【正文】 對(duì)非定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。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)。（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(jì)算光譜失配誤差=式中：和分別是被測(cè)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)?？偟膩碚f，氙燈模擬器的缺點(diǎn)是裝置復(fù)雜，價(jià)格昂貴，特別是有效輻照面積很難做得很大。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。其優(yōu)點(diǎn)是瞬間功率可以很大，而平均功率卻很小。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。太陽電池對(duì)不同波長(zhǎng)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(zhǎng)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(diǎn)、時(shí)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。1012Hz的光學(xué)輻射，且在此方向上的輻射強(qiáng)度為1/683WSr1（2）光通量。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(hù)組件和組件與方陣的連接固定。組件工作壽命的長(zhǎng)短和封裝材料，封裝工藝有很大的關(guān)系，它的長(zhǎng)短是決定組件壽命的重要因素之一。（4） 組合引起的電性能損失小。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=）。在其上覆蓋一層減反射膜層，可大大降低光的反射。在這種情況下，可通過簡(jiǎn)單的迭代法實(shí)現(xiàn)最佳柵線的設(shè)計(jì)。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。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(jì)的示意圖。（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(qiáng)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(shí)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(dòng)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。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。該方法是在擴(kuò)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(diǎn)（577176。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。氮化硼固態(tài)源擴(kuò)散設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，擴(kuò)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(kuò)散好適合于大批量生產(chǎn)。工藝要求較低，比較成熟。（4）失源，繼續(xù)通大流量的氮?dú)猓祄in，以趕走殘存在管道內(nèi)的源蒸氣。液態(tài)源擴(kuò)散有三氯氧磷液態(tài)源擴(kuò)散和硼的液態(tài)源擴(kuò)散，它是通過氣體攜帶法將雜質(zhì)帶入擴(kuò)散爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散。實(shí)例：p型硅片 晶向（111）電阻率 擴(kuò)散溫度 900～950176。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。對(duì)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。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。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(jī)物質(zhì)。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(shí)，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。而硅材料成本的關(guān)鍵在于材料的制造方法。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(jí)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。薄膜電池用直接帶隙半導(dǎo)體更為可取，因?yàn)樗茉诒砻娓浇展庾?。一個(gè)太陽電池的轉(zhuǎn)換效率是其輸出功率與輸入功率之比。為了使RS小，一般是使金屬柵做成又密又細(xì)的形狀。當(dāng)Sn很小時(shí)，JSC和η都呈現(xiàn)出一個(gè)峰。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(kuò)散區(qū)中是很自然的。雖然Nd和Na出現(xiàn)在Voc定義的對(duì)數(shù)項(xiàng)中，它們的數(shù)量級(jí)也是很容易改變的。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(zhǎng)了。C，%，h也因而降低約同樣的百分?jǐn)?shù)。高能粒子輻照時(shí)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(shí)，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。曲線上任何一點(diǎn)都可以作為工作點(diǎn), 工作點(diǎn)所對(duì)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(shí)，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(gè)填充因子FF為 ()填充因子正好是IV曲線下最大長(zhǎng)方形面積與乘積Voc180。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。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。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(zhǎng)處，反射率達(dá)到1%左右。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(zhǎng)顯然，減反射膜的厚度d1為1/4波長(zhǎng)時(shí)，R為最小。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(zhǎng)范圍，并找出每一段光譜所對(duì)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(zhǎng)限 R(λ)——表面反射率 F(λ)——太陽光譜中波長(zhǎng)為l～l+dl間隔內(nèi)的光子數(shù)。落到導(dǎo)帶底的電子有的向表面或結(jié)擴(kuò)散，有的在半導(dǎo)體內(nèi)部或表面復(fù)合而消失了。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。此外，異質(zhì)結(jié)、肖特基勢(shì)壘等也可以得到較好的光電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)光照射到pn結(jié)上時(shí)，產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，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(chǎng)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(chǔ)存了過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴。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(chǎng)，由空穴構(gòu)成的電流只是由于它的濃度梯度形成的擴(kuò)散電流。（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)。在正常情況下，大部分施主和受主都被電離，因此 ()式中ND和NA為施主和受主雜質(zhì)的總濃度。即 ()式中Se0和Sh0是表面復(fù)合速度。 （a） 通過半導(dǎo)體禁帶中的陷阱能級(jí)的兩級(jí)復(fù)合過程（b） 在半導(dǎo)體表面位于禁帶中的表面態(tài)對(duì)此過程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析可得，通過陷阱的凈復(fù)合—產(chǎn)生率UT可寫為 ()式中，th0和te0 是壽命參數(shù)，它們的大小取決于陷阱的類型和陷阱缺陷的體密度，n1和p1是分析過程中產(chǎn)生的參數(shù)，此分析過程還引入一個(gè)復(fù)合速率與陷阱能Et的關(guān)系式： () ()式()在形式上與用費(fèi)米能級(jí)表示電子濃度的公式很相似。然后，第二個(gè)電子通過發(fā)射聲子弛豫回到它初始所在的能級(jí)。熱平衡時(shí)，即np=ni2時(shí)，復(fù)合率由數(shù)目相等但過程相反的產(chǎn)生率所平衡。這個(gè)衰減過程通稱為復(fù)合過程。與此相反，對(duì)直接躍遷型材料GaAs，在其禁帶寬度附近吸收系數(shù)急劇增加，對(duì)能量大于禁帶寬度的光子的吸收緩慢增加，此時(shí)，光吸收和電子一空穴對(duì)的產(chǎn)生，大部分是在距表面2mm左右的極薄區(qū)域中發(fā)生。半導(dǎo)體晶體的吸光程度由光的頻率n和材料的禁帶寬度所決定。因此，電子的總速度歸根結(jié)底將隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加。電子載流子的遷移率定義為： ()來自導(dǎo)帶電子的相應(yīng)的電流密度將是 ()對(duì)于價(jià)帶內(nèi)的空穴，其類似公式為 ()總電流就是這兩部分的和。在P型半導(dǎo)體中靠近價(jià)帶。因某種原因，少數(shù)載流子一旦超過平衡值，就將發(fā)生與多數(shù)載流子的復(fù)合，企圖恢復(fù)到原來的平衡的狀態(tài)。被奪走的電子留下一個(gè)空位，成為空穴。這種情況下，形成電子過剩的n型半導(dǎo)體。四個(gè)價(jià)電子與周圍的硅原子組成共價(jià)鍵，但第五個(gè)卻處于不同的情況，它不在共價(jià)鍵內(nèi)，因此不在價(jià)帶內(nèi)，它被束縛于V族原子，所 一個(gè)V族原子替代了一個(gè)硅原子的部分硅晶格以不能穿過晶格自由運(yùn)動(dòng)，因此它也不在導(dǎo)帶內(nèi)。在半導(dǎo)體中，空穴和導(dǎo)帶中的自由電子一樣成為導(dǎo)電的帶電粒子（即載流子）。在這種情況下，滿帶的電子獲得室溫的熱能，就有可能越過禁帶跳到導(dǎo)帶成為自由電子，它們將有助于物質(zhì)的導(dǎo)電性。但是晶體的平衡狀態(tài)并不是電子全都處在最低允許能級(jí)的一種狀態(tài)。金屬中含有少量雜質(zhì)時(shí)，看不出電阻率有多大的變化，但在半導(dǎo)體里摻入微量的雜質(zhì)時(shí)，卻可以引起電阻率很大的變化，例如在純硅中摻入百萬分之一的硼，180。許多有機(jī)化合物，如蒽也是半導(dǎo)體。容易導(dǎo)電的稱為導(dǎo)體，如金、銀、銅、鋁、鉛、錫等各種金屬；不容易導(dǎo)電的物體稱為絕緣體，常見的有玻璃、橡膠、塑料、石英等等；導(dǎo)電性能介于這兩者之間的物體稱為半導(dǎo)體，主要有鍺、硅、砷化鎵、硫化鎘等等。在常溫下，絕緣體內(nèi)僅有極少量的自由電子，因此對(duì)外不呈現(xiàn)導(dǎo)電性。半導(dǎo)體的電阻率對(duì)溫度的反應(yīng)靈敏，例如鍺的溫度從200C升高到300C，電阻率就要降低一半左右。自由空間的電子所能得到的能量值基本上是連續(xù)的，但在晶體中的情況就可能截然不同了，孤立原子中的電子占據(jù)非常固定的一組分立的能線，當(dāng)孤立原子相互靠近，規(guī)則整齊排列的晶體中，由于各原子的核外電子相互作用，本來在孤立原子狀態(tài)是分離的能級(jí)擴(kuò)展，根據(jù)情況相互重疊。被電子完全占據(jù)的允許帶（稱為滿帶）上方，隔著很寬的禁帶，存在完全空的允許帶（稱為導(dǎo)帶），這時(shí)滿帶的電子即使加電場(chǎng)也不能移動(dòng)，所以這種物質(zhì)便成為絕緣體。一旦從外部獲得能量，共價(jià)鍵被破壞后，電子將從價(jià)帶躍造到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶中留出電子的一個(gè)空位。存在多余電子的稱為n型半導(dǎo)體，存在多余空穴的稱為P型半導(dǎo)體。例如，把V族元素（Sb,As,P）作為雜質(zhì)摻入單元素半導(dǎo)體硅單晶中時(shí)，這 （a） V族替位雜質(zhì)在禁帶中引入的允許能級(jí) （b）Ⅲ族雜質(zhì)的對(duì)應(yīng)能態(tài)些雜質(zhì)替代硅原子的位置進(jìn)入晶格點(diǎn)。我們把數(shù)量多的電子稱為多數(shù)載流子，將數(shù)量少的空穴稱為少數(shù)載流子。但為數(shù)很多的化合物半導(dǎo)體，根據(jù)構(gòu)成元素某種過剩或不足，有時(shí)導(dǎo)電類型發(fā)生變化。這個(gè)關(guān)系式也適用于本征半導(dǎo)體，可得到 ()根據(jù)量子理論和量子統(tǒng)計(jì)理論可以得到 ()式中， k——玻耳茲曼常數(shù)；h——普朗克常數(shù)；m*n——電子有效質(zhì)量；mp*——空穴有效質(zhì)量；T——絕對(duì)溫度；EV——價(jià)帶頂能量；EC——導(dǎo)帶底能量；NV——價(jià)帶頂?shù)挠行B(tài)密度NC——導(dǎo)帶底的有效態(tài)密度假如知道半導(dǎo)體的禁帶亮度Eg，就可以很容易地計(jì)算出本征載流子濃度。這種碰撞將造成電子運(yùn)動(dòng)的雜亂無章，換句話說，它將降低電子從外加電場(chǎng)得到附加速度，兩次碰撞之間的“平均”時(shí)間稱為弛豫時(shí)間tr，由電子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速度來決定。當(dāng)溫度升高時(shí)，基體原子的振動(dòng)更劇烈，它們變?yōu)楦蟮摹鞍小保瑥亩档土藘纱闻鲎查g的平均時(shí)間及遷移率。粒子流與濃度梯度的負(fù)值成正比。除此以外，光的吸收還依賴于導(dǎo)帶、價(jià)帶的態(tài)密度。一 馳豫到平衡適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射在半導(dǎo)體上會(huì)產(chǎn)生電子—空穴對(duì)。由于間接帶隙半導(dǎo)體需要包括聲子的兩級(jí)過程，所以輻射復(fù)合在直接帶隙半導(dǎo)體中比間接帶隙半導(dǎo)體中進(jìn)行得快。利用GaAs及其合金為材料的商用半導(dǎo)體激光器和光發(fā)射二極管就是以輻射復(fù)合過程作為基礎(chǔ)的。 俄歇復(fù)合過程（a） 多余的能量傳給導(dǎo)帶中的電子（b） 多余的能量傳給價(jià)帶中的電子四、通過陷阱的復(fù)合前面已指出，半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷會(huì)在禁帶中產(chǎn)生允許能級(jí)。五、表面復(fù)合表面可以說是晶體結(jié)構(gòu)中有相當(dāng)嚴(yán)重缺陷的地方。 泊松方程它描述了電場(chǎng)散度與空間電荷密度r之間的關(guān)系，在一維情況下，其形式為： ()式中e是介電常數(shù)。在一塊半導(dǎo)體晶體內(nèi)，P型和n型緊接在一起時(shí)，將它們交界處稱為pn結(jié)。當(dāng)外加電壓使得p區(qū)為正時(shí)，勢(shì)壘高度減小，空穴從p區(qū)向n區(qū)的移動(dòng)以及電子從n區(qū)向p區(qū)的移動(dòng)變得容易，在兩個(gè)區(qū)內(nèi)有少數(shù)載流子注入，因此電流容