【正文】 收集概率 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 11 在 。 電池中距離表面的距離 弱鈍化的太陽(yáng)能電池 強(qiáng)鈍化的太陽(yáng)能電池 在耗散區(qū)的收集概率相同 背表面 收集概率 收集概率與載流子的生成率決定了電池的光生電流的大小 。 理想太陽(yáng)能電池 收集概率 167。 當(dāng)載流子在與電場(chǎng)的距離大于擴(kuò)散長(zhǎng)度的區(qū)域產(chǎn)生時(shí) ， 那么它的收集概率是相當(dāng)?shù)偷?。 167。如果用一根導(dǎo)線把發(fā)射區(qū)跟基區(qū)連接在一起（使電池短路），光生載流子將流到外部電路。 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 5 167。 第一個(gè)過(guò)程是吸收入射 光子 并產(chǎn)生電子空穴對(duì) 。 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 2 167。 入射到電池的太陽(yáng)光通過(guò) 同時(shí)產(chǎn)生電流和電壓 的形式來(lái)產(chǎn)生電能 。 電阻效應(yīng) 167。第三章： 太陽(yáng)能電池的特性 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 1 167。 其他效應(yīng) 167。 這個(gè)過(guò)程的發(fā)生需要 兩個(gè)條件 ，首先 ， 被吸收的光要能在材料中把一個(gè) 電子激發(fā)到高能級(jí) ， 第二 ， 處于高能級(jí)的電子 能從電池中 移動(dòng)到外部 電路 。 理想太陽(yáng)能電池 太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu) 太陽(yáng)能電池的橫截面 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(duì) 太陽(yáng)能電池運(yùn)行的基本步驟： ? 光生載流子的產(chǎn)生 ? 光生載流子聚集成電流 ? 產(chǎn)生跨越太陽(yáng)能電池的高電壓 ? 能量在電路和外接電阻中消耗 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 4 167。電子空穴對(duì)只能由能量大于太陽(yáng)能電池的禁帶寬度的光子產(chǎn)生 。 理想太陽(yáng)能電池 光生電流 第二 個(gè)過(guò)程是 pn結(jié)通過(guò)對(duì)這些光生載流子的 收集 ，即把電子和空穴分散到不同的區(qū)域，阻止了它們的復(fù)合。 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 7 動(dòng)畫展示了短路情況下的理想電流 。 理想太陽(yáng)能電池 光生電流 “收集概率 ” 描述了光照射到電池的某個(gè)區(qū)域產(chǎn)生的載流子被 pn結(jié)收集并參與到電流流動(dòng)的概率 ， 它的 大小取決于 光生載流子需要運(yùn)動(dòng)的距離和電池的表面特性 。相似的 ， 如果載流子是在靠近電池表面這樣的高復(fù)合區(qū)的區(qū)域產(chǎn)生 ， 那么它將會(huì)被復(fù)合 。 理想太陽(yáng)能電池 收集概率 對(duì)收集概率的計(jì)算，紅線代表發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散長(zhǎng)度，藍(lán)線代表基區(qū)的發(fā)射長(zhǎng)度。 光生電流大小等于電池各處的載流子生成速率乘以該處的收集概率 。注意， 電池表面 的生成率是最高 的，因此電池對(duì)表面特性是很敏感的。例如 ， 表面的收集概率低于其他部分的收集概率 。 波長(zhǎng) ， 為 105cm1， 也因此它在非常靠近頂端表面處被吸收 。 理想太陽(yáng)能電池 收集概率 歸一化的EH對(duì)生成率 所謂 “ 量子效率 ” ， 即太陽(yáng)能電池所 收集的載流子的數(shù)量與入射光子的數(shù)量的比例 。下圖將描述理想太陽(yáng)能電池的量子效率曲線 。 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(zhǎng)波長(zhǎng)的量子效率為零。 盡管理想的量子效率曲線是矩形的 （ 如上圖 ） ， 但是實(shí)際上幾乎所有的太陽(yáng)能電池的都會(huì)因?yàn)閺?fù)合效應(yīng)而減小 。 硅太陽(yáng)能電池中 ， “ 外部 ” 量子效率 包括光的損失 ， 如透射和反射 。 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 16 167。 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 17 理想的光譜響應(yīng) 硅太陽(yáng)能電池的響應(yīng)曲線。 這種限制在量子效率曲線中同樣起作用 。 在太陽(yáng)能電池中 ， 高光子能量的不能完全利用以及低光子能量的無(wú)法吸收 ， 導(dǎo)致了顯著的能量損失 。 為了產(chǎn)生電能 ， 必須同時(shí)產(chǎn)生電壓和電流 。 然而 ， 如果光生載流子被阻止流出電池 ， 那 pn結(jié)對(duì)光生載流子的收集將引起 n型區(qū)的電子數(shù)目增多 ， p型區(qū)的空穴數(shù)目增多 。 理想太陽(yáng)能電池 光伏效應(yīng) 因?yàn)閮?nèi)建電場(chǎng)代表著對(duì)前置擴(kuò)散電流的障礙 ， 所以電場(chǎng)減小的同時(shí)也增大擴(kuò)散電流 。 當(dāng)兩個(gè)電流達(dá)到平衡時(shí)的電壓叫做 “ 開(kāi)路電壓 ” 。 在熱平衡下 （ 光照為零 ） ， 擴(kuò)散電流和漂移電流都非常小 。 167。 用光照射電池并加上二極管的暗電流 ， 則二極管的方程變?yōu)椋? 0 1 LqVI I e x p InkT????? ? ?????????2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 22 式中 IL為光生電流。 點(diǎn)擊繼續(xù) 接下來(lái)的幾節(jié)將討論幾個(gè)用于描述太陽(yáng)能電池特性的重要參數(shù) 。 通常記作 ISC。 因此短路電流是電池能輸出的最大電流 。 電池輸出的短路電流 ISC的大小直接取決于光照強(qiáng)度 （ 在入射光強(qiáng)度一節(jié)有討論 ） 。 2022/5/26 UNSW新南威爾士大學(xué) 25 167。 在 ， 其可能的最大電流為 46mA/cm2。 開(kāi)路電壓的大小相當(dāng)于光生電流在電池兩邊加的正向偏壓 。 上述方程顯示了 VOC取決于太陽(yáng)能電池的飽和電流和光生電流 。 實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的硅太陽(yáng)能電池在 大開(kāi)路電壓能達(dá)到 720mV， 而商業(yè)用太陽(yáng)能電池通常為 600mV。 “ 填充因子 ” ， 通常使用它的簡(jiǎn)寫 “ FF” ，是由開(kāi)路電壓 VOC和短路電流 ISC共同決定的參數(shù) ， 它 決定 了太陽(yáng)能電池的 輸出效率 。 2022/5/26 29 167。 FF是對(duì)伏安曲線的矩形面積的測(cè)量 ， 則電壓高的太陽(yáng)能電池 ， 其 FF值也可能比較大 ， 因?yàn)榉睬€中剩余部分的面積會(huì)更小 。然而 ， 材料相同的電池的開(kāi)路電壓 ， 它們的變化也相對(duì)較小 。 太陽(yáng)能電池的參數(shù) 填充因子 0 7 21O C O COCV ln V .FFV????（ ） 然而 ， 單從上面的步驟并不能得出一個(gè)簡(jiǎn)單或近似的方程 。 對(duì)于復(fù)合類型那一節(jié)所討論的簡(jiǎn)單的復(fù)合來(lái)說(shuō) ， n的值為 1。 因此 ， 測(cè)量填充因子最常用的方法還是測(cè)量伏安曲線 ， 即最大功率除以開(kāi)路電壓與短路電流的乘積 。 除了反映太陽(yáng)能電池的性能之外 ， 效率還決定于入射光的光譜和光強(qiáng)以及電池本身的溫度 。 而空間太陽(yáng)能電池的光照則為 AM0。 太陽(yáng)能電池的 特征電阻 就是指電池在輸出最大功率時(shí)的輸出電阻 。 電阻效應(yīng) 太陽(yáng)能電池的 特征電阻 電池的 電阻效應(yīng) 以在電阻上消耗能量的形式 降低 了電池的發(fā)電效率 。 串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的阻值以及它們對(duì)電池最大功率點(diǎn)的影響都決定于 電池的幾何結(jié)構(gòu) 。 電阻效應(yīng) 寄生電阻效應(yīng) 太陽(yáng)能電池中 ， 引起串聯(lián)電阻的因素有三種：第一 ， 穿過(guò)電池發(fā)射區(qū)和基區(qū)的電流流動(dòng)；第二 ， 金屬電極與硅之間的接觸電阻；第三便是頂部和背部的金屬電阻 。此電池的表面積為 1cm2 。 一種直接估計(jì)電池的串聯(lián)電阻的方法是找出伏安曲線在開(kāi)路電壓處的斜率 。 電阻效應(yīng) 串聯(lián)電阻 ? ?1m p m p SP 39。 電阻效應(yīng) 串聯(lián)電阻 ? ?? ?? ?111