太阳能电池各参数的含义
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在波长约为1至1.2μm的光,硅材料对其吸收的系数很小α很小,吸 收深度(1/ α)通常会大于100μm。为了俘获这些长波光子,我们需要 相当厚的p侧材料，同时这种材料又必须是无缺陷的,使它有足够 长的少数载流子扩散长度le .通常p侧材料厚度为200μm.而少数载流 子扩散长度le会少于这个长度.
空间电荷区
2，当入射光照射到电池片时,能量大于硅禁带宽度的光子穿过减反射膜进 入硅中,在N区、耗尽区、P区激发出光生电子空穴对.光生电子空穴对在耗 尽区中产生后,立即被内建电场分离,光生电子被进入N区,光生空穴则被推进 P区. 光生电子空穴对在N区产生以后,光生空穴便向PN结边界扩散,一旦到达 PN结边界,便立即受到内建电场作用,被电场力牵引做漂移运动,越过耗尽区 进入P区,光生电子(多子)则被留在N区.P区中的光生电子(少子)同样的先因为 扩散,后因为漂移而进入N区,光生空穴(多子)则留在P区.在PN结的两侧形成 了正负电荷的积累,产生了光生电压,这就是“光生伏特效应”.
太阳电池原理----基本原理
N型半导体
P型半导体
漂移中和
1，在P型区域和N型区域的交接区域,多数载流子相互吸引,漂移中和,最终 在交接区域形成一个空间电荷区（即内建电场区）.在内建电场区电场方 向是由N区指向P区.
太阳电池原理----基本原理
N区
内建电场
P区
大量负电荷
大量正电荷
电子空穴对
电子空穴对 电子空穴对
电池表面x处厚度为dx的薄层,H为电池总厚度, GL (x) 表示x处的
光生载流子的产生率.
太阳电池测试原理----光电流和光电
压
这个表达式认为，凡是在电池中产生的光生载流子均可以对光电 流有贡献，因而是光电流的理想值，见太阳电池原理----原理图。
类似PN结正偏，在单位面积的太阳电池中把JL(λ)看为各区贡献的
虑光的发射,材料吸收,电池厚度及光生载流子的实际生产率后, 光电流密度可以表示为:
J L
H
q
Q1
R
a
e
a
x
dxd
H
qGL (x)dxd
0 0
0 0
式中 GL Q1 Raeax , 为入射到电池上波长
为 ,带宽为d 的光子数, Q为量子产额，及一个能量大于Eg的
光子产生一对光生载流子的几率，通常情况下可以令Q=1，R 为和波长有关的发射因数, a 为对应波长的吸收系数, dx 为距
太阳电池测试原理----光电流密度和
光电压
1，光电流密度 光生载流子的定向运动形成光电流.如果入射到电池的光子中,能量 大于禁带宽度Eg的光子均能被电池吸收,而激发出数量相同的光生 电子空穴对,且可以被全部收集,则光生电流密度的最大值为:
J Lmax qN ph Eg 式中 N ph Eg 为每秒入射到电池上能量大于 Eg 的光子数.考
丝印工艺汇总
知识只是知识，知识再多也不是智慧 智慧就是你的心境和态度。
————周公庆
太阳电池原理
目前绝大部分的电池片的基本成分是硅,在拉棒铸 锭时均匀的掺入了B(硼),B原子最外层有三个电子,掺B 的硅含有大量空穴,所以太阳能电池基片中的多数载 流子是空穴,少数载流子是自由电子,是P型半导体.
在扩散工序扩入大量的P(磷)原子,P原子最外层有 五个电子,掺入大量P的基片由P型半导体变为N型导 电体,多数载流子为电子,少数载流子为空穴.
• 光照时太阳电池各区均满足pn>ni2,即满足小注入条件 • 耗尽区宽度W<扩散长度Lp,并满足耗尽近似 • 基区少子扩散长度Lp >电池厚度H,结平面为无限大,不考虑周
界影响 • 各区杂质均已电离
太阳电池测试原理----光电流和光电
光电流密度之和
JL=Jn (λ)+Jc (λ)+Jp(λ) 其中，Jn (λ)、Jc (λ)、 Jp(λ)分别表示n区、耗尽区、p区贡献的光
电流密度.在考虑各种产生和复合后,即可以求出每一区中光生载流 子的总数和分布,从而求出电流密度.
先考虑Jn和Jp,根据肖克莱关于pn结的理论,假设太阳电池原理---原理图中电池满足:
太阳电池原理----原理图
n区
Ebi
p区
P+区
中波
长波
正电极
短波
lh
0.2μm 2μm
正电荷
le
背 场
电子
180~200μm
Voc
3~6μm
太阳电池原理
电池片厚度一般为180~200μm. 电子空穴对EHP扩散距离le=(Deτe)1/2其中De为扩散系数. n侧少子为空穴,扩散长度很短,再由于n侧是重扩散杂质,所以少子 寿命非常短,因此n侧做得很薄(0.2μm),事实上,n侧的厚度ln可能少于 空穴的扩散长度lh.表面位置由于存在各种缺陷成为复合中心.短波 光会在表面被吸收,产生电子空穴对,这些非常接近n侧表面的光生 电子和空穴对很快就消失掉,这就是短波光量子效率很低的原因.
假定1,太阳电池厚度很薄,使所有的光生载流子都能流经外电路. 假定2,lh是大于n侧厚度ln ,所以,在体积(ln+w+le)内产生的全部电
子空穴对都贡献给光电流. 假定3,在材料表面的光生载流子的复合可以被忽略.
I sc
qGo
A
1
exp[
ln
W
le ]
qGo Aln
W
le
其表面积A=5cm×5cm,ln =0.2μm,W=2μm,le=50μm,Go=1×1018cm-3s-1
太阳电池原理
不同波长的光所产生的Isc
1，对于光波长λ≈1.1μm，α=2000m-1（吸收深度δ=1/ α=5083μm， α=10 × 105m-1（吸收深度
δ=1/ α=10μm）,求得Isc=40mA.
3，α随着光波长的缩短而增大,最后(当λ‹450nm)由于α非常大，会 使光生载流子只发生在电池片表面，而电池片的 表面区的缺 陷很容易使电子空穴对被复合掉，从而使光电流反而减小。
硅材料的带隙Eg约为1.1ev.
太阳电池原理----光电流Isc
充足的太阳光照射到晶体硅太阳能电池时，电池片的整个厚 度内都会产生光生载流子,其电子空穴对的产生率Gp(即单位时间 单位体积内产生的电子空穴对数目),以Goexp(- αx)衰减。 （其中Go是电子空穴对在表面时的产生率, α是材料吸收系数.）
空间电荷区
2，当入射光照射到电池片时,能量大于硅禁带宽度的光子穿过减反射膜进 入硅中,在N区、耗尽区、P区激发出光生电子空穴对.光生电子空穴对在耗 尽区中产生后,立即被内建电场分离,光生电子被进入N区,光生空穴则被推进 P区. 光生电子空穴对在N区产生以后,光生空穴便向PN结边界扩散,一旦到达 PN结边界,便立即受到内建电场作用,被电场力牵引做漂移运动,越过耗尽区 进入P区,光生电子(多子)则被留在N区.P区中的光生电子(少子)同样的先因为 扩散,后因为漂移而进入N区,光生空穴(多子)则留在P区.在PN结的两侧形成 了正负电荷的积累,产生了光生电压,这就是“光生伏特效应”.
太阳电池原理----基本原理
N型半导体
P型半导体
漂移中和
1，在P型区域和N型区域的交接区域,多数载流子相互吸引,漂移中和,最终 在交接区域形成一个空间电荷区（即内建电场区）.在内建电场区电场方 向是由N区指向P区.
太阳电池原理----基本原理
N区
内建电场
P区
大量负电荷
大量正电荷
电子空穴对
电子空穴对 电子空穴对
电池表面x处厚度为dx的薄层,H为电池总厚度, GL (x) 表示x处的
光生载流子的产生率.
太阳电池测试原理----光电流和光电
压
这个表达式认为，凡是在电池中产生的光生载流子均可以对光电 流有贡献，因而是光电流的理想值，见太阳电池原理----原理图。
类似PN结正偏，在单位面积的太阳电池中把JL(λ)看为各区贡献的
虑光的发射,材料吸收,电池厚度及光生载流子的实际生产率后, 光电流密度可以表示为:
J L
H
q
Q1
R
a
e
a
x
dxd
H
qGL (x)dxd
0 0
0 0
式中 GL Q1 Raeax , 为入射到电池上波长
为 ,带宽为d 的光子数, Q为量子产额，及一个能量大于Eg的
光子产生一对光生载流子的几率，通常情况下可以令Q=1，R 为和波长有关的发射因数, a 为对应波长的吸收系数, dx 为距
太阳电池测试原理----光电流密度和
光电压
1，光电流密度 光生载流子的定向运动形成光电流.如果入射到电池的光子中,能量 大于禁带宽度Eg的光子均能被电池吸收,而激发出数量相同的光生 电子空穴对,且可以被全部收集,则光生电流密度的最大值为:
J Lmax qN ph Eg 式中 N ph Eg 为每秒入射到电池上能量大于 Eg 的光子数.考
丝印工艺汇总
知识只是知识，知识再多也不是智慧 智慧就是你的心境和态度。
————周公庆
太阳电池原理
目前绝大部分的电池片的基本成分是硅,在拉棒铸 锭时均匀的掺入了B(硼),B原子最外层有三个电子,掺B 的硅含有大量空穴,所以太阳能电池基片中的多数载 流子是空穴,少数载流子是自由电子,是P型半导体.
在扩散工序扩入大量的P(磷)原子,P原子最外层有 五个电子,掺入大量P的基片由P型半导体变为N型导 电体,多数载流子为电子,少数载流子为空穴.
• 光照时太阳电池各区均满足pn>ni2,即满足小注入条件 • 耗尽区宽度W<扩散长度Lp,并满足耗尽近似 • 基区少子扩散长度Lp >电池厚度H,结平面为无限大,不考虑周
界影响 • 各区杂质均已电离
太阳电池测试原理----光电流和光电
光电流密度之和
JL=Jn (λ)+Jc (λ)+Jp(λ) 其中，Jn (λ)、Jc (λ)、 Jp(λ)分别表示n区、耗尽区、p区贡献的光
电流密度.在考虑各种产生和复合后,即可以求出每一区中光生载流 子的总数和分布,从而求出电流密度.
先考虑Jn和Jp,根据肖克莱关于pn结的理论,假设太阳电池原理---原理图中电池满足:
太阳电池原理----原理图
n区
Ebi
p区
P+区
中波
长波
正电极
短波
lh
0.2μm 2μm
正电荷
le
背 场
电子
180~200μm
Voc
3~6μm
太阳电池原理
电池片厚度一般为180~200μm. 电子空穴对EHP扩散距离le=(Deτe)1/2其中De为扩散系数. n侧少子为空穴,扩散长度很短,再由于n侧是重扩散杂质,所以少子 寿命非常短,因此n侧做得很薄(0.2μm),事实上,n侧的厚度ln可能少于 空穴的扩散长度lh.表面位置由于存在各种缺陷成为复合中心.短波 光会在表面被吸收,产生电子空穴对,这些非常接近n侧表面的光生 电子和空穴对很快就消失掉,这就是短波光量子效率很低的原因.
假定1,太阳电池厚度很薄,使所有的光生载流子都能流经外电路. 假定2,lh是大于n侧厚度ln ,所以,在体积(ln+w+le)内产生的全部电
子空穴对都贡献给光电流. 假定3,在材料表面的光生载流子的复合可以被忽略.
I sc
qGo
A
1
exp[
ln
W
le ]
qGo Aln
W
le
其表面积A=5cm×5cm,ln =0.2μm,W=2μm,le=50μm,Go=1×1018cm-3s-1
太阳电池原理
不同波长的光所产生的Isc
1，对于光波长λ≈1.1μm，α=2000m-1（吸收深度δ=1/ α=5083μm， α=10 × 105m-1（吸收深度
δ=1/ α=10μm）,求得Isc=40mA.
3，α随着光波长的缩短而增大,最后(当λ‹450nm)由于α非常大，会 使光生载流子只发生在电池片表面，而电池片的 表面区的缺 陷很容易使电子空穴对被复合掉，从而使光电流反而减小。
硅材料的带隙Eg约为1.1ev.
太阳电池原理----光电流Isc
充足的太阳光照射到晶体硅太阳能电池时，电池片的整个厚 度内都会产生光生载流子,其电子空穴对的产生率Gp(即单位时间 单位体积内产生的电子空穴对数目),以Goexp(- αx)衰减。 （其中Go是电子空穴对在表面时的产生率, α是材料吸收系数.）