电池工作原理和工艺等A.doc

电池工作原理 PN结的光生伏特效应 光生伏特效应就是半导体二极管吸收光能后在PN结两端产生电动势的效应。 光电转换的物理过程 三个物理过程 吸收光能激发出非平衡电子一空穴对 非平衡电子和空穴从产生处向非均匀势场区运动 非平衡电子和空穴在非均匀势场作用下向相反方向运动而分离 △光生电流的方向相当于普通二极管的反向电流的方向。 △光照使PN结势垒降低等效于PN结外加正向偏压，形成正向注入电流。这个电流的方向与光生电流刚好相反，是太阳电池中的不利因素。 光照下理想PN 结特性： R上的压降为: 当V=0,即短路情况下: (最大光生电流) 当I=0,即开路情况下: (最高输出暗电流 ) 实际电池中，希望输出大电流，高电压，所以必须使Isc大而I0小 光照下实际的P-N结特性 图中：把光照时的PN结看作一个理想恒流源并联二极管的模型。 —光生电流 —流过二极管的正向电流 — 串联电阻 —分路电阻 —负载电阻 —流过串联电阻Rs的电流 — 流过分路电阻Rsh的电流 —流过负载电阻的电流 依据以上等效电路，太阳电池的电流—电压方程为： 下面是Rs和Rsh对输出特性的影响（Rs和Rsh将直接影响FF） 《太阳电池》 太阳电池的主要参数 转换效率： 定义： 所以： ：在最佳匹配负载电阻下的输出功率，对应的有， FF : 填充因子 ： 短路电流 ： 开路电压 理想填充因子 而实际的电池，和对FF是有影响的，但合理的设计和良好的工艺应使FF非常靠近 实际上，当被减少时，就会增加，因为电池的复合减少了。 因此，在实际过程，应首先优化这个步骤。 ：内量子效应 ：入射波的波长 ：太阳光谱的光子通量 ：表面反射率 短路电流主要依赖于内量子效应。 效率损失 对于实际的太阳电池，其效率大大低于理想值，下面讨论各种损失机理。 短路电流损失 ① “光子”性质的损失 表面反射（10%） 太阳光谱曲线 《半导体器件物理与工艺》 AM0 — 空气质量0（1367W/㎡） 代表在地球大气层外的太阳光谱 AM1.5 — 空气质量1.5（963W/㎡）代表在地球表面的太阳光谱 光反射，吸收及透视关系 　　 这是一个简化的示意图，实际上不同 　　 ② ⑤ 界面上的反射系数是不同的。如果我 ⑥ 　　　们把前表面改成绒面，反射就会减少 　　　　　　　③ 　　　T=（1-R）2e- ① ④ R：反射系数 α：吸收系数（是波长的函数） T：透射系数 《半导体器件物理与工艺》 表面金属遮挡（5%～15%） 穿透（需要材料有一最小厚度） ② 复合 体复合 表面复合 也就是说光照产生的非平衡载流子未能被P-N结有效地分离到P区和N区。 开路电压损失 结区中的复合 这主要是耗尽区中陷阱能级的复合。在理想情况下，这种复合认为是不存在的，实际上并非如此，载流子穿过P-N的耗尽区是也会产生复合。 体复合和表面复合 — 减少了非平衡载流子在结两边的积累，造成Voc下降。 两侧杂质浓度不合适 说明光生电流对Voc影响 填充因子的损失 耗尽区复合 Rs Rsh ㈠减少表面反射，改进Isc 和Voc 减反膜 使用半光波减反原理。 表面反射率： 其中： 当 反射有最小值： 对Si来讲， =3.8 对应的减反膜的最佳折射率=1.9 当有其它材料在硅上面时，要综合考虑其减反效果。 例如：封装成电池板后，其减反系统为 这时SiN或TiO2/SiO2厚度要重新考虑。 但要注意的是：减反膜也有吸收。 绒面 使用不同的方法将电池的表面制成绒面，使反射率大大下降。 选择性腐