太陽(yáng)能電池基本參數(shù)的影響因素分析(共7頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上太陽(yáng)能電池基本參數(shù)的影響因素分析1.短路電流Isc2.開(kāi)路電壓Voc3.最大工作電壓Vm4.最大工作電流Im5.填充系數(shù)FF6.轉(zhuǎn)換效率7.串聯(lián)電阻Rs8.并聯(lián)電阻RshRshIDIsc+-vIRLRs第一、一個(gè)理想的光伏電池，因串聯(lián)的Rs很小、并聯(lián)電阻的Rsh很大，所以進(jìn)行理想電路計(jì)算時(shí)，他們都可忽略不計(jì)。所以負(fù)載電流滿足式(1)，I = IL-ID =IL-Isexp(qV/kT)-1 （1）短路電流Isc=ILIL光生電流；ID暗電流；IS 反響飽和電流；Rs串聯(lián)電阻;Rsh并聯(lián)電阻所以根據(jù)上式，就會(huì)得到右圖。第二、但在實(shí)際過(guò)程中，就要將串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻考慮進(jìn)

2、去，Isc的方程如下：當(dāng)負(fù)載被短路時(shí)，V=0，并且此時(shí)流經(jīng)二極管的暗電流ID非常小，可以忽略，上式可變?yōu)椋?第三、由此可知，短路電流總小于光生電流IL且Isc的大小也與Rs和Rsh有關(guān)。1.短路電流Isc當(dāng)V=0時(shí)，Isc=IL。IL為光生電流，正比于光伏電池的面積和入射光的輻照度。1cm2光伏電池的IL值均為1630mA。環(huán)境溫度的升高，IL值也會(huì)略有上升，一般來(lái)講溫度每升高1，IL值上升78A2.開(kāi)路電壓Voc開(kāi)路時(shí)，當(dāng)I=0時(shí)，Voc=kT/qln(IL/IS+1) 太陽(yáng)能電池的光伏電壓與入射光輻照度的對(duì)數(shù)成正比，與環(huán)境溫度成反比，與電池面積的大小無(wú)關(guān)。溫度每上升1 ，UOC值約下降23

3、mV。該值一般用高內(nèi)阻的直流毫伏計(jì)測(cè)量。 同時(shí)也與暗電流有關(guān)。而對(duì)太陽(yáng)能電池而言，暗電流不僅僅包括反向飽和電流，還包括薄層漏電流和體漏電流。（由于雜質(zhì)或缺陷引起的載流子的復(fù)合而產(chǎn)生的微小電流）漏電流：太陽(yáng)能電池片可以分3層，即薄層（即N區(qū)），耗盡層（即PN結(jié)），體區(qū)（即P區(qū)），對(duì)電池片而言，始終是有一些有害的雜質(zhì)和缺陷的，有些是材料本身就有的，也有的是工藝中形成的，這些有害的雜質(zhì)和缺陷可以起到復(fù)合中心的作用，可以虜獲空穴和電子，使它們復(fù)合，復(fù)合的過(guò)程始終伴隨著載流子的定向移動(dòng)，必然會(huì)有微小的電流產(chǎn)生，這些電流對(duì)測(cè)試所得的暗電流的值是有貢獻(xiàn)的，由薄層貢獻(xiàn)的部分稱之為薄層漏電流，由體區(qū)貢獻(xiàn)的部分稱

4、之為體漏電流。3.填充系數(shù)FF FF是一個(gè)重要參數(shù)，反映太陽(yáng)能電池的質(zhì)量。太陽(yáng)電池的串聯(lián)電阻越小，并聯(lián)電阻越大，填充系數(shù)越大。反映到太陽(yáng)電池的電流-電壓特性曲線上是曲線接近正方形，此時(shí)太陽(yáng)電池可以實(shí)現(xiàn)很高的轉(zhuǎn)換效率4.轉(zhuǎn)換效率根據(jù)上式可得： 填充系數(shù)越大，即轉(zhuǎn)換效率越大。 因此，影響 的主要因素為串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻綜上所述，影響Voc、Isc、Vm、Im、FF和的主要因素就是串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻。二、串聯(lián)電阻Rs和并聯(lián)電阻Rsh 1.串聯(lián)電阻Rs 一般小于1，主要包括金屬電極與半導(dǎo)體材料的接觸電阻、半導(dǎo)體材料的體電阻和電極電阻三部分。2.并聯(lián)電阻Rsh一般為幾千歐姆，主要是電池邊緣漏電、電池表面

5、污濁或耗盡區(qū)內(nèi)的復(fù)合電流引起的，這幾種電流構(gòu)成了漏電流。而且并聯(lián)電阻越大，漏電流也就越小。3.前段工藝對(duì)Rs和Rsh的影響3.1CVDP層： P層如果太厚，造成了P層對(duì)光的吸收增加，從而減少了i層對(duì)光的吸收，而且由于空穴的擴(kuò)散速率較低，使得空穴的壽命降低；但是P層太薄，在界面層產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)還沒(méi)有擴(kuò)散出去就會(huì)由于復(fù)合而消失，不利于載流子的收集，增加能量損失。Buffer層： 當(dāng)緩沖層厚度較薄時(shí)，晶格失配問(wèn)題得到初步改善，從而減少了載流子在界面的復(fù)合，因而隨著沉積時(shí)間的增加，電池的開(kāi)路電壓增加，填充因子也得到較大的改善，電池效率增加。但是，隨著沉積時(shí)間繼續(xù)增長(zhǎng)，由于沒(méi)有摻硼，摻碳的緩沖層電阻

6、升高，較厚的緩沖層雖然解決了晶格失配的問(wèn)題，但是高阻層成為主要矛盾，所以隨著摻碳緩沖層厚度的繼續(xù)增加，填充因子下降，電池性能變差。在其他條件不變的情況下，沉積時(shí)間越長(zhǎng)，膜的厚度越大。i層：該層是產(chǎn)生光生載流子的主要區(qū)域，膜厚越薄，復(fù)合中心較少，則并聯(lián)電阻越小，同時(shí)空間電荷區(qū)變窄，使得光生電流減小，效率降低；膜厚增加，雖然增加對(duì)光的吸收，但缺陷越多，復(fù)合中心也就越多，大大降低了載流子的壽命，從而使得電池效率降低，同時(shí)使得光致衰減更加嚴(yán)重。N層： 膜層太薄，在界面層產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)還沒(méi)有擴(kuò)散出去就會(huì)由于復(fù)合而消失，增加能量損失 ；膜層過(guò)厚，雖然內(nèi)建電場(chǎng)增加，但是方塊電阻增加，即增加了Rs，同時(shí)，

7、在總膜厚不變的情況下，增加了N層厚度，i層的厚度也就相對(duì)減少，不利于光生載流子的產(chǎn)生，使得電池效率降低。3.2.PVD主要考量的是薄層電阻，即方塊電阻，它是太陽(yáng)能電池串聯(lián)電阻的一個(gè)組成部分。它的大小主要跟膜厚成反比，但是膜厚不能無(wú)限地增大，還要考慮其他因素的影響。ZnO為了減少接觸電阻，背電極與n層之間必須形成良好的歐姆接觸，盡量減少對(duì)載流子的阻擋作用，這就要求ZnO的電阻要盡可能地小。根據(jù)方塊電阻的定義，增加膜厚，可以降低電阻，但是ZnO薄膜是太厚會(huì)影響到透過(guò)率，因此在特定的膜厚條件下，會(huì)有電阻和透過(guò)率的最佳值。從該圖可以看出，在襯底溫度達(dá)到某個(gè)值時(shí)，電阻值最小，透過(guò)率也較大。同時(shí)，在n層和

8、金屬Ag之間加入ZnO，會(huì)阻止Ag向n層擴(kuò)散，阻止Ag的漏電，增加電池的并聯(lián)電阻，從而增加電池效率。Ag根據(jù)實(shí)際分析，發(fā)現(xiàn)ZnO、Ag和Ti是并聯(lián)在一起的，所以他們的電阻由最小的電阻決定，而Ag的電阻最小，降低方塊電阻的關(guān)鍵就是降低Ag的電阻。根據(jù)上述分析，降低電阻，就要增加膜厚?？墒窃黾幽ず窬蜁?huì)增加成本，并且當(dāng)膜厚增大到一定值后，它的電阻就不會(huì)降低的很多，這一點(diǎn)由Ag材料本身的性能決定。3.3.Laser線寬：劃線寬度越寬，死區(qū)增大，導(dǎo)致電池的有效面積越小，使得Ioc減少；劃線寬度越窄，電阻增大，同時(shí)線條的完整性就受到影響，對(duì)設(shè)備的要求也極高。劃線深度l P1：如果太淺，就代表有TCO殘留在glass 上，電流就會(huì)直接從TCO薄膜流過(guò)，將 電池短路，這樣就將少了串聯(lián)電池的個(gè)數(shù)，從而減少電池效率；如果太深，理論上無(wú)影響。v P2:如果太深，切到TCO薄膜，使得TCO薄膜變薄，從而增大了導(dǎo)電極的電阻，也就增加了Rs，Isc也隨之減少；如果切得較淺，即沒(méi)有將a-Si切斷，仍有a-Si殘留在TCO膜層上，就會(huì)增加TCO與金屬層的接觸阻抗，也就是增加了Rs。v P3:如果切到TCO薄膜，增加了Rs；如果切