淺談太陽電池電性能參數(shù)及影響因素

摘要： 太陽電池輸出特性是衡量太陽電池的一個重要參數(shù)。在不同負(fù)載和光強條件下，通過對特定型號的多晶硅太陽電池輸出實驗研究，數(shù)據(jù)分析表明，硅太陽電池的伏安特性呈非線性；Voc、Isc等隨日照強度變化而變化。

關(guān)鍵字：太陽電池、電性能參數(shù)、Rs、Rsh

一、引言

在20世紀(jì)的能源結(jié)構(gòu)中，人類主要利用的是一次能源。經(jīng)過長時間的消費，已消耗了相當(dāng)大的比例，且隨著人口的增長對能源的消費將不斷增加。太陽能作為可再生能源已成為當(dāng)今主流，但目前晶體硅太陽電池所面臨的低效率已被全世界能源機構(gòu)研究討論。而影響太陽電池效率的因素除材料結(jié)構(gòu)、性質(zhì)外串聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻、填充因子和環(huán)境因素都是影響太陽電池的轉(zhuǎn)換效率的主要因素。

二、電性能參數(shù)介紹

1. Rs、Rsh、Pmpp、FF各電性能參數(shù)之間的關(guān)系

（1）在所有參數(shù)中，只有電壓和電流是測量值，其他參數(shù)均是計算值。

（2）Pmpp為在I-V曲線上找一點，使改點的電壓乘以電流所得最大，該點對應(yīng)的電壓就是最大功率點電壓Umpp，該點對應(yīng)得電流就是最大功率點電流Impp

（3）Rs為在光強為1000W/M2和500W/M2下所得最大功率點的電壓差與電流差的比值，只是一個計算值，所以有時候會出現(xiàn)負(fù)值的情況

（4）Rsh為暗電流曲線下接近電流為0時曲線的斜率

（5）Rs和Rsh決定FF

（6）Rsh和Irev1、Irev2有對應(yīng)的關(guān)系

2. Rs、Rsh組成及影響因素

（1）Rs組成

測試中的串聯(lián)電阻Rs主要由以下幾個方面組成：

①材料體電阻（可以認(rèn)為電阻率為ρ的均勻摻雜半導(dǎo)體）屬于固定電阻，也就是基本電阻；

②正面電極金屬柵線體電阻屬于固定電阻，也就是基本電阻；

③正面擴散層電阻屬于固定電阻，也就是基本電阻；

④背面電極金屬層電阻屬于固定電阻，也就是基本電阻；

⑤正背面金屬半導(dǎo)體接觸電阻是變量電阻燒結(jié)效果的好壞直接影響Rs的最終值；

⑥外部因素影響，如探針和片子的接觸屬于外部測試因素，也會導(dǎo)致Rs變化

燒結(jié)的關(guān)鍵就是歐姆接觸電阻，也就是金屬漿料與半導(dǎo)體材料接觸處的電阻。

（2）Rsh組成

測試中并聯(lián)電阻Rsh主要是由暗電流曲線推算出，主要由邊緣漏電和體內(nèi)漏電決定

邊緣漏電主要由以下幾個方面決定：

①邊緣刻蝕不徹底

②硅片邊緣污染

③邊緣過刻

體內(nèi)漏電主要幾個方面決定

①方阻和燒結(jié)的不匹配導(dǎo)致的燒穿

②由于鋁粉的沾污導(dǎo)致的燒穿

③片源本身金屬雜質(zhì)含量過高導(dǎo)致的體內(nèi)漏電

④工藝過程中的其他污染，如工作臺板污染、網(wǎng)帶污染、爐管污染、DI水質(zhì)不合格等

（3） Rs、Rsh影響因素

Rs、Rsh大小決定太陽電池輸出特性，理想太陽電池要求Rs越小越好，Rsh越大越好。Rs越小太陽電池輸出就越大，反之，Rs越大則影響太陽電池輸出效率。Rsh越大流過太陽電池并聯(lián)電阻的電流就越小，反之，Rsh越小流過太陽電池并聯(lián)電阻的電流就越大流過串聯(lián)電阻的電流就越小。

Rs偏大原因

①擴散方塊電阻是否存在偏大現(xiàn)象

②原始硅片電阻率是否偏大

③絲網(wǎng)印刷正面主副柵線虛印情況

④測試機探針是否正好壓到主柵線上

⑤印刷燒結(jié)設(shè)備及工藝問題

Rsh偏低原因

①原材料因素-硅片中金屬雜質(zhì)含量過高、缺陷密度過大

②工藝因素-a、刻蝕時間過短、周邊N型層未全部除去或過刻

b、SI3N4膜的致密性較差導(dǎo)致燒結(jié)易燒穿

c、擴散燒結(jié)溫度太高、方阻太高

③工藝工程污染-a、設(shè)備環(huán)境污染、爐管污染、工作臺

b、 人為使用工具污染

三、總結(jié)

所以在電性能參數(shù)中，我們認(rèn)為，F(xiàn)F、Rs、Rsh這三個參數(shù)是緊密相連的一組。可用Rs、Rsh直觀地判斷FF的好壞。即Rs和Rsh主要影響FF，當(dāng)他們性能很差時對Voc和Isc的影響也是很顯著的。

作者簡介：

代術(shù)華 （1988.03），男，漢，四川安岳人，本科，助教，專業(yè)：光伏材料應(yīng)用技術(shù)，主要研究方向：光伏教育。