4、填充因数 FF 填充因数FF定义为：FF=Pm/(Isc * Voc) =(Im-Vm)/Isc.voc 即最大输出功率与短路电流和开路电压乘积的比， “有时也把Isc称作太阳电池的极限功率”填充 因数是太阳电池质量好坏的一个重要标志，FF 越大，说明电池的最大输出功率越接近极限输出 的功率。 影响FF的重要 因素是串联电 阻Rsh，Rs越 大，FF越小。
边为B边。 W Ya-si A×B
例如：左图A×B为
60×70mm电池芯片
右图为A×B 70×60mm电池芯片
工艺流程：
涂胶
开孔 测试
光固化
测试 擦板
切割
下线焊 装箱
边缘处理
保护
第四节、太阳电池的等效电路和输出特性 1、太阳电池的等效电路由下列元件构成 1）电流源； 2）二极管 3)串联电阻
4）并联电阻
质量为1”记
AM1
48.20
600
太阳光与海平面的法线夹角 600时它通过大气的质量为: AM2
AM0太阳光谱总投射功率为： 135.3mw/cm2 AM1太阳光谱总投射功率为： 100mw/cm2 AM2太阳光谱总投射功率为： 72～75mw/cm2
Байду номын сангаас
测试太阳电池的标准光强是：
AM1.5 1000W/m2 温度为：25℃
A点：负载电阻RA,RA.VA/Id(1/RA的斜率)此 时太阳电池的输出功率为：PA=IdVA
B点：“负载电阻为RB的输出功率为 PB=IdVB,显然PB＞PA
P点：输出功率最大，Vm=Im-Vm称作太阳 电池的最大输出功率相对应的负载电阻Pm称 为最佳负载，在设计太阳电池的应用产品时， 一定要注意选用的负载，使其电阻等于最佳 负载电阻，使其输出功率Pm最大，即尽量发 挥太阳电池的潜力。
2、非晶硅太阳电池
3、a-Si工艺流程 序号 工序名称 技术要求
1） 切割玻璃
2) 一次清洗
635×1245mm2
清洗烘干
3) 制导电膜 APCVD或溅射工艺。 制成 SnO2膜、 R□≤ 20Ω/□ 4) 磨 边 磨去玻璃所有边角的锐口
5）清洗
同前清洗并烘干玻璃
6）激光刻划1 导电膜上刻划出39单元 ， 间距在15.62mm 7） 装箱预热 预热炉温200℃
第一节：太阳光的光谱发布 1）太阳光是以辐射的方式向空间传输能 量的，地球每年接受到的阳光的能量相 当于现在世界年发电量的14万倍。太阳 光谱的波长范围约在0.2－0.3μ m之间 0.7－几百微米 红外光 0.4－0.75微米 可见光 红、橙、黄、绿、青、兰、紫等7种 颜色，波长不同颜色不同。
0.3－0.4微米 0.3以下 2、波长与频率的关系
IL随电压变化越大，Voc越小 2)、输出功率与电流电压的关系 Pone=Iv =I(mnkT/∑en((Il-I+Is)/Is -(V+IRs)/IsRsh)-IRs 如：Rs=0 Rsh=∞ Pone=ImnkT/∑en(Il-I+Is)/Is 3)、最大输出功率与开路电压、短路电流、填充因 数的关系 Pm=FF-Voc.Isc FF=Voc.Isc/pm Voc: V Pm: w Isc: I 4)、输出效率与填充因数、开路电压、短路电流的 关系
η=pm×100% / 0.1×s =FF.Voc.Isc.100%/pin =FF.Voc.Isc×100%/0.1×s 设定电池有效面积7260cm² S: 面积 单位：cm² Voc(V) Isc(A) Pm(w) η=Pm(w)/72600%＝53W/726.100%=7.3% Rs 上升 Rsh下降电流随电压变化大FF下降 光电流影响：1、填充因子减小 2、开路电压减小 Rs影响：1）填充因子减少 2）短路电流减小
IL=ID+Ish+I I = IL－ID－Ish =IL－Is
第五节、太阳电池的参数 1、短路电流Isc ----- 在一定的光照下通常取 AM1.5=100mw/cm² 输出端短路时，太阳电池的 输出电流。 2、开路电压Voc---在一定的光照下(AM1.5)输出端 开路时，太阳电池的两端的电压。 3、最大输出功率Pm----“峰值功率”在一定光照下 （AM1.5）太阳电池能够输出的最大功率。 由太阳电池的输出特性 Pm=Im-Vm 曲线可以看出： 虽然在同样的光照下同一 块太阳电池负载不同，太 阳电池的输出功率也不同，
5、转换效率 η-----在一定光照下 （Am1.5(1000nw)/cm² ），太阳电池的最 大输出功率Pm与入射光能之比。 η=Vm.Im/Pin η=pm/pin 转换效率是一个太阳电池性能好坏的最主要 的标志，显然转换效率越高太阳电池把太 阳能转换变成电能越强，太阳能的利用越 高，在相同的条件下，输出的电能越大。 目前单晶硅电池，实验室可排到18%， 批量生产可达到14% 非晶硅电池，实验室可达到13.2%，批 量生产可达到6-10%
大气质量增加光的散射，吸收也增加
光——波长性， 粒子性，二重性 光子流密度F(λ);特定波长的光＞单位时间内通过 每平方厘米面积的光子数，显然光子流密度越小， 产生的光电流密度越大。 “一个光子产生一个电子－空穴对”
5、非晶硅对光的吸收 光吸收 Ф(x)＝Ф.e-αλx Iλ(X)＝I0(X).e-αλx 当 λ＝ 0. 6μ 时 α ＝6－7×106（cm-1） α λ －吸收系数
8）PECVD 真空下RF等离子体沉积， PIN－PIN双节电池 9）降温卸夹具 玻璃在夹具中降温后卸下夹 具，高温不宜卸夹具里的玻璃，否则会弯 曲或炸裂。 10）激光刻线2 用532绿色激光机
11）溅射氧化锌 溅射炉中获得氧化锌膜； 12）溅射铝膜 在溅射炉中获得铝膜。 13）激光刻线3 激光机刻出金属膜单元。 14）测试 VOC、ISC、Vm、Im、Wp 、
上图为晶体硅等效电路
右图为非晶硅等效电路
左图为 集成型等效电路 当RSh相等，VDi相等，ILi相等 RL=M/LRsi。Rsh=mRshI, IL=Ici, VD=mp, i=1
1）、电流源－光电产生的光电流，在一定光强照射下， 产 生的光电流IDh， 2）、二极管D太阳电池由于本身实际上是一个大面积的 二极管。 3）、串联电阻Rs是太阳电池的接触电阻，电极的体电阻， 半导体本身就是电阻引起的， 4）、并联电阻，Rsh由于制造工艺上的原因，如针孔等 造成漏电，相当于和二极管并联一个电阻。 2、太阳电池的伏－安特性： Io=Is 其中Is是二极管的反向饱和电流。 e是电子电荷，VD是二极管的电压，K-常数，T—绝 对温度，n叫二极管指数在1～2之间。单个电池：
3） Pm=FF×Voc×Isc a: Voc大，Pm大 b:Isc 大，Pm大 c:FF大，Pm大 曲线I的FF，大于曲线Ⅱ的FF2，“PmⅠ＞PmⅡ” 4）EF=Pm/pin×100% 《标准光强》 EF∝Pm EF=Pm(w)/726×100% 5) 开路电压、短路电流及填充因子与光电流随电 压变化、并联电阻、串联电阻的关系。 ①光电流随电压变化的影响 IL2变化大于IL1 Voc1＞Voc2 FF1＞FF2 Pm1＞Pm2 n1＞n2 ②Rsn的影响 Rsh1＜Rsh2 “RS=0” a.Isc不变 b.FF1 ＜FF2 c.Voc1＜Voc2 d.Rsh减小，最大输出功率Pm, 效率η减小
2、太阳电池的半导体吸收光子，激发出电子 －空穴对，这些电子空穴对被太阳电池的内 建场分离，分离的条件：
a、有内建电场；
b、电子空穴有足够长的寿命和迁移率， 使μt足够大，μt为在内建场的作用下， 在电子空穴的寿命时间内漂移的距离， 这个距离保证电子空穴“分开”，电子 集中在一边，空穴集中在另一边，太阳 电池利用PN结或PIN结势垒区的静电场 达到分离电子、空穴的目的。 3、被分离的电子空穴，经电极收集输出 到电池体外，形成电池。
紫外光 X射线
λ＝L / V
λ：波长， V：频率， L：光速
hv＝E
光子能量
3、光谱分布
4、大气质量： 1）太阳光穿透大气层，峰底 大气层对太阳光吸收， 波长向长波方向偏移，水气二 散射.
氧化碳滤掉一部分红外光， O3滤掉一部分紫外光。
2）大气层外，太阳光谱的峰值在 0.5μ 附近 大气层的厚度在100公里左右。 大气层外“大气质量为0”记 AM0 太阳垂直照射在海平面“大气
2、按使用方式： 干板式 聚光式 自动跟踪式 3、按使用材料分： 单晶硅太阳电池 多晶硅太阳电池 非晶硅太阳电池 4、按“结”分： PN结电池 PIN结电池 多结电池 异质结电池 5、其他薄膜太阳电池： a-Si、 CIS 研究中的铜铟硒、及各 种非晶硅基合金电池。
第三节、 太阳电池的结构 1、晶体硅太阳电池
6、温度系数 串联电阻---------RS 电压、电流，最大输出功率的温度系数 在某一温度，温度每升一度，参数相对变化。 如：25℃ （Isc(26℃)-Isc（25℃）） /Isc(25℃)×100%/℃ 电池电压温度系数 -0.33%/℃， 电流温度系数 0.09%/℃, 输出功率温度系数 -0.23%/℃ 第六节、集成型非晶硅太阳电池各参数间的关系 开路电压与光电流随电压变化的关系 Rsh=∞ Ma/cm2 Voc=mnkT/∑em((Ic(v=Voc)+Is)/Is
③Rs影响 Rs1＜Rs2＜Rs3 “ Rsh=∞” a.Voc不变 b.Isc3＜Isc2＜Isc1,Rs增加，Isc下降 c.FF3＜FF2＜FF1 Rs增加 填充因数下降 d.由于Rs增加， 使最大输出功率Pm及转换效率η 下降。
第二章、太阳电池的工作原理
上一章对太阳电池的特性作了简要的介绍， 下面从微电子的角度对太阳电池的工作原理， 即为什么太阳电池能把阳光直接转换成电能， 太阳电池是一种把光直接变成电的半导体， 它们利用了半导体及一些物殊性能，所以先 介绍一些半导体方面的基本知识。