【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 同的，但光電轉(zhuǎn)換的原則是一致的。，在PN結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)作用下，N區(qū)的空穴向P區(qū)運(yùn)動(dòng)，而P區(qū)的電子向N區(qū)運(yùn)動(dòng)。圖2。5晶體硅太陽(yáng)能電池工作原理最后造成在太陽(yáng)能電池受光面（上表面）有大量負(fù)電荷（電子）積累，而電池背光面（下表面）有大量正電荷（空穴）積累。如在電池上、下表面做上金屬電極，并且導(dǎo)線(xiàn)接上負(fù)載，載負(fù)載上就有電流通過(guò)。只要太陽(yáng)光照射持續(xù)不斷，負(fù)載上就一直有電流通過(guò)。由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過(guò)p－n結(jié)后如果在半導(dǎo)體中流動(dòng)，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽(yáng)光就不能通過(guò)，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋p－n結(jié) （：梳狀電極），以增加入射光的面積。另外硅表面非常光亮，會(huì)反射掉大量的太陽(yáng)光，不能被電池利用。為此，科學(xué)家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護(hù)膜，將反射損失減小到5％甚至更小。 一個(gè)電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池（通常是36個(gè)）并聯(lián)或串聯(lián)起來(lái)使用，形成太陽(yáng)能光電板。 硅太陽(yáng)能光伏電池介紹目前，硅太陽(yáng)能電池占太陽(yáng)能電池的絕大部分(94％)[3]，根據(jù)硅片厚度的不同，可分為晶體硅太陽(yáng)能電池和薄膜硅太陽(yáng)能電池兩大類(lèi). 晶體硅太陽(yáng)能電池 晶體硅太陽(yáng)能電池有單晶硅(cSi)和多晶硅(pSi)太陽(yáng)能電池兩類(lèi)，最早出現(xiàn)的是利用切片技術(shù)()制備的cSi太陽(yáng)能電池，而后帶狀硅技術(shù)的出現(xiàn)，避免了切片的操作，隨著絲網(wǎng)印刷和機(jī)械刻槽技術(shù)的出現(xiàn),cSi太陽(yáng)能電池的性能得到了進(jìn)一步提高。而后用pSi代替cSi并應(yīng)用cSi太陽(yáng)能電池的一些技術(shù)，如選擇腐蝕發(fā)射結(jié)、金屬吸雜、腐蝕絨面、表面和體鈍化、細(xì)金屬柵電極等等，制備了pSi太陽(yáng)能電池。與cSi太陽(yáng)能電池相比,pSi太陽(yáng)能電池成本低,但存在明顯的晶粒界面和晶格錯(cuò)位等缺陷而導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)化效率相對(duì)較低。目前cSi和pSi太陽(yáng)能電池的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展階段，然而，cSi和pSi太陽(yáng)能電池的成本因需高純Si原材料而居高不下，其發(fā)展受到了一定的限制。％( 理論最高光電轉(zhuǎn)化效率為25％)[4]，Geogia采用磷吸雜和雙層減反射膜技術(shù)，％的pSi太陽(yáng)能電池[5]；新南威爾士大學(xué)光伏中心采用類(lèi)似PERL電池技術(shù)，％的pSi太陽(yáng)能電池[6]；中國(guó)能源網(wǎng)報(bào)道，德國(guó)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)科研人員于2004年采用新技術(shù)，在世界上率先使pSi太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率突破20％大關(guān)，％。 薄膜硅太陽(yáng)能電池 薄膜硅太陽(yáng)能電池(硅膜厚約50μm)的出現(xiàn)，相對(duì)晶體硅太陽(yáng)能電池，所用的硅材料大幅度減少，很大程度上降低了晶體硅太陽(yáng)能電池的成本。薄膜硅太陽(yáng)能電池主要有非晶硅(aSi)、微晶硅(μcSi)和多晶硅pSi)薄膜太陽(yáng)能電池，前兩者有光致衰退效應(yīng)，其中μcSi薄膜太陽(yáng)能電池光致衰退效應(yīng)相對(duì)較弱但μcSi薄膜沉積速率低()，光致衰退效應(yīng)致使其性能不穩(wěn)定，發(fā)展受到一定的限制，而后者則無(wú)光致衰退效應(yīng)問(wèn)題，因此是硅系太陽(yáng)能電池的發(fā)展方[7]。日本三菱公司在石英(SiO2)％，德國(guó)Fraunhofer研究所在石墨和碳化硅(SiC)襯底上制備的pSi薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率分別為11％％，％；％[8]；％。 單晶硅、非晶硅、多晶硅的區(qū)別 區(qū)別晶體非晶體 日常所見(jiàn)到的固體分為非晶體和晶體兩大類(lèi)，非晶體物質(zhì)的內(nèi)部原子排列沒(méi)有一定的規(guī)律，當(dāng)斷裂時(shí)斷口也是隨機(jī)的，如塑料和玻璃等，而稱(chēng)之為晶體的物質(zhì)。而外形呈現(xiàn)天然的有規(guī)則的多面體，具有明顯的棱角與平面，其內(nèi)部的原子是按照一定的規(guī)律整齊的排列起來(lái)，叫非晶體。所以破裂時(shí)也按照一定的平面斷開(kāi)，如食鹽、水晶等。 區(qū)別單晶體和多晶體 有的晶體是由許許多多的小晶粒組成，若晶粒之間的排列沒(méi)有規(guī)則，這種晶體稱(chēng)之為多晶體，如金屬銅和鐵。但也有晶體本身就是一個(gè)完整的大晶粒，這種晶體稱(chēng)之為單晶體，如水晶和晶剛石。 單晶硅與多晶硅光伏電池的比較 單晶硅電池具有電池轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高。多晶硅電池成本低，轉(zhuǎn)換效率略低于直拉單晶硅太陽(yáng)能電池，材料中的各種缺陷，如晶界、位錯(cuò)、微缺陷，和材料中的雜質(zhì)碳和氧，以及工藝過(guò)程中玷污的過(guò)渡族金屬。[9] 太陽(yáng)能電池的基本特征（1） 等效電路為了描述太陽(yáng)能電池的工作狀態(tài)，往往將太陽(yáng)能電池及負(fù)載系統(tǒng)用一等效電路來(lái)模擬。在恒定光照下，一個(gè)處于工作狀態(tài)的太陽(yáng)能電池，其光電流不隨工作狀態(tài)而改變，在等效電路中可把他看坐是恒流源。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(guò)來(lái)它又正向偏置于PN結(jié)二極管，引起一股與光電電流方向相反的暗電流Ibk，但是，由于前面和背面的電極和接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，基區(qū)和頂層都不可避免的要引入附加電阻。流經(jīng)負(fù)載的電流，經(jīng)過(guò)他們時(shí)，必然引起損耗，在等效電路中，可將他們的總效果用一個(gè)串聯(lián)電阻RS來(lái)表示。由于電池邊沿的漏電和制作金屬化電極時(shí)，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(guò)負(fù)載的電流短路，這中作用的大小可用一并聯(lián)電阻RSH來(lái)等效。IL為光生電流，ID為二極管電流，RS為串聯(lián)電阻，RSH為并聯(lián)電阻，I為輸出電流，V為輸出電壓。RL為負(fù)載電阻其中暗電流等于總面積與Jbk乘積，而光電流IL為電池的有效受光面積。AE與JL的乘積，這時(shí)的結(jié)電壓Vj不等于負(fù)載的端電壓，由圖可見(jiàn)結(jié)點(diǎn)電壓的表達(dá)式為： Vj=IRS+V （）（2） 輸出特性 根據(jù)上圖就可以寫(xiě)出太陽(yáng)能電池輸出電流I和輸出電壓V之間的關(guān)系 （）其中暗電流Ibk應(yīng)為結(jié)電壓Vj的函數(shù)。當(dāng)負(fù)載RL從0變化到無(wú)窮大時(shí)，輸出電壓V則從0變化到Voc，同時(shí)輸出電流I便從ISC變到0，由此得到電池的輸出特性曲線(xiàn)。曲線(xiàn)上任何一點(diǎn)都可以作為工作點(diǎn)，工作點(diǎn)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。1. 短路電流太陽(yáng)能電池的短路電流等于其光生電流。分析短路電流的最方便的方法是將太陽(yáng)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：λO為本證吸收波長(zhǎng)限；R（λ）為表面反射率；F（λ）為太陽(yáng)光譜中波長(zhǎng)為λ～λ+dλ間隔內(nèi)的光子數(shù)。F（λ）的值很大的程度上依賴(lài)于太陽(yáng)天頂角。，當(dāng)RS→0，Rsh→∞時(shí)，可得：（）當(dāng)外電路短路時(shí)（R=0、V=0），此時(shí)I最大，表達(dá)式為: I=IL=ISC （）ISC稱(chēng)為短路電流。由于光照產(chǎn)生的非平衡載流子各向相反方向擴(kuò)散和漂移，從而內(nèi)部構(gòu)成自n區(qū)流向P區(qū)的光生電流，在P—n結(jié)短路情況下構(gòu)成短路電流，ISC如果將PN結(jié)與外電路接通，對(duì)于恒定光照，就會(huì)有恒定電流流過(guò)電路，在非靜電力的作用下PN結(jié)起了電源的作用。在外電路接上負(fù)載后，負(fù)載中便有電流過(guò)，該電流稱(chēng)為太陽(yáng)電池的工作電流，或稱(chēng)輸出電流。負(fù)載兩端的電壓稱(chēng)工作電壓。2. 開(kāi)路電壓 對(duì)理想PN結(jié)且不考慮太陽(yáng)電池有限尺寸的影響，在開(kāi)路情況下，光照PN結(jié)兩端建立光生電勢(shì)qVoc，稱(chēng)Voc為開(kāi)路電壓，表達(dá)式如下： （）在可以忽略串聯(lián)、并聯(lián)電阻的影響時(shí)，ISC為與入射光強(qiáng)度成正比的值，在很弱的陽(yáng)光下ISC《IO。因此 （）其中，在很強(qiáng)的陽(yáng)光下，ISCIO, （）由此可見(jiàn)，在較弱陽(yáng)光時(shí)，硅太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓隨光的強(qiáng)度作近似直線(xiàn)的變化。而當(dāng)有較強(qiáng)的陽(yáng)光時(shí)，Voc則與入射光的強(qiáng)度的對(duì)數(shù)成正比。Si與GaAs比較，因GaAs的禁帶寬度寬，故IO值比Si的小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，GaAs的Voc值比Si的高0．45伏左右。假如結(jié)形成的很好，禁帶寬度越寬的半導(dǎo)體Voc越大 開(kāi)路電壓與短路電流的關(guān)系 太陽(yáng)電池的工作電流和電壓隨著負(fù)載電阻的變化而變化，將不同阻值所對(duì)應(yīng)的工作電壓和電流值繪制成曲線(xiàn)就得到太陽(yáng)電池的伏安特性曲線(xiàn)。 由于太陽(yáng)電池組件的輸出功率取決于太陽(yáng)輻照度、太陽(yáng)能光譜的分布和太陽(yáng)電池的溫度，因此太陽(yáng)電池組件的測(cè)量必須在標(biāo)準(zhǔn)條件下(STC—Standard Test Condition)進(jìn)行，測(cè)條件是： 光譜輻照度為1000W／m2，光譜為AM 1．5，電池溫度為25176。C。 在這種條件下，太陽(yáng)電池組件所輸出的最大功率被稱(chēng)為峰值功率，單位為峰瓦(Wp)。在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽(yáng)模擬器測(cè)定，并和國(guó)際認(rèn)證機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的。太陽(yáng)電池進(jìn)行比較。4. 填充因子如果負(fù)載的電阻值使得工作電流和電壓的乘積最大，即得到了最大的輸出功率，用符號(hào)Pm表示，即有： Pm=VmIm （）Vm和Im分別是太陽(yáng)電池工作時(shí)的最大工作電壓和電流。填充因子是最大輸出功率與電池的短路電流和開(kāi)路電壓乘積的比值。用FF表示： （）填充因子是衡量電池輸出特性的重要指標(biāo)，代表電池在最佳負(fù)載時(shí)所能輸出的最大功率，其值越大表明太陽(yáng)能電池輸出特性越好FF的值可由下式給出 （）式中：Voc是歸一化開(kāi)路電壓；Voc=q Voc/nkT，n為二極管品質(zhì)因子。當(dāng)Voc15時(shí)，該公式的精確度可達(dá)4位有效數(shù)字。實(shí)際上，由于受串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的影響，電池的實(shí)際填充因子的值低于上述給出的理想值。 5. 轉(zhuǎn)換效率 轉(zhuǎn)換效率表示在外電路連接最佳負(fù)載電阻