转换效率极限与太阳电池设计原理

转换效率极限与太阳电池设计原理光生电流极限一个自身能量高于带宽的光子产生一对或多对电子空穴对。能量阀值：1.124eV300K1.052eV单声子辅助吸收0.987eV双声子辅助吸收自由载流子吸收晶格吸收光生电流极限光生电流极限光生电流极限最大光生电流（纯硅）51.5mA/cm2，受自由载流子吸收的限制，要得到这样的电流，硅片的厚度需几米厚。对于正常厚度的太阳电池（＜1mm），光的有限吸收对电流的限制远远大于自由载流子吸收对电流的影响。开路电压的极限两个本征的复合原理：辐射复合，俄竭复合。n+PWB1、低注入情况：少子的的浓度远低于电池内的多子浓度。在假设电池前、后表面复合速率为零的情况下，俄竭复合的极限暗电流为：开路电压的极限mVVWLLnqKTmVVVLWLnqKTmVVCDpqnLWanhJLnqKTVNLLWDNpqnJOCBBOCOCBBOCBBBBLOCBBBBBBBB720)/()/(730:)/tanh()/(730)/()/(cot)/()/(1)/tanh()/()/(002000实验所得对于薄电池))()(/()/)(3/2(2/300BPnLOCWCCpnqJLnqKTV高注入薄电池随着掺杂浓度的降低,由俄竭复合限制的Voc将提高，掺杂浓度进一步降低使得电池进入高注入状态,此时Voc将处于由上式表示的饱和状态。开路电压的极限开路电压的极限高注入情况低注入薄电池低注入厚电池填充因子极限俄竭复合：低注入n=1高注入辐射复合：低注入和高注入n=1缺陷复合：低注入n=1高注入n=2最大FF极限：高注入薄电池)//()1/()72.0(qnKTVvvvLnvFFOCococococ3/2n转换效率极限VOC和ISC随电池厚度的变化趋势相反，所以对于转换效率存在着一个最佳的厚度值：80μm,28.8%。Isc的损失1、表面反射损失10%2、表面电极遮光损失5~15%3、不能充分吸收光的能量4、体内复合5、表面复合VOC的损失电池内的复合过程（表面、体内、p-n结区）决定了VOC的大小)1()1()()(:2/02/01112KTqvKTqveohoieIeIIppnnnnpU结区复合VOC的损失FF的损失SCOCCHIVRCHSsRRr/CHSHshRRr/shococsrFFvvFFFFrFFFF000)7.0(1)1(Suns/Voc准I-V曲线，准转换效率（Rs=0)Rs:Voc处的斜率Rsh:Isc处的斜率RshRs太阳电池设计原理为什么太阳电池的颜色是深蓝色的？为什么需做绒面？为什么要控制好方块电阻？为什么要在电池背面印刷Al浆？正面电极栅线间的间距是如何决定的？为什么有时Rs很大，且通过烧结条件不能改善？太阳电池设计原理需要考虑的因素：少数载流子的收集几率p-n结的深度n-型发射结的横向电阻衬底的掺杂Al背场n-型发射结的限制电极的设计光学的优化设计太阳电池设计原理少数载流子的收集几率eLxcef/太阳电池设计原理p-n结的深度决定了少子收集的有效性。n-型发射结的掺杂浓度（方块电阻）决定了正面电极栅线间的距离。mpmpsmplossVJSPPP122太阳电池的设计原理衬底掺底浓度对Voc,Isc的影响太阳电池设计原理Al背场增加电池背面区域的收集几率，因此增加Isc，减少暗电流（I0）。因此增加Voc)tanh(20LeWpLeNqDenIAiAeiNWpqnI20当Wp＜＜Le时，前表面电极设计n-型发射结横电流电阻212SVJPmpmpstlBmpmpsmbrbFmpmpsmfrfWVJBAmPWSVJBmP11)(1)(22主栅细栅BWPSWPBsbFsf)()(主栅细栅FmpmpcfWSVJcP栅线电阻栅线遮光接触电阻前表面电极设计主栅的宽度：主栅线电阻造成的功率损耗=由主栅线遮光造成的功率损耗光学减反射膜的设计10101nnnnr21212nnnnr112dn22122212221212221COSrrrrCOSrrrrR0,)(,4/min201222202min011RnnnnnnnnnRdnoii时当当光学减反射膜的设计材料折射率MgF21.3-1.4SiO21.4-1.5Al2O31.8-1.9SiO1.8-1.9Si3N4~1.9TiO2~2.3Ta2O52.1-2.3ZnS2.3-2.4