应用光伏学

太阳能电池的特性和制造
摘要：
关键词：
目录
序言
一．太阳电池的特性
1.理想太阳能电池的结构
1)太阳电池的实质:太阳能电池是一种能直接把太阳光转化为电的电子器件。

入射
到电池的太阳光通过同时产生电流和电压的形式来产生电能。

2)太阳电池的材料:许多不同的材料和工艺都基本上能满足太阳能转化的需求，但
实际上，几乎所有的光伏电池转化过程都是使用组成pn结形式的半导体材料
来完成的。

3)结构图:
2.太阳电池的工作原理
1)光生载流子的产生
在太阳能电池中产生的电流叫做“光生电流”，它的产生包括了两个主要的过程。

第一个过程:吸收入射光子并产生电子空穴对。

电子空穴对只能由能量大于太阳能电池的禁带宽度的光子产生。

然而，电子（在p型材料中）和空穴（在
n型材料中）是处在亚稳定状态的，在复合之前其平均生存时间等于少数载流
子的寿命。

如果载流子被复合了，光生电子空穴对将消失，也产生不了电流或
电能了。

第二个过程:pn结通过对这些光生载流子的收集，即把电子和空穴分散到
不同的区域，阻止了它们的复合。

pn结是通过其内建电场的作用把载流子分开
的。

如果光生少数载流子到达pn结，将会被内建电场移到另一个区，然后它
便成了多数载流子。

如果用一根导线把发射区跟基区连接在一起（使电池短路），光生载流子将流到外部电路。

图为
2)光生载流子聚集成电流
3)产生跨越太阳能电池的高电压
4)能量在电路和外接电阻中消耗
3.收集概率
理想短路情况下电子和空穴在pn结的流动。

少数载流子不能穿过半导体和金属之间的界限，如果要阻止复合并对电流有贡献的话，必须通过pn结的收集。

“收集概率”描述了光照射到电池的某个区域产生的载流子被pn结收集并参与到电流流动的概率，它的大小取决于光生载流子需要运动的距离和电池的表面特性。

在耗散区的所有光生载流子的收集概率都是相同的，因为在这个区域的电子空穴对会被电场迅速地分开。

在原来电场的区域，其收集概率将下降。

当载流子在与电场的距离大于扩散长度的区域产生时，那么它的收集概率是相当低的。

相似的，如果载流子是在靠近电池表面这样的高复合区的区域产生，那么它将会被复合。

下面的图描述了表面钝化和扩散长度对收集概率的影响。

对收集概率的计算，红线代表发射区的扩散长度，蓝线代表基区的发射长度。

收集概率与载流子的生成率决定了电池的光生电流的大小。

光生电流大小等于电池各处的载流子生成速率乘以该处的收集概率。

下面是硅在光照为AM1.5下光生电流的方程，包括了生成率和收集概率。

4.量子效应
5.光照的影响
光强效应
6.光谱响应
7.温度的影响
8.电阻效应
9.太阳能电池性能的其他影响因素
掺杂浓度
光生载流子复合寿命
表面复合速率
串联电阻和金属栅线
10.太阳能电池的参数
二．太阳电池的设计
1.提高转换效率
1）减少光损失
①尽量使电池顶端电极覆盖的面积达到最小（尽管这样可能导致串联电阻增加）。

②在电池上表面加减反射膜
③表面制绒
④增加电池的厚度以提高吸收
⑤光陷阱
⑥朗伯背反射层
⑦减少复合效应--复合损耗
⑧顶端电极的设计
2.降低成本，适应市场需求
3.太阳能电池的结构
参考文献和注释。