【正文】 處理，可能極簡單地就可求得這些方程的解。（b）表示pn結(jié)的能帶圖及從p區(qū)向n區(qū)變化的空間電荷區(qū)。在pn結(jié)上加偏置電壓時，由于空間電荷區(qū)內(nèi)沒有載流子（又稱為耗盡區(qū)）形成高阻區(qū)，因此，電壓幾乎全部跨落在空間電荷區(qū)上。由于我們認(rèn)為外加電壓僅跨越在空間電荷區(qū)，所以可視為n區(qū)內(nèi)沒有電場，由空穴構(gòu)成的電流只是由于它的濃度梯度形成的擴散電流。 pn結(jié)的電流－電壓特性當(dāng)光照射到半導(dǎo)體上時，光子將能量提供給電子，電子將躍遷到更高的能態(tài)，在這些電子中，作為實際使用的光電器件里可利用的電子有：（1） 價帶電子；（2） 自由電子或空穴（Free Carrier）；（3） 存在于雜質(zhì)能級上的電子。當(dāng)光照射到pn結(jié)上時，產(chǎn)生電子一空穴對，在半導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)附近生成的載流子沒有被復(fù)合而到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)建電場的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結(jié)果使n區(qū)儲存了過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴。可以測得這個值，并稱為開路電壓。此外，異質(zhì)結(jié)、肖特基勢壘等也可以得到較好的光電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)太陽光照射到這個太陽電池上時，將有和暗電流方向相反的光電流Iph流過。輸出功率（電能）與輸入功率（光能）之比稱為太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)具有hν（eV）（hνEg，Eg為硅的禁帶寬度）能量的光子照射在太陽電池上時，產(chǎn)生電子—空穴對。落到導(dǎo)帶底的電子有的向表面或結(jié)擴散，有的在半導(dǎo)體內(nèi)部或表面復(fù)合而消失了。設(shè)負(fù)載電阻上每秒每立方厘米流入N個電子，則加在負(fù)載電阻上的電壓V=QNr=IR表示。分析短路電流的最方便的方法是將太陽光譜劃分成許多段，每一段只有很窄的波長范圍，并找出每一段光譜所對應(yīng)的電流，電池的總短路電流是全部光譜段貢獻(xiàn)的總和： ()式中 λ0 ——本征吸收波長限 R(λ)——表面反射率 F(λ)——太陽光譜中波長為l～l+dl間隔內(nèi)的光子數(shù)。 b0，例如，AM1相當(dāng)于太陽在天頂位置時的情況，AM2相當(dāng)于太陽高度角為30176。設(shè)半導(dǎo)體、減反射膜、空氣的折射率分別為nnn0，減反射膜厚度為d1，則反射率R為 ()式中： r1=(n0 n1)/(n0 + n1) r2=(n1 n2)/(n1 + n2) θ=2πn1d1/λ λ－波長顯然，減反射膜的厚度d1為1/4波長時，R為最小。 n1163。667埃，滿足這些條件的材料一般可采用一氧化硅，在中心波長處，反射率達(dá)到1%左右。)、Sb2O3（n1187。此外也可以將表面加工成棱錐體狀的方法，來防止表面反射。Si與GaAs比較，因GaAs的禁帶寬度寬，故I0值比Si的小幾個數(shù)量級。光電流一部分流經(jīng)負(fù)載RL，在負(fù)載兩端建立起端電壓V，反過來它又正向偏置于p—n結(jié)二極管，引起一股與光電流方向相反的暗電流Ibk，這樣，(a)所示。由于電池邊沿的漏電和制作金屬化電極時，在電池的微裂紋、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本應(yīng)通過負(fù)載的電流短路，這種作用的大小可用一并聯(lián)電阻RSh來等效。曲線上任何一點都可以作為工作點, 工作點所對應(yīng)的縱橫坐標(biāo)，即為工作電流和工作電壓,其乘積P=IV為電池的輸出功率 太陽電池的輸出特性轉(zhuǎn)換效率表示在外電路連接最佳負(fù)載電阻R時，得到的最大能量轉(zhuǎn)換效率，其定義為即電池的最大功率輸出與入射功率之比，這里我們定義一個填充因子FF為 ()填充因子正好是IV曲線下最大長方形面積與乘積Voc180。但是J0隨溫度的升高是指數(shù)增大，因而VOC隨溫度的升高急劇下降。高能粒子輻照時通過與晶格原子的碰撞，將能量傳給晶格，當(dāng)傳遞的能量大于某一閾值時，便使晶格原子發(fā)生位移，產(chǎn)生晶格缺陷，如填隙原子、空位、缺陷簇、空位一雜質(zhì)復(fù)合體等。結(jié)果是可期望在某一個確定的Eg隨處出現(xiàn)太陽電池效率的峰值。C，%，h也因而降低約同樣的百分?jǐn)?shù)。又如GaAs電池，溫度每升高1176。在直接帶隙材料，如GaAs或Gu2S中，只要10ns的復(fù)合壽命就已足夠長了。四、光強將太陽光聚焦于太陽電池，可使一個小小的太陽電池產(chǎn)生出大量的電能。雖然Nd和Na出現(xiàn)在Voc定義的對數(shù)項中，它們的數(shù)量級也是很容易改變的。上圖（b）說明了這一點。這種不均勻摻雜的剖面分布，在電池基區(qū)中通常是做不到的；而在擴散區(qū)中是很自然的。在P/P＋界面 背表面場電池。當(dāng)Sn很小時，JSC和η都呈現(xiàn)出一個峰。PN結(jié)收集的電流必須經(jīng)過表面薄層再流入最靠近的金屬導(dǎo)線，這就是一條存在電阻的路線，顯然通過金屬線的密布可以使串聯(lián)電阻減小。為了使RS小，一般是使金屬柵做成又密又細(xì)的形狀。對于垂直地投射到電池上的單波長的光，用一種厚為1/4波長、折射率等于 （n為Si的折射率）的涂層能使反射率降為零。一個太陽電池的轉(zhuǎn)換效率是其輸出功率與輸入功率之比。填充因子是I－V曲線拐點處陡度的量度，串聯(lián)電阻可使它變小。薄膜電池用直接帶隙半導(dǎo)體更為可取，因為它能在表面附近吸收光子。該工藝在六十年代和七十年代初期一直被沿用。在目前工業(yè)提煉工藝中，一般采用ＳiＯ２的結(jié)晶態(tài)，即石英砂在電弧爐中（）用碳還原的方法治煉得反應(yīng)方程為 生產(chǎn)冶金級硅的電弧爐的斷面圖1. 碳和石英巖；；；；；；；；；；；工業(yè)硅的純度一般為９５％～９９％，所含的雜質(zhì)主要為Ｆｅ、Ａｌ、Ｇａ、Ｍg等。隨著太陽電池的應(yīng)用從空間擴展到地面，電池生產(chǎn)成本成為推廣應(yīng)用的最大障礙。而硅材料成本的關(guān)鍵在于材料的制造方法。我們知道一些金屬（Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔｉ和Ｖ）只要很低的濃度就能降低電池的性能，而另一些雜質(zhì)即便濃度超過１０１５／ｃｍ２仍不成問題，此濃度大約比半導(dǎo)體級硅的雜質(zhì)濃度高１００倍，這樣就可以選用成本較低的工藝來生產(chǎn)純度稍低的太陽電池級硅，而仍舊能制造性能比較好的電池。２、電阻率：由硅太陽電池的原理知道，在一定范圍內(nèi)，電池的開路電壓隨著硅基體電阻率的下降而增加，材料電阻率較低時，能得到較高的開路電壓，而路電流則略低，總的轉(zhuǎn)換效率較高。３、晶向、位錯、壽命太陽電池較多選用（１１１）和（１００）晶向生長的單晶。通常，由單晶棒所切割的硅片表面可能污染的雜質(zhì)大致可歸納為三類：油脂、松香、蠟等有機物質(zhì)。硅片經(jīng)過初步清洗去污后，要進(jìn)行表面腐蝕，這是由于機械切片后，在硅片表面留下的平均為30～50mm厚的損傷層，腐蝕液有酸性和堿性兩類。一般酸性腐蝕液的配比為硝酸：氫氟酸：醋酸==5：3：3或5：1：1堿性腐蝕硅可與氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿的溶液起作用，生成硅酸鹽并放出氫氣，化學(xué)反應(yīng)為：Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2173。太陽電池主要進(jìn)展之一是應(yīng)用了絨面硅片，絨面狀的硅表面是利用硅的各向異性腐蝕，在硅表面形成無數(shù)的四面方錐體。對于硅而言，如選擇合適的腐蝕液和腐蝕溫度，（100）面可比（111）面腐蝕速度大數(shù)十倍以上。制結(jié)過程是在一塊基體材料上生成導(dǎo)電類型不同的擴散層，它和制結(jié)前的表面處理均是電池制造過程中的關(guān)鍵工序。硅太陽電池中最常用的V族雜質(zhì)元素為磷，Ⅲ族雜質(zhì)元素為硼。沉積在硅表面的雜質(zhì)元素在擴散溫度下向硅內(nèi)部擴散。實例：p型硅片 晶向（111）電阻率 擴散溫度 900～950176。乳膠中適量溶解五氧化二磷或三氧化二硼等雜質(zhì)，并經(jīng)乙醇稀釋成可用的二氧化硅乳膠源。液態(tài)源擴散有三氯氧磷液態(tài)源擴散和硼的液態(tài)源擴散，它是通過氣體攜帶法將雜質(zhì)帶入擴散爐內(nèi)實現(xiàn)擴散。如果是新處理的石英管，還應(yīng)接著通源，即通小流量氮氣，（40～100ml/min）和氧氣（30～90ml/min），使石英壁吸收飽和。（4）失源，繼續(xù)通大流量的氮氣５min，以趕走殘存在管道內(nèi)的源蒸氣。擴散前，氮化硼片預(yù)先在擴散溫度下通氧３０分鐘使氮化硼表面的三氧化二硼與硅發(fā)生反應(yīng)，形成硼硅玻璃沉積下在硅表面，硼向硅內(nèi)部擴散。工藝要求較低，比較成熟。改進(jìn)涂布設(shè)備。氮化硼固態(tài)源擴散設(shè)備簡單，操作方便，擴散硅片表面狀態(tài)好，ｐ—ｎ結(jié)面平整，均勻性，重復(fù)性比液態(tài)源擴散好適合于大批量生產(chǎn)。去邊的方法有腐蝕法，即將硅片兩面掩好。去除背結(jié)常用下面三種方法，化學(xué)腐蝕法，磨沙法和蒸鋁燒結(jié)，絲網(wǎng)印刷鋁燒結(jié)法。硅片腐蝕去背結(jié)后用溶劑溶去真空封蠟，再經(jīng)過濃硫酸或清洗液煮清洗。該方法是在擴散硅片背面真空蒸鍍或絲網(wǎng)印刷一層鋁，加熱或燒結(jié)到鋁—硅共熔點（577176。它補償了背面n+層中的施主雜質(zhì)，得到以鋁摻雜的p型層，由硅一鋁二元相圖可知（）隨著合金溫度的上升，液相中鋁的比率增加。電極就是與p—n結(jié)兩端形成緊密歐姆接觸的導(dǎo)電材料。鋁漿印刷是近幾年比較成熟和在商品化電池生產(chǎn)中大量被采用的工藝方法。（2） 化學(xué)鍍鎳制作電極 利用鎳鹽（氯化鈉或硫酸鎳）溶液在強還原劑次磷酸鹽的作用下，依靠鍍件表面具有的催化作用，使次磷酸鹽分解出生態(tài)原子氫將鎳離子還原成金屬鎳，同時次磷酸鹽分解析出磷，因此在鍍件表面上獲得鎳磷合金的沉積鍍層，化學(xué)鍍鎳的配方很多，堿性溶液用于半導(dǎo)體鍍鎳比酸性溶液好，下面是一種典型鍍液的萬分：氯化鎳 30g/l氯化銨 50g/l檸檬酸銨 65g/l次磷酸鈉 10g/l（3） 絲網(wǎng)印刷制作電極真空蒸鍍和化學(xué)鍍鎳制作電極的方法是一種傳統(tǒng)的制作方法，但存在工藝成本較高，耗能量大，批量小，不適宜于自動化生產(chǎn)，為了降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)量，人們將厚膜集成電路的絲網(wǎng)漏印工藝引入太陽電池的生產(chǎn)中。對于普通的電極設(shè)計，設(shè)計原則是使電池的輸出最大，即電池的串聯(lián)電阻盡可能小和電池的光照作用面積盡可能大。用單電池的最大功率輸出歸一化后，得到柵線和主線的電阻功率損耗分別為(a) 示出主線和柵線的上電極設(shè)計的示意圖。而在另一些情況下，如浸過錫的電池，在較寬的主線上又蓋了一層較厚的錫，rsmb就比較小。由于柵線和主線的遮擋布而引起的功率損失是:忽略直接由半導(dǎo)體到主線的電流，接觸電阻損耗僅僅是由于柵線所引起的，這都分功率損耗一般近似為其中rc是接觸電阻率。主線的最佳尺寸可以由（2）和（4）式相加，然后對WB求導(dǎo)而得出。在這種情況下，可通過簡單的迭代法實現(xiàn)最佳柵線的設(shè)計。從式（10）計算的S值是一個過高的估計值，由此可求出最佳的初試值。在其上覆蓋一層減反射膜層，可大大降低光的反射。由下式給出：當(dāng)n1d1=l0/4時，反射有最小值：如果反射率是其兩邊材料的折射率的幾何平均值（n12=n0n2），則反射值為零。虛線表示將硅封裝在玻璃或有類似折射率的材料之下的結(jié)果電池通常是裝在玻璃之下（n0=）。作電源用必須將若干單體電池串、并聯(lián)連接并嚴(yán)密封裝成組件。（4） 組合引起的電性能損失小。 玻璃殼體式太陽電池組件示意圖1－玻璃殼體；2－硅太陽電池；3－互連條；4－粘接劑；5－襯底；6－下底板；7－邊框線；8－電極接線柱。組件工作壽命的長短和封裝材料，封裝工藝有很大的關(guān)系，它的長短是決定組件壽命的重要因素之一。作上蓋板的材料有：鋼化玻璃、聚丙烯酸類樹脂、氟化乙烯丙烯、透明聚酯、聚碳酯等。目前較多應(yīng)用的是TPF復(fù)合膜，要求:（1）具有良好的耐氣候性能（2）層壓溫度下不起任何變化（3）與粘接材料結(jié)合牢固平板組件必須有邊框，以保護組件和組件與方陣的連接固定。如果測試光源的特性和太陽光相差很遠(yuǎn)，則測得的數(shù)據(jù)不能代表它在太陽光下使用時的真實情況，甚至也無法換算到真實的情況，考慮到太陽光本身隨時間、地點而變化，因此必須規(guī)定一種標(biāo)準(zhǔn)陽光條件，才能使測量結(jié)果既能彼此進(jìn)行相對比較，又能根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)陽光下的測試數(shù)據(jù)估算出實際應(yīng)用時太陽電池的性能參數(shù)。1012Hz的光學(xué)輻射，且在此方向上的輻射強度為1/683WSr1（2）光通量。（4）輻射度，通常稱為光強，即入射到單位面積上的光功率，單位是W/m2或mw/cm2。太陽電池對不同波長的光具有不同的響應(yīng)，就是說輻照度相同而光譜成分不同的光照射到同一太陽電池上，其效果是不同的，太陽光是各種波長的復(fù)合光，它所含的光譜成分組成光譜分布曲線，而且其光譜分布也隨地點、時間及其它條件的差異而不同，在大氣層外情況很單純，太陽光譜幾乎相當(dāng)于6000K的黑體輻射光譜，稱為AMO光譜。因此從測試的角度來考慮，需要規(guī)定一個標(biāo)準(zhǔn)的地面太陽光譜分布。在大氣層外，太陽光在真空中輻射，沒有任何漫射現(xiàn)象，全部太陽輻射都直接從太陽照射過來。3．2太陽模擬器綜上所述，標(biāo)準(zhǔn)地面陽光條件具有1000 w/m2的輻照度，這樣的標(biāo)準(zhǔn)陽光在室外能找到的機會很少，而太陽電池又必須在這種條件下測量，因此，唯一的辦法是用人造光源來模擬太陽光，即所謂太陽模擬器。其優(yōu)點是瞬間功率可以很大，而平均功率卻很小。作為廉價的太陽模擬器避免采用昂貴的濾光設(shè)備，通常用3cm厚的水膜來濾除一部分紅外線，使它近紅外區(qū)的光譜適當(dāng)改善，但卻無法補充過少的紫外線。和鹵鎢燈相比，冷光燈的光譜有了大輻度的改善，而且避免了非常累贅的水膜濾光裝置。氙燈：氙燈的光譜分布從總的情況來看比較接近于日光，~，比太陽光大幾倍?？偟膩碚f，氙燈模擬器的缺點是裝置復(fù)雜，價格昂貴，特別是有效輻照面積很難做得很大。（最大輻照度－最小輻照度）/（最大輻照度＋最小輻照度）100％在測量單體電池時，輻照不均勻度應(yīng)使用不超過待測電池面積1/4的檢測電池來檢測。（最大輻照度－最小輻照度）/（最大輻照度＋最小輻照度）3．3．3光譜失配誤差計算光譜失配誤差=式中：和分別是被測電池（T）和標(biāo)準(zhǔn)電池（S），即光譜電流i(λ)與短路電流I之比：B(λ)－1定義為光譜，它表示太陽模擬器光譜輻照度еsim(λ)。因此為了改善光譜匹配，最好的辦法是設(shè)計光譜分布和標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜非常接近的精密型太陽模擬器，從而對太陽電池的光譜響應(yīng)不必再提出要求。輻照度可以用標(biāo)準(zhǔn)太陽電池短路電流的標(biāo)定值來校準(zhǔn)。地面陽光的總輻照度規(guī)定為1000 w/m2。對非定標(biāo)準(zhǔn)