電池或玻璃破碎、焊線熔化或電池的退化。連接旁路二極管的電池沒接旁路二極管的電池然而，實際上如果每個電池都連接一個二極管的話，成本會很高，所以一般改為一個二極管連接幾個電池。穿過“問題”電池的電壓大小等于其它串聯(lián)電池（即與問題電池共享一個二極管的電池）的前置偏壓加上二極管的電壓，如下圖所示。那些好電池的電壓大小決定于問題電池的問題嚴(yán)重程度

36、。例如，如果一個電池完全被陰影遮住了，那些沒有陰影的電池會應(yīng)短路電流而導(dǎo)致正向電壓偏置，而電連接電池組的旁路二極管。穿過好電池的電壓大小決定于問題電池的問題嚴(yán)重程度。右圖中，0.5V只是任意取的數(shù)值。電池之間并聯(lián)。穿過每個電池的電壓總是相等的，電路的總電流等于每個電池之和。在動畫中，電池2的輸出電流小于電池1。錯配對電流的影響不大，總的電流總是比單個電池電流高。兩個并聯(lián)電池的電壓錯配。電池2的電壓的增加事實上降低了好電池的開路電壓。有個簡單的方法可以計算錯配并聯(lián)電池的開路電壓，即在坐標(biāo)圖中以電壓為自變量畫出IV曲線，則兩線的交點就是并聯(lián)電路的開路電壓。大型光伏陣列中的潛在錯配效應(yīng)。盡管所有的組件都是一樣的，且陣列中沒有電池被陰影遮住，但仍然可能出現(xiàn)熱點加熱現(xiàn)象。開路來自并聯(lián)電路的電流減小了1/4左邊的陣列在電路結(jié)構(gòu)上相當(dāng)與右邊的電路，即右邊的每個電池的電壓等于左邊每個電池的2倍，電流為4倍。旁路二極管的一側(cè)的電阻可能更低低電阻導(dǎo)致大電流被遮擋的組件并聯(lián)組件中的旁路二極管。阻塞二極管在并聯(lián)組件中的作用。問題電池組的阻塞二極管阻止了電流從旁邊的電池組流向問題電池組。阻塞二極管旁路二極管組件的工作溫度決定于組件產(chǎn)生的熱量、向外傳輸?shù)臒崃亢椭車h(huán)境的溫度之間的平衡。而組件產(chǎn)生的熱量決定于組件所在的工作點、組件的