开路电压(开路电压的影响因素)

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一、绪论二、开路电压的影响因素 三、提高短路电流 主要内容 四、填充因子的影响因素 五、总结 一、绪论 二、开路电压的影响因素 三、提高短路电流 主要内容 四、填充因子的影响因素 五、总结 太阳能电池就是一个 pn结，由于pn结势垒区 内存在较强的内建电场 ，结两边的光生少数载 流子受该场的作用，定 向移动产生正向电流。 1.1太阳能电池基本原理 1.2太阳能电池的各表征参数 1.2太阳能电池的各表征参数 表征参数 说明 Temperature 测试温度 测试光强Pmpp 最佳工作点处工作功率 Umpp 最佳工作点处工作电压 Impp 最佳工作点处工作电流 Uoc 开路电压 Isc 短路电流 Rs 串联电阻 Rsh 并联电阻 1.2太阳能电池的各表征参数 表征参数 说明 FF 填充因子 Ncell 转化效率 Iap 操作点的电流 Irev1 反向电压为6伏时的反向电流 Irev2 反向电压为12伏时的反向电流 Pmpp_2 光强为500时最佳工作点的功率 Uoc_2 光强为500时最佳工作点的电压 Isc_2 光强为500时最佳工作点的电流 FF_2 光强为500时的填充因子 NCell_2 光强为500时的转化效率 1.3太阳能电池转换效率的影响因素 Eff＝Pm /MS FFIscVoc/MS Pm Isc Voc 其中： FF=Pm/IscVoc； M＝1000W/m 高的短路电流，开路电压，填充因子能有效的提高电池片转化效率。

一、绪论 二、开路电压的影响因素 测试温度、原材料、电流电压特性的影响 三、提高短路电流 主要内容 四、填充因子的影响因素 五、总结 随着温度的升高，开路电压会下降。 2.1测试温度对开路电压的影响 为了保证测试数据的稳定性及可比 性，我们的测试温度有一定要求，我们 控制在20度到26度。 当硅片厚度在200um以上时，开路电 压和硅片厚度是独立关系。 当硅片厚度小于200um时，随着硅片 厚度的降低，开路电压随之减少！ 2.2原材料对开路电压的影响 2.2.1硅片厚度的影响 理论上最大的开路电压是由PN结的内 建势垒电压所决定。内建势垒电压与半导体 的禁带宽度Eg。导带能级Eo，价带能级Ev 及费米能级Ef之间的关系为： 2.2原材料对开路电压的影响 2.2.2禁带宽度的影响 从上式可以看出如果费米能级越接近 导带底和满带顶，则内建电压越高。但实际 上开压VOC有一个峰值。 当顶区浓度过高时，会引起重掺杂效应 ，重掺杂效应的结果，会引起禁带宽度收缩 ，导致开路电压降低。 2.2原材料对开路电压的影响 2.2.2禁带宽度的影响 禁带宽度是材料的固有属性。 对于硅，禁带宽度为1.12ev，理论上所 得到的最大开压为700mv，相应的最高FF为 84%。

2.2原材料对开路电压的影响 2.2.2禁带宽度的影响 根据p-n结整流方 程，在正向偏压下，通 过结的正向电流为： 负载光电流I 为反向饱和电流。n：掺杂浓度。 ：短路电流。影响Voc的因素为短路电流，反向饱和 电流和温度。 掺杂浓度是由扩散工序决定。 2.3电流电压特性对开路电压的影响 随着测试温度的升高，开路电压会变小。 2.3电流电压特性对开路电压的影响 2.3.1温度的影响 适当的提高掺杂浓度能很好的提高开路 电压； 但是，当浓度过大开路电压，引起重掺杂时，会 使禁带宽度收缩，开路电压反而减小。 2.3电流电压特性对开路电压的影响 2.3.2掺杂浓度的影响 因此，为了获得较好的电性能参数，必 须选择合适的顶区掺杂浓度，使这一浓度能 有较好的开路电压，同时又不致引起电场衰 这个掺杂浓度由于受禁带宽度，基体材料特性的影响，一般通过实验确定，选择最 佳的掺杂浓度。 2.3电流电压特性对开路电压的影响 2.3.2掺杂浓度的影响 电流影响分为短路电流及暗电流的影 暗电流会降低开路电压，同时还会降低短路电流，暗电流的相关影响会详细介 2.3电流电压特性对开路电压的影响2.3.3电流的影响 结合以上我们知道开路电压主 的影响。

2.4小结 一、绪论 二、开路电压的影响因素 三、提高短路电流 提高吸光、多激发电子空穴对、降低暗电流 主要内容 四、填充因子的影响因素 五、总结 增大光强直接增大了注入的太阳光光子 流的数量。直接的提高了可激发电子空穴对 数目，很好的提高了短路电流。 3.1提高吸光 3.1.1增大光强 3.1提高吸光 3.1.2增大吸光 前后清洗 前清洗的绒面做到了光的二次吸收， 一定程度上增大了太阳光的吸收。进行绒 面改善能提高电池的转化效率； 后清洗减少刻边宽度，增大电池表 面的可利用面积，提高了电池短路电流， 进而改善了转化效率。 3.1提高吸光 3.1.2增大吸光 PECVD PECVD的减反射膜，增大了表面光 的二次吸收，提高的太阳光的二次利用， 增大了短路电流。 3.1提高吸光 3.1.2增大吸光 丝网 丝网端的正面电极也遮住了一定的 光的吸收，正面电极一般遮住了约10%的 太阳光； 增大栅线的高宽比，选择合适的栅 线数目能从一定程度上提高太阳能电池的 转化效率。 3.1提高吸光 3.1.2增大吸光 丝网 电池片过薄，会有一部分光透过电 池片，造成光的损失，现采用全背面印刷 铝浆对这部分损失有很大削弱。

由于背面的漂移场的存在，使一部 分原本透过电池片的光子再次回到硅片机 体内，增大了光子的再次吸收。 太阳电池的特性极大的受到顶区和基区 性能的影响。硅是一种非竖直跃迁的材料， 他的吸收系数随着波长的变化较为缓慢。因 此光谱中有很大一部分的光子将透过PN结 ，在基区内被吸收。 由此可见，硅太阳电池的性能一定程 度上取决于基区情况。 3.2多激发电子空穴对 3.2.1禁带宽度 材料的禁带宽度越大，电池的开路电压 越高，但由于能量小于禁带宽度的光子不能 激发电子空穴对，因此随着材料的禁带宽度 的增大，太阳光中产生光电流的光子比例也 相应得降低，从而减弱光电流。 3.2多激发电子空穴对 3.2.1禁带宽度 3.2多激发电子空穴对 3.2.1禁带宽度 在扩散区中，由于不活泼磷原子处于晶 格间隙位置，会引起晶格缺陷，而且，由于 磷和硅的原子半径不匹配，高浓度的磷会造 成晶格缺陷。因此，在硅电池表层中，少数 载流子的寿命极低，表层吸收短波光子所产 生的光生载流子对电池的光电流输出贡献甚 微，此表层称为‘死层’。 3.2多激发电子空穴对 3.2.2死层 ‘死层’的存在是不可避免的，但是可 以利用一些方法来减少‘死层’的影响。

为 了改善电池的短波光谱响应，可以将发射结 结深做的很浅，以减少‘死层’的影响。消 除死层，提高了短波光谱在顶区的光电效应 3.2多激发电子空穴对3.2.2死层 制备浅结的器件能够相当可观的提高光电流。 3.2多激发电子空穴对 3.2.3浅结工艺 当结深减少时，由于降低了复合损失， 此外基区提供的光电流比顶区提供的大，因 此顶区中高的表面复合速度和低的少子寿命 对光电流的影响显得没那么重要了。 增加基区的电阻率，减少电离杂质的散 射，有利于增大扩散长度和少子寿命，从而 改善了光电流。 3.2多激发电子空穴对 3.2.3浅结工艺 通过前面讨论知道降低暗电流可以有效 的提高开路电压和短路电流。 暗电流分为注入电流，隧道电流和复合 电流三种。 电池片的暗电流密度是注入电流密度， 隧道电流密度和复合电流密度三者之和。 一般通过减少复合电流的方法来减少暗 电流。 3.3降低暗电流 在非平衡PN结中，有载流子越过势垒高 电流，称为注入电流。3.3降低暗电流 3.3.1注入电流 他相当于载流子不必越过势垒高度，可 以直接穿过禁带进入另一区域形成的电流。 这种电流称为隧道电流。 3.3降低暗电流 3.3.2隧道电流 实际上在势垒中，存在着电子和空穴的 复合，产生复合电流。

工艺端能通过适当工艺手法减少复合电 流的大小。 3.3降低暗电流 3.3.3复合电流 3.3降低暗电流 3.3.3复合电流 前后清洗 前清洗通过去除机械损伤层，减少 硅片的表面态，能适当的减少表面复合。 切片油污，金属离子等是较强的复 合中心， 去除油污，金属离子等能适当 的改善复合电流，表面的洁净度对扩散有 很大的帮助。 3.3降低暗电流 3.3.3复合电流 PECVD PECVD的钝化能很好的减少硅片的 表面态，减少硅片的晶格缺陷等，它的表 面钝化及体钝化大大减少了复合中心，很 好的减少了暗电流，提升了开路电压及短 路电流。 3.3降低暗电流 3.3.3复合电流 丝网 丝网端的背场，利用杂质在金属中 的溶解度大于在硅中的溶解度。背场有很 好的吸杂作用，进一步减少了复合中心的 存在，同时，背场的存在能很好的进行再 次钝化，很好的去除悬挂键，减少了复合 电流。 所以，铝背场对电池的暗电流有很 大影响，同时影响了开路电压及短路电流。 较长的少子寿命和扩散长度能提高电子 空穴对的分离时间，能减少电子空穴对的复 3.3降低暗电流3.3.4少子寿命专题 用扩散法制备的扩散层，其少子寿命和 扩散长度依赖于参杂剂的类型，表面浓度以 及扩散之前的表面处理情况。

3.3降低暗电流 3.3.4少子寿命专题 少子寿命和扩散长度与晶体生长方法， 基区制备工艺，基区电阻率，复合中心杂质 （如氧，铜等）的含量，退火温度和退火时 间等有着密切联系。 3.3降低暗电流 3.3.4少子寿命专题 少子寿命一般 有以下因素影 杂质能级和杂质浓度的影响 热处理的影响 表面复合及晶 粒间界的影响 3.3降低暗电流 3.3.4少子寿命专题 存在着浓度高的浅杂质能级的杂质，虽然他们的俘获截面小，但浓度高，因此俘获也显著。 通过能带间的俄歇复合作用，使少子寿命按掺杂浓度的平方成反比的衰减。 重掺杂引起晶格畸变，能带收缩，增大复合。3.3降低暗电流 3.3.4少子寿命专题——杂质能级和杂质浓度的影响 3.3降低暗电流 3.3.4少子寿命专题——热处理的影响 在450度左右退火，能使硅材料少子寿命增长很多。 在太阳能电池的制备过程中，须经相 当的高温退火的高温处理，所以可以预计 成品器件的少子寿命低于材料的寿命。 寿命随着退火温度，冷却速度，表面 处理和晶体生长方法而异，与硅中粗存在 的氧的状态也有密切关系。 3.3降低暗电流 3.3.4少子寿命专题——热处理的影响 半导体表面由于存在着各种表面状态， 所以会造成光生载流子的复合损失。

这些表 面态可能是由“悬挂键”化学残留物，金属 沉积和自然氧引起的。 3.3降低暗电流 3.3.4少子寿命专题——表面复合及晶粒间界的影响 由于光照表面的复合速度大，因此顶区少子 寿命短，为了减少载流子的复合，一般采用浅结 工艺。 可以通过对硅晶体的腐蚀，降低表面复合速 度。PECVD的钝化等都能有效的降低表面态。 由于硅材料的电子激发多在基区内，因此， 对于硅材料背面复合十分重要，所以，背场的吸 杂等背场处理对电池性能影响较大。 3.3降低暗电流 3.3.4少子寿命专题——表面复合及晶粒间界的影响 对于多晶器件来说，晶粒界间的复合速 度十分重要，若晶粒大小比掺杂浓度相同的 单晶的扩散长度小的多，那么多晶电池的有 效寿命和扩散长度将大大的低于单晶中的值 3.3降低暗电流3.3.4少子寿命专题——表面复合及晶粒间界的影响 结合以上，我们知道短路电流主要受测 试光强，测试温度，电池的吸光面积，材料 的禁带宽度，顶区掺杂浓度，死层，暗电流 等的影响。 暗电流又涉及隧道电流，注入电流及复 合电流的影响。 3.4小结 一、绪论 二、开路电压的影响因素 三、提高短路电流 主要内容 四、填充因子的影响因素 串联电阻、并联电阻的影响 五、总结 影响FF的主要因素是Rs和Rsh，Rs越小FF越大，Rsh越大，FF越大。

串联电阻对FF的影响 并联电阻对FF的影响 串联电阻是指材料的体电阻，薄层电阻 ，电极接触电阻以及电极本身传导电流所构 成的总串联电阻。 4.1串联电阻的影响 4.1.1串联电阻概念 P型基体电阻：主要与基体的掺杂浓度 和基体厚度有关。 N型重掺层电阻：主要与扩散浓度有关 ，在太阳电池掺杂浓度范围内，扩散浓度越 大，n型层电阻越小。 电极的金属电阻：这与Ag浆、Al浆和 AgAl浆的本来特性，以及烧结的质量有关。 4.1串联电阻的影响 4.1.1串联电阻的组成部分 电极和硅片的接触电阻：接触电阻受n型层和 p型层掺杂浓度影响较大，掺杂浓度越高，接触电 阻越小。N型层的掺杂浓度受扩散影响，p型层的 掺杂浓度除与基体掺杂浓度有关外，还与银铝浆 的特性有关。另外，接触电阻受烧结的影响较大 ，烧结不好，前电极没能烧穿SiNx层，或者Ag－ Si合金形成的不好都会影响接触电阻的大小。 4.1串联电阻的影响 4.1.1串联电阻的组成部分 并联电阻的影响 电池边缘漏电：这主要是刻蚀不够，或者是 过刻导致。 p－n结漏电：扩散前，硅片如果表面有沾污 ，沾污的地方可能没扩散到，这种情况就能导致 漏电。

烧结温度过高，导致p－n结烧穿也会导致 漏电。 复合影响：包括表面复合和体复合。 4.2并联电阻的影响 4.2.1影响Rsh的因素 一、绪论 二、开路电压的影响因素 三、提高短路电流 主要内容 四、填充因子的影响因素 五、总结 大的短路电流，开路电压和填充因数可 以获得高的转化效率，前面已经讨论了个参 数的影响因素。死层，大的表面复合速度开路电压， 低寿命，大的串联电阻和小的旁路电阻会降 低效率。防止死层，减少结深，加入漂移场 ，改善寿命，降低接触电阻损失是改善太阳 能电池效率的重要途径。 ENDTHANKS

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