單晶硅太陽電池基本特性

編號本科畢業(yè)論文單晶硅太陽能電池基本特性研究院 系：電子科學與工程系姓名：學號：專 業(yè)：物理學年級：2010級指導教師：職稱：完成日期：2014年5月12日摘要單晶硅太陽能電池是人類利用太陽進行光伏發(fā)電的最早的一類電池，以高純的單晶硅棒為原料，也是當前開發(fā)的最快的一種電池。鑒于此，在查閱大量文獻了解單晶硅太陽能電池基本特性的基礎上，首先綜述了單晶硅太陽能電池的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，然后闡述相關理論，利用origin繪圖軟件，觀察不同情況下（溫度、光照等）太陽能電池伏安特性擬合曲線的變化，分析溫度和光照對太陽電池最大輸出功率和轉(zhuǎn)換效率的影響，進一步得出提高光轉(zhuǎn)化率的措施。關鍵詞：單晶硅太陽能電池；基本特性；最大輸出功率；光轉(zhuǎn)化率AbstractSinglecrystalsiliconsolarcellisoneoftheearliesthumanuseofsolarbatteriesforphotovoltaicpowergeneration,withhighpurityofsiliconrodasrawmaterial,abatteryisthecurrentdevelopmentofthefastest.Inviewofthis,intheconsultmassiveliteraturetounderstandthebasiccharacteristicsofmonocrystallinesiliconsolarcell,firstsummarizedthepresentresearchsituationofmonocrystallinesiliconsolarcellsathomeandabroad,thenexpoundsrelevanttheories,usingorigindrawingsoftware,toobservethedifferentconditions(temperature,illuminationetc.)changesinthesolarbatteryvoltamperecharacteristicscurvefittinganalysis,temperatureandlighteffectonthemaximumoutputpowerandconversionefficiencyofthesolarcell,tofurtherimprovethelightconversionefficiencymeasures.Keywords:Singlecrystalsiliconsolarcell;Basiccharacteristics;Themaximumoutputpower;ConversionefficiencyTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1緒論 11.1太陽能電池的產(chǎn)生背景 11.2太陽能電池發(fā)展史 11.2.1單晶硅太陽光伏發(fā)電發(fā)展史 21.2.2中國現(xiàn)狀及研究意義 2\o"CurrentDocument"1.3主要研究內(nèi)容 3\o"CurrentDocument"2單晶硅太陽能電池簡介 42.1單晶硅太陽能電池工作原理 4\o"CurrentDocument"2.2PN結 5\o"CurrentDocument"3單晶硅基本特性研究 63.1單晶硅太陽能電池基本參數(shù) 63.1.1短路電流 63.1.2開路電壓 73.1.3填充因子 73.1.4轉(zhuǎn)換效率 7\o"CurrentDocument"3.2光照特性 8\o"CurrentDocument"3.3溫度特性 13\o"CurrentDocument"3.4提高效率的措施 14\o"CurrentDocument"4結論與展望 164.1結論 164.2展望 16參考文獻 17\o"CurrentDocument"致謝 181緒論1.1太陽能電池的產(chǎn)生背景自從兩次工業(yè)革命以后，煤、石油、天然氣等化石燃料相繼被廣泛的應用到生產(chǎn)生活的各個方面。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人類文明的不斷進步，人類對能源的需求量不斷飛速增長。這也為人類生活帶來了一系列問題[1]能源短缺：這些曾經(jīng)被人們廣泛應用并且現(xiàn)在還在被使用的基本都是不可再生能源。全球已經(jīng)探明的石油儲量只能用到2020年，天然氣也只能延續(xù)到2040年左右，即使儲量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。其有限的儲量與人類無限的需求之間構成可不可調(diào)和的矛盾。如不盡早設法解決化石能源的替代品，人類遲早將面臨化石然燃料枯竭的危機局面。環(huán)境污染：煤、石油、天然氣等化石燃料燃燒后會產(chǎn)生大量的二氧化碳氣體，造成溫室效應，加速全球氣候變暖。其次，每年有數(shù)十萬噸硫等有害物質(zhì)拋向天空，使大氣環(huán)境造成嚴重污染，局部地區(qū)形成酸雨，嚴重污染水土。給人類及其他動物的生存構成巨大挑戰(zhàn)。太陽能源豐富：太陽能是人類可以利用的最豐富的能源。據(jù)統(tǒng)計，在過去的漫長的十幾億年中，太陽只消耗了它本身能量的2%。按照這種速度計算，太陽足以供給人類使用幾十億年，可謂取之不盡、用之不竭。只要有光照的地方都有太陽能，這樣我們就可以就地開發(fā)利用，不存在運輸問題，尤其對于交通不發(fā)達的農(nóng)村、海島和邊遠地區(qū)更具有實用價值。清潔能源：太陽能是一種十分清潔的能源。在開發(fā)和利用太陽能時，不會產(chǎn)生廢渣、廢水和廢氣；也沒有噪音，更不會產(chǎn)生大氣污染、影響生態(tài)平衡等壞境問題。因此，太陽能是一種非常適合的新能源，研究和開發(fā)太陽能，對于我們?nèi)祟惤窈蟮纳a(chǎn)生活乃至生存，都具有十分重要的意義。1.2太陽能電池發(fā)展史從1839年法國科學家E.Becquerel發(fā)現(xiàn)液態(tài)的光生伏特效應(簡稱光伏現(xiàn)象)算起，太陽能電池已經(jīng)經(jīng)過了160多年的漫長的發(fā)展歷史。從總的發(fā)展來看，基礎研究和技術進步都起到了積極推動的作用。對太陽電池的實際應用起到?jīng)Q定性作用的是美國貝爾實驗室三位科學家關于單晶硅太陽能電池的研制成功，在太陽能電池發(fā)展史上起到里程碑的作用。迄今為止，太陽能電池的基本結構和機理沒有發(fā)生改變⑵。1.2.1單晶硅太陽光伏發(fā)電發(fā)展史單晶硅太陽能電池是研發(fā)應用最早的硅太陽能電池。1839年法國科學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏特效應”，即“光伏效應”。1954年美國貝爾實驗室制成第一個單晶硅太陽能電池，1958年我國研制出首塊硅單品。70年代末，我國與國際同期開展了神化鎵太陽能電池研究，1975年寧波、開封先后成立太陽能電池廠，電池制造工藝模仿早期生產(chǎn)空間電池的工藝，太陽能電池的應用開始從空間降落到地面。80年代末期，國內(nèi)先后引進了多條太陽能電池生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力由原來的幾百千瓦一下子提升到4.5MW。2005年12月14日，無錫尚德在美國紐約證券交易所掛牌，成為中國內(nèi)地首家在紐交所掛牌上市的民營高科技企業(yè)。從此，國內(nèi)太陽能電池的生產(chǎn)和研發(fā)駛?cè)肟燔嚨?。國?nèi)外各科研機構及電池廠家都生產(chǎn)出了相應較高效率的單晶硅電池，據(jù)報道，其實實驗室小尺寸硅片轉(zhuǎn)換率已高達24.7%，大尺寸硅片轉(zhuǎn)換率最高也已達22.7%。目前，單晶硅的拉制生產(chǎn)技術主要有直拉法和懸浮區(qū)熔法。直拉法是利用旋轉(zhuǎn)著的籽品從坩蝸中提拉制備出單品的方法，工藝成本比較低，國內(nèi)外大多數(shù)太陽能單晶硅片廠目前多采用這種技術。隨著硅片生長及加工處理技術的進步，單晶硅正朝大直徑化。更低的雜質(zhì)缺陷含量、更均勻的分布以及低成本基礎上的高效率方向發(fā)展。對于大直徑化所伴隨的流體動力學更為復雜，近年來國內(nèi)外眾多學者對此進行了大量的實驗研究，取得了一定的成果，相應的提出了許多可行的看法與解決方案⑶。1.2.2中國現(xiàn)狀及研究意義中國太陽能資源非常豐富，理論儲量達每年17000億噸標準煤。太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)于20世紀70年代起步，90年代中期進入穩(wěn)步發(fā)展時期。太陽電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。經(jīng)過30多年的努力，已迎來了快速發(fā)展的新階段。在“光明工程”先導項目和“送電到鄉(xiāng)”工程等國家項目及世界光伏市場的有力拉動下，中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。2007年，中國光伏電池產(chǎn)量首次超過德國和日本，居世界第一位。2008年的產(chǎn)量繼續(xù)提高，達到了200萬千瓦。中國光伏電池產(chǎn)量年增長速度為1-3倍，光伏電池產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的比例也由2002年1.07%增長到2008年的近15%。商業(yè)化晶體硅太陽能電池的效率也從13%-14%提高到16%-17%。隨著我國“可再生能源法”的實施，我國太陽能光伏發(fā)電將得到快速發(fā)展。預計在3-5年內(nèi)我國在太陽能光伏電池研發(fā)、生產(chǎn)、應用產(chǎn)品開發(fā)將形成一個世界級的產(chǎn)業(yè)基地，并將在國際太陽能光伏工業(yè)產(chǎn)業(yè)中占據(jù)重要的地位⑷單晶硅建設項目具有巨大的市場和廣闊的發(fā)展空間，地殼中豐富的硅含量為單品的生產(chǎn)提供了源泉。同時單晶硅太陽電池的研究意義更是重大。我國能源結構不合理，其中煤炭所占比例過大，石油對外依存度高，人均恩能源占有率底，同時能源的利用率低，環(huán)境污染嚴重。因此，解決能源危機，開發(fā)利用新能源是我國長期發(fā)展戰(zhàn)略。而太陽能是一種可再生的清潔、綠色能源，目前世界各國都高度重視太陽能的開發(fā)和應用。太陽能電池是利用光伏效應將光子能量轉(zhuǎn)換為電能的器件，更是太陽能開發(fā)和利用的主要方向之一。光伏產(chǎn)業(yè)是一個朝陽產(chǎn)業(yè)，我國已成為世界太陽電池生產(chǎn)大國，但還不是強國，要實現(xiàn)強國之夢，就必須加強對太陽電池的深入研究。特別是以單晶硅為代表的高科技附加材料及其相關高技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展研究。單晶硅太陽電池的研究不僅可以為太陽能電池的發(fā)展提供有力依據(jù)，同時對于解決能源危機和實現(xiàn)社會穩(wěn)定也起到很大幫助。1.3主要研究內(nèi)容本課題是在掌握了光學、電磁學、力學和太陽能基本特性有關知識的基礎上，對太陽能基本特性再做進一步研究，運用Origin模擬軟件，通過單晶硅太陽電池在不同光照和溫度下的不同參數(shù)模擬出曲線圖，進而觀察溫度和光照對單晶硅太陽電池的影響。具體內(nèi)容有：介紹太陽能電池的產(chǎn)生背景及重要性，闡述單晶硅太陽能電池的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及研究意義。綜述單晶硅太陽電池的相關概念。重點研究了光照和溫度對單晶硅太陽電池的影響，認真觀察和分析不同條件下的伏安特性擬合曲線，闡述了溫度和光照對太陽電池相關參數(shù)的影響，總結提高轉(zhuǎn)換效率的方法?？偨Y論文，展望未來發(fā)展。

2單晶硅太陽電池簡介2.1單晶硅太陽電池工作原理單晶硅太陽能電池片的結構［5主要包括：正面梳狀電極、減反射膜、N型層、P型層、PNP型層、PN結、背面電極等，如圖1-1所示。單晶硅太陽能電池以高純的單晶硅棒為原料，純度要求99.999%。工作原理如圖1-2所示。如圖1-2所示。圖1-2原理圖當太陽光照射到太陽能電池上并被吸收時，其中能量大于禁帶寬度的光子能把價帶電子激發(fā)到導帶上去，形成自由電子，價帶中留下帶正電的自由空穴，即電子-空穴對；自由電子和空穴在不停的運動中擴散到P-N結空間電荷區(qū)，該區(qū)域的內(nèi)建電場分離，電子被掃到電池的N型一側(cè)，空穴被掃到電池的P型一側(cè)，從而在電池上下兩面分別形成了正負電荷積累，產(chǎn)生“光生電壓”，即“光伏效應”，若在電池兩側(cè)引出電極并接上負載，負載就“光生電流”通過。2.2PN結太陽能電池的主要結構為PN結。理想PN結的電流和電壓關系由下式[6給出I=I[exp（土）-1] （2-1）d0nkt式中是無光照時的反向飽和電流，U是結上電壓，e是電子電荷，k是玻爾茲曼常數(shù)，T表示熱力學溫度。當光照射在太陽能電池表面的PN結上時，只要入射光子的能量大于半導體材料的禁帶寬度，則光子將被太陽能電池吸收而產(chǎn)生電子-空穴對。以恒定的速率產(chǎn)生的電子-空穴對提供了通過結的電流。太陽能電池輸出的靜電流I是光生電流I和兩極管電流I之差，凈電流I由下式給出ph duI=I-1=I-1[exp—）-1] （2-2）phdph0nkt當太陽能電池的輸出端短路時，即U=0,由（2-2）式可得到短路電流IC=Iph；太陽能電池的輸出端開路時，即I=0,可推得開路電壓U°C正常運行時，Iph*Io高幾個數(shù)量級，因此（2-2）式中的1可以忽略。當太陽能電池接上負載電阻后，太陽能電池的輸出電壓和電流隨著負載電阻的變化而變化，當負載電阻R=Rm時，太陽能電池的輸出功率為最大，即最大功率，對應電壓Um和電流Im，可知TOC\o"1-5"\h\zP=IU （2-3）能量大于半導體材料的禁帶寬度的光子可以使太陽能電池產(chǎn)生光電流大小為\o"CurrentDocument"IhyfN（人）d人 （2-4）C式中，N（X）是光子數(shù)隨波長分布的函數(shù)，匕是濾光片的截至波長，氣是能產(chǎn)生光電流的最大波長。當N（X）為一常量時，有IhC。-XC （2-5）當在太陽能電池光照部分前安放不同截至波長的濾光片，則它產(chǎn)生的光電流和截至波長存在一定關系，由此可得太陽能電池的半導體材料的禁帶寬度3單晶硅基本特性研究3.1單晶硅太陽電池基本參數(shù)單晶硅太陽電池的特征參數(shù)據(jù)主要包括短路電流IC、開路電壓uoc、填充因子ff和效率n這四個參數(shù)都是描述太陽電池特性的重要指標。3.1.1短路電流假設太陽電池的理論模型是由一理想電流源（光照產(chǎn)生光電流的電流源）、一個理想二極管、一個并聯(lián)電阻人所與一個電阻R所組成，如圖3-1所示。圖3-1太陽能電池等效電路圖圖3-1中，Iph為太陽能電池在光照時該等效電源輸出電流。由基爾霍夫定律得:TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"IR+U-（I-1-1）R=0 （3-1）s phd sh式（3-1）中，I為太陽能電池的輸出電流，U為輸出電壓。由式（2-1）可得，\o"CurrentDocument"I（I+旦）=I-土-1 （3-2）Rh phRhd假定Rsh=8和Rs=0，太陽能電池可簡化為圖3-2所示電路在短路時由式（2-2）得Iph-Id

<z> o圖3-2太陽能電池簡化電路圖我們把太陽能電池在端電壓為0時的電流稱為短路電流，通常用I^表示。它是伏安特性曲線與從坐標的交點所對應的電流。短路電流I”與太陽能電池的面積大小有關，面積越大，短路電流越大，一般 1cm2的單晶硅太陽電池I”=16?30mA。3.1.2開路電壓我們把太陽電池在空載（開路）情況下的端電壓稱為開路電壓，通常助”表示。它是伏安特性曲線與橫坐標的交點對應的電壓。在開路時I=0，由式（2-2）解得：U=—ln[L+1] （3-3）”PI0式中I。、。是常數(shù)。開路電壓與太陽電池面積大小無關，一般太陽電池的開路電壓最高可達700MV。3.1.3填充因子填充因子是表征太陽電池性能優(yōu)劣的一個重要參數(shù)。通常把太陽電池的最大功率與開路電壓和短路電流的乘積之比稱為填充因子，用FF[7]表示，即：—P …、FF=―（3-4）UocIsc3.1.4轉(zhuǎn)換效率（3-5）太陽電池接受光照的最大功率與入射到該電池上的全部輻射功率的百分比稱為太陽電池的轉(zhuǎn)換效率【8（3-5）門=—m—mAPin式中A是指包括柵線面積在內(nèi)的的太陽電池總面積（也稱全面積），pn為單

位面積入射光的功率，有時也用活性面積取代全面積，即從總面積中扣除柵線所占的面積，這樣計算出來的轉(zhuǎn)換效率會高一些。3.2光照特性將單晶硅太陽能電池放在暗箱中，按照［圖3-3（a）］電路圖接線，測量在不受光照情況下，太陽能電池在正向偏壓下的I-U特性。然后將太陽能電池作為一電源接入電路［圖3-3（b）］，置于恒定光強照射下，按電路圖接線，測量在不同負載電阻時流過太陽能電池的電流I和輸出電壓U，計算其在不同負載電阻下的輸出功率P。單晶硅太陽能電池2U單晶硅太陽能電池2U（b）恒定光強照射單晶硅太陽能電池（b）恒定光強照射單晶硅太陽能電池光照八、、圖3-3全暗及光照時實驗電路圖在全暗的情況下，測得太陽能電池正向偏壓下流過太陽能電池的電流I和太陽能電池的輸出電壓U如表3-1所示。

表3-1全暗情況下太陽能電池在外加偏壓時伏安特性數(shù)據(jù)R(kQ)U/V)U2(mV)I(RA)lnI42.612.510.4911.502.4430.152.590.4113.602.6121.602.650.3516.202.7913.572.730.2719.902.998.942.790.2123.503.165.452.850.1527.503.312.042.930.0734.303.540.003.000.0040.803.71由表3-1得全暗情況下太陽電池外加偏壓伏安特性曲線和外加偏壓伏安特性半對數(shù)曲線，如圖3-4、圖3-5所示。I(.A)圖3-4I(.A)圖3-4全暗情況下太陽能電池外加偏壓伏安特性曲線U1（V）圖3-5太陽能電池外加偏壓伏安特性半對數(shù)曲線 U](V)在恒定光強照射下，測得太陽能電池正向無偏壓下流過太陽能電池的電流I和太陽能電池的輸出電壓U如表3-2所示。表3-2恒定光照下太陽能電池在無偏壓時伏安特性數(shù)據(jù)R(Q)U1(V)I(mA)P(mW)R(Q)U1(V)I(mA)P(mW)2000.2251.12500.253144003.460.78642.72083000.3411.13670.387646003.490.75872.64794000.4571.14250.522148003.510.73132.56676000.6831.13830.777550003.530.70602.49228000.9111.13881.037455003.580.65092.330310001.1381.13801.295060003.620.60332.184112001.3641.13671.550465003.640.56012.038414001.5911.13641.808170003.670.52431.924116001.8171.13562.063475003.690.49211.815518002.051.13892.334780003.710.46381.720520002.271.13502.576585003.720.43761.628022002.491.13182.818290003.730.41441.545924002.691.12083.0150100003.760.37611.413826002.871.10383.1680200003.850.19250.741128003.011.07503.2358300003.880.12930.501830003.111.03673.2240400003.90.09750.3803

32003.190.99693.1800500003.910.07820.305834003.260.95883.1258600003.920.06530.256136003.320.92223.0618700003.930.05610.220638003.360.88422.9709800003.940.04930.194040003.410.85112.8910900003.940.04380.1725I(mA)12_I(mA)12_1.0-0.8-0.6-0.4-0.2-0.0-圖3-6恒定光照下不加偏壓時伏安特性曲線 U1(V)表3-3太陽能忡％頃％與相對光強J/J。的關系 光源距離x(mm)J(mW) SC——oc J/J0 0 Isc(mA)uoc(v)151.6791.001.433.91201.4600.869571.283.89231.2640.752831.143.86251.1050.658131.033.83270.9600.571770.933.81290.8500.506250.843.79300.7500.446690.773.77310.6110.363910.653.73320.5000.297790.563.68

330.4180.248960.493.65340.3320.197740.413.59350.2370.141160.323.51在反向飽和電流不變的條件下，開路電壓與光強在理論上是指數(shù)關系，因此如果要提高單晶硅太陽能電池的開路電壓，不僅可以通過改進太陽能電池的結構實現(xiàn)，而且可以通過增加聚光光強達到這一目的。n隨著光強的增加先增加后減小，因此單晶硅太陽電池在不大于1倍太陽光強條件下的效率n低，某些單晶硅太陽能電池可能不適合用于聚光環(huán)境，而適合用于普通或者弱光場合。對于n隨著光強的增加先升后降，有些學者認為這是串聯(lián)內(nèi)阻隨著光強的變化逐漸增加的緣故。ic流過串聯(lián)內(nèi)阻時會產(chǎn)生焦耳熱，在低倍聚光條件下，在假設串聯(lián)內(nèi)阻不隨光強變化時，產(chǎn)生的焦耳熱與ic平方成正比，即與光強的平方成正比，其在總功率中占據(jù)的比例會逐漸增大。當光強達到一定值時，焦耳熱引起的功率損失超過因光強增加的功率，所以n開始下降。P(mW)圖3-7最大功率和相對光強的關系J/J0P(mW)圖3-7最大功率和相對光強的關系圖3-7為同一片電池的最大功率隨光強變化的情況。由圖可知，最大功率與光強可以很好的你和成線性關系。在低倍聚光條件下，提高光強能提高電池的輸出功率，這就意味著和標準狀況下的電池相比，產(chǎn)生同樣的功率多需要的電池面積更小，那么多需要的的硅材料就更少或者說同樣一片電池在聚光條件下能發(fā)揮更大的作用，但是也不能一味地追求高光強。因為，隨著電池效率的下降，通過

提高光強來提高功率將變得越來越不明顯，并且光強增加會令溫度升高，增加冷卻成本，同時對聚光器的要求也會越來越高，因此對單晶硅太陽能電池來說，要在效益和成本之間找到平衡點。3.3溫度特性下圖為短路電流IC、開路電壓UOC、填充銀子FF和效率n與溫度的關系圖nF、U、InF、U、I1.31.21.1-1.0-0.9一0.8一0.70.6-0.5一20 30 40 50 60 70圖3-8I、U、FF、n和溫度的關系T(°C)dFF/ddFF/dt/(C-1)由圖3-8可知，IC、UC、FF和n這四個參數(shù)與溫度呈很好的線性關系。通過線性擬合后，可得到各參數(shù)的溫度變化率。表3-4太陽能電池特征參數(shù)的溫度特性dn/dt dIsc/dt dUoc/dt/(%-C-1) /(A.C-1) /(V.C-1)-0.075650.00121-0.0023-0.00162由表3-4可以看出，單晶硅太陽能電池的IC隨著溫度的升高而略微增加，相對其他參數(shù)的溫度的變化率而言很小。短路電流IC增加的原因是：單晶硅的禁帶寬度隨著溫度升高而減小，光吸收增加，這就意味著能產(chǎn)生更大［疽載流

子的擴散系數(shù)隨著溫度升高而增大，因此少數(shù)載流子的擴散長度也隨著溫度的增加而稍微增大。UC隨著溫度的升高而減小，是影響太陽能電池效率降低的主要參數(shù)。這是因為UC隨著反向飽和電流增加而降低，而反向飽和電流隨著溫度升高呈現(xiàn)指數(shù)增大。在考慮dI/d的影響時，能推導出dU/d的理論公式；在忽略dI/d的sct oct sct影響時dU/dt的表達式為：dU oc=dU oc=dT1 KTEg(0)-U+T(3-6)式中：E(0)是用線性外推方法得到的在溫度為0K時的硅電池的禁帶寬G度，數(shù)值在1-4范圍內(nèi)，k為波爾茲曼常數(shù)(1.38x10-23J/K),q為電荷電量(1.6x10-19J/V),將U=0.6V，Eg(0)/q=1.2帶入上式，可得到dU”/幺=-2.3mV/k。由此可見，單晶硅太陽電池的dU/d,很穩(wěn)定，可以認為是常數(shù)。利用這個特性，可以在其它條件不變時，根據(jù)d"：的變化值計算出太陽電池的工作溫度。FF隨溫度升高為下降是由于并聯(lián)內(nèi)阻和串聯(lián)內(nèi)阻的影響。在弱光條件下，并聯(lián)內(nèi)阻的影響才會很顯著。對于串聯(lián)內(nèi)阻，在假定n不隨溫度變化后，可推導出串聯(lián)內(nèi)阻隨溫度升高而上升，理論證明晶體硅太陽電池具有正溫度系數(shù)半導體型內(nèi)阻的數(shù)學表述形式［1。。從物理機制上可以解釋為：高于室溫時接觸電阻可以忽略不計，基區(qū)電阻貢獻很小，擴散層的薄層電阻占優(yōu)勢，它隨著溫度的升高而升高，而串聯(lián)內(nèi)阻增大會降低FF。在假設理想因子等于1是，可推導出FF隨溫度變化的經(jīng)驗公式。由ICUoc、FF這三個溫度特性值的相對大小及公式，就可以得出效率隨著溫度升高而降低的結論。測試的單晶硅太陽電池效率的降幅高于0.075%/°C。也就是說，在標準情況下工作良好的單晶硅太陽電池，如果在實際用時效果不理想，在相同光強下太陽電池45C工作，則效率將會減少1.5%，這對太陽電池開說是很嚴重的效率損失。因此，在應用當晶硅太陽電池時，保證較低的溫度是保持電池效率的重要條件。3.4提高效率的措施太陽能電池的理論效率與入射光能轉(zhuǎn)變成電流之前的各種可能損耗的因素有關。其中，有些因素由太陽能電池的基本物理決定的，有些則與材料和工藝相關。從提高太陽能電池效率的原理上講，應從以下幾方面著手：（1） 減少太陽能電池薄膜光反射的損失。（2） 降低PN結的正向電流（俗稱太陽能電池暗電流）。（3） PN結的空間電荷區(qū)寬度減少，并減少空間電荷區(qū)的復合中心。（4） 提高硅品體中少數(shù)載流子壽命，即減少重金屬雜質(zhì)含量和其他可作為復合中心的雜質(zhì)，品體結構缺陷等。而隨著人們研究的不斷深入，目前提高太陽能電池效率的主要措施如下［11』（1） 選擇長載流子壽命的高性能襯底硅品體。（2） 太陽能電池芯片表面制造絨面或倒金字塔多坑表面結構。電池芯片背面制作背面鏡，以降低表面反射和構成良好的隔光機制。（3） 合理設計發(fā)射結結構，以收集盡可能多的光生載流子。（4） 采用高性能表面鈍化膜，以降低表面復合速率。（5） 采用深結結構，并在金屬接觸處加強鈍化。（6） 合理的電極接觸設計以達到低串聯(lián)電阻等。4結論與展望4.1結論本課題主要研究了溫度和光照對單晶硅太陽電池基本特性的影響，具體結論如下：單晶硅太陽電池隨著溫度的升高，％/、幅度線性上升；FF線性下降，但是下降幅度很??；UC線性下降的幅度為2.3mv/，C。UC的下降在整個電池的電性能參數(shù)的變化中占據(jù)主導地位，效率的溫度變化率高于0.075%/C。如果