太阳能电池基本参数的影响因素分析.docx

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1、太阳能电池基本参数的影响因素分析L短路电流Isc2 .开路电压Voc3 .最大工作电压Vm4 .最大工作电流Im5 .填充系数FF6 .转换效率n7 .串联电阻RsI = Il-Id =IL-Isexp(qV/kT)-l、丁 kT Ij IV =ln(-1- 1)qiskTTqisIl光生电流；Id暗电流；Is= Aq (吟卜今)反响饱和电流；(1)短路电流Isc=Il光强度图2. 37短路电流和开路电压随着光强度的变化第一、一个理想的光伏电池，因串联的Rs很小、并联电阻的Rsh很大，所以进行理想电路计算时，他们都可忽略不计。所以负载电流满足式(1),8 .并联电阻RshRs串联电阻;Rsh并

2、联电阻所以根据上式，就会得到右图。第二、但在实际过程中，就要将串联电阻和并联电阻考虑进去，Isc的方程如下:q(V+1Rs)e kT -1V +1%Rm当负载被短路时，V=o,并且此时流经二极管的暗电流Id非常小，可以忽略，上式可变为：J -I 旦=/ -1 L 1SC r. 1 SC 第三、由此可知，短路电流总小于光生电流II且Isc的大小也与Rs和Rsh有关。1 .短路电流Isc当V=0时，Isc=h。Il为光生电流，正比于光伏电池的面积和入射光的辐照度。lcm2光伏电池的L值均为1630mA。环境温度的升高，Il值也会略有上升，一般来讲温度每升高1, Il值上升78 HA2 .开路电压V

3、oc开路时，当1=0时，Voc=kT/qln（k/Is+l）太阳能电池的光伏电压与入射光辐照度的对数成正比，与环境温度成反比，与电池面积的大小无关。温度每上升1 ,UOC值约下降23mV。该值一般用高内阻的直流毫伏计测量。同时也与暗电流有关。而对太阳能电池而言，暗电流不仅仅包括反向饱和电流，还包括薄层漏电流和体漏电流。（由于杂质或缺陷引起的载流子的复合而产生的微小电流）漏电流：太阳能电池片可以分3层，即薄层（即N区），耗尽层（即PN结），体区（即P区），对电池片而言，始终是有一些有害的杂质和缺陷的，有些是材料本身就有的，也有的是工艺中形成的，这些有害的杂质和缺陷可以起到复合中心的作用，可以虏获

4、空穴和电子，使它们复合，复合的过程始终伴随着载流子的定向移动，必然会有微小的电流产生，这些电流对测试所得的暗电流的值是有贡献的，由薄层贡献的部分称之为薄层漏电流，由体区贡献的部分称之为体漏电流。3 .填充系数FFFF是一个重要参数，反映太阳能电池的质量。太阳电池的串联电阻越小，并联甩阻越大，填充系数越大。反映到太阳电池的电流-电压特性曲线上是曲线接近正方形，此时太阳电池可以实现很高的转换效率式中，Pin为入射功率，是太阳能光谱中所有光子的积分；F为填充因子。(3.9)F= AnVmZscVoc显然，要使太阳电池的效率达到最大，F、Isc和都应该达到最大。在室温300K和大气质量AM1时，入射功

5、率Pin = 100mW/cm2,则太阳电池的效率7/= FI SCVOC（3. 10）此时，硅等太阳电池的理想效率如图3.5所示。3.4太阳光照射下的p-n结太阳电池的简化曲线图3.5 300K、大气质量AM1时，太阳电池的理想效率（c=l和C=1000分别指聚光度为1个太阳和聚光度为1000个太阳）4 .转换效率HP I V FFI V_ _ m _ m in _ sc ocn -Pin Pm Pin根据上式可得：填充系数越大，即转换效率越大。因此，影响n的主要因素为串联电阻和并联电阻综上所述，影响Voc、Isc、Vm、Im、FF和n的主要因素就是串联电阻和并联电阻。二、串联电阻Rs和并联

6、电阻RshL串联电阻Rs 一般小于1。，主要包括金属电极与半导体材料的接触电阻、半导体材料的体电阻和电极电阻三部分。棚栅 R/0 0123456效御/%14.1089 10.9527 8.1559 6.0859 4.75213.8768 3.2680串联电阻图2效率对串联电阻的拟合曲线2 .并联电阻Rsh 一般为几千欧姆，主要是电池边缘漏电、电池表面污浊或耗尽区内的复合电流引起的，这几种电流构成了漏电流。而且并联电阻越大，漏电流也就越小。3 .前段工艺对Rs和Rsh的影响3.1 CVDP层：P层如果太厚，造成了 P层对光的吸收增加，从而减少了 i层对光的吸收,而且由于空穴的扩散速率较低，使得空

7、穴的寿命降低；但是P层太薄，在界面层产生的电子-空穴对还没有扩散出去就会由于复合而消失，不利于载流子的收集,增加能量损失。Buffer 层：当缓冲层厚度较薄时，晶格失配问题得到初步改善，从而减少了载流子在界面的复合，因而随着沉积时间的增加，电池的开路电压增加，填充因子也得到较大的改善，电池效率增加。但是，随着沉积时间继续增长，由于没有掺硼，掺碳的缓冲层电阻升高，较厚的缓冲层虽然解决了晶格失配的问题，但是高阻层成为主要矛盾，所以随着掺碳缓冲层厚度的继续增加，填充因子下降，电池性能变差。84828.07 87.674 10 20 30 4050 60 7080 90Bufier layer dep

8、osition time / s图1初始效率和缓冲层沉积时间的关系0.8 550.8500.8450.840 0.8350.830二 0.8250.8200.8150.810在其他条件不变的情况下，沉积时间越长，膜的厚度越大。010 20 30 40 50 60 70 80 90Buflfer layer deposition time / s图3 Hoc和缓冲层沉积时间的关系0.710 700.670 660.65图2 随缓冲层沉积时间的变化0 730.7220 30 4050 60 70Buffer layer deposition time /&0690 68i层：该层是产生光生载流子的

9、主要区域，膜厚越薄，复合中心较少，则并联电阻越小，同时空间电荷区变窄，使得光生电流减小，效率降低；膜厚增加，虽然增加对光的吸收，但缺陷越多，复合中心也就越多，大大降低了载流子的寿命，从而使得电池效率降低，同时使得光致衰减更加严重。N层：膜层太薄，在界面层产生的电子空穴对还没有扩散出去就会由于复合而消失，增加能量损失；膜层过厚，虽然内建电场增加，但是方块电阻增加，即增加了 Rs,同时、在总膜厚不变的情况下，增加了 N层厚度，i层的厚度也就相对减少，不利于光生载流子的产生，使得电池效率降低。3.2 .PVD主要考量的是薄层电阻，即方块电阻，它是太阳能电池串联电阻的一个组成部分。它的大小主要跟膜厚成

10、反比，但是膜厚不能无限地增大，还要考虑其他因素的影响。ZnO为了减少接触电阻，背电极与n层之间必须形成良好的欧姆接触，尽量减少对载流子的阻挡作用，这就要求ZnO的电阻要尽可能地小。根据方块电阻的定义，增加膜厚，可以降低电阻，但是ZnO薄膜是太厚会影响到透过率，因此在特定的膜厚条件下，会有电阻和透过率的最佳值。从该图可以看出，在衬底温度达到某个值时，电阻值最小，透过率也较大。同时，在n层和金属Ag之间加入ZnO，会阻止Ag向n层扩散，阻止Ag的漏电，增加电池的并联电阻，从而增加电池效率。Ag根据实际分析，发现ZnO、Ag和Ti是并联在一起的，所以他们的电阻由最小的电阻决定，而Ag的电阻最小，降低

11、方块电阻的关键就是降低Ag的电阻。根据上述分析，降低电阻，就要增加膜厚。可是增加膜厚就会增加成本，并且坐膜厚增大到一定值后，它的电阻就不会降低的很多，这一点由Ag材料本身的性能决定。3.3.Laser线宽：划线宽度越宽，死区增大，导致电池的有效面积越小，使得loc减少；划线宽度越窄，电阻增大，同时线条的完整性就受到影响，对设备的要求也极高。划线深度 P1：如果太浅，就代表有TCO残留在glass上，电流就会直接从TCO薄膜流过，将 电池短路，这样就将少了串联电池的个数，从而减少电池 P2:如果太深，切到TCO薄膜，使得TCO薄膜变薄，从而增大了导电极的电阻，也就增加了 Rs, Isc也随之减少

12、；如果切得较浅，即没有将a-Si切断，仍有a-Si残留在TCO膜层上，就会增加TCO与金属层的接触阻抗，也就是增加了 Rso P3:如果切到TCO薄膜，增加了 Rs；如果切到玻璃，就减少了串联电池的个数，从面减少了电池的效率；如果没有将a-Si切割完全，增加漏电流，减少了并联电阻，短路电流减少。P4：如果切割不完全，则增加漏电流，减少并联电阻，导致loc减少，效率降低；如果切割深度过深，导致玻璃漏在表面，应该对效率无影响。1.1 合适的布线（包括线缆选择与布敷、屏蔽连接与工艺）可以有效地减少外部环境对信号的干扰以及各种线缆之间的相互干扰，提高设备运行的可靠性。同时一，也便于查找故障原因和维护工

13、作，提高产品的可用性。1.2 线缆大致分成以下儿种类型：A类：敏感信号线缆B类：低压信号线缆D类：辅助出路配也也缆E类：主电路配电电缆1.3 A类指各种串行通信（如以太网、RS485等）电缆、数据传输总线、ATC天线和通信电缆，无线电、以及各类毫伏级（如热电偶、应变信号等）信号线。L4B类 指5V、15V、24V、。10mA、420mA等低压信号线（如各种传感器信号、同步电压等）以及广播音频、对讲音频电缆。1.5 D类 指220/400V、连接各种辅助电机、辅助逆变器的电缆。1.6 E类 指额定电压3kV （最大3600V）以下，500V以上的电力电缆。1.7 这4类信号中，就易被干扰而言，按

14、A-E的顺序排列，A类线最易被干扰；就发射的电磁骚扰而言，按E-A的顺序排列，E类发射的骚扰最强。2 .线缆选择的基本原则2.1 应选择阻燃、无卤（或低卤）、无毒的绝缘线缆，线缆应具备良好的拉伸强度、耐磨损性和柔软性，以适应振动冲击的环境。2.2 根据信号的电压等级、额定电流、预期短路电流、频率、环境条件、电磁兼容性要求及预期寿命来选择电缆的型号和规格。线缆应符合TB/T 1484的要求。2.3 配电电缆截面积按发热条件选择，负载电流必须小于允许载流量（安全载流量）。2.4 电缆以线芯长期允许工作温度分成：A组（不超过100C）和B组（不超过125）。2.5 交流系统中，电缆的额定电压至少应等于系统的标称电压；直流系统中，该系统的标称电压应不大于该电缆额定电压的L5倍。2.6 T同轴电缆的抗干扰性能较好，传输距离长，可用作视频、射频信号的电缆。2.7 铜母线一般应根据GB 5584.2及GB5585.2,选择采用TBY、TBR型扁铜线及TMY、TMR型铜母线。2.8 对于A类和B类应采用双绞屏蔽电缆,A类中的通信线必要时可采用光纤。2.9 m配电电缆宜用屏蔽电缆，以防止对外部的辐射干扰。3 .布线的基本要求3.1 电气设备的布线应符合设计规定的电路图及装置布线图要求。4 .电子装置的布线