影响太阳能电池效率因素
时间：2012-08-20 来源： 作者：
摘要：提高太阳能电池的光电转换效率一直以来都是太阳能产业发展研究的重点，因而受到广泛的关注。本文主要从材料的微观结构入手，论述了材料的表面结构，内部杂质带量子阱结构，p-n结数目，界面，层错缺陷等因素对光生伏特效应的影响，从而为提高太阳能电池光电转换效率提供可行的理论依据。
关键词：太阳能电池 异质结 量子阱 杂质带 点缺陷 掺杂
0 引言
随着世界经济快速发展，能源问题日益突出，太阳能作为一种优质的可再生清洁能源能在带来巨大经济效益的同时改善环境污染问题。太阳能电池具有安全，环保的优良特性，可应用于日常生活的各个领域，具有可观的发展前景。
太阳能电池利用光电转换技术将光能转变为电能，是获取太阳能的有效方式，Si作为目前太阳能电池主要材料其光吸收率很低，禁带宽度为 1.12ev,与最佳光伏响应禁带宽度1.5ev相差较大。因此，研究结构对光电转换效率的影响非常必要，为今后通过开发新材料新结构及对旧材料改性来提高光电转换效率奠定理论基础。
1 太阳能电池光电转换基本原理
固体样品的电子结构或其他性质存在某种不均匀性或异质性，当光照固体时出现外电压的光生伏特效应【1】。这种不均质固体想接触时，势垒区域产生光激发载流子，内建场将使异号的剩余载流子向相反方向运动，形成电子和空穴在不同区域积累，导致电子结构的突变，形成光电压。
2 影响光生伏特效应的因素
提高光电转换效率主要取决于开路电压，闭路电流和填充因子三个物理量。下面从以下几个影响因素论述其对这三个物理量的影响提高太阳能电池光电转换效率。
2.1梯度掺杂
对于均匀掺杂的p-n结太阳能电池，在p区与n区界面处通过扩散作用产生了自建电场，在厚度很小的耗尽层内，光照时，只在电场区域及附近的电子空穴对守电场力的驱使定向移动形成光电流。其他区域电子空穴对由于无电场力无法分离，激子复合率较大，重新辐射出光子，相当于降低了光子吸收率。
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太阳能光伏发电效率的影响因素
作者：郑树枝
来源：《科学与财富》2018年第01期
摘 要： 太阳能转为电能的使用过程中，会遇到一些因素，导致太阳能光伏发电效率受到影响，需要对这些影响因素进行探究，探讨出提升太阳能光伏发电效率的措施，对于社会经济的发展具有重要的现实意义。
关键词： 太阳能光伏发电；晶硅材料；转换率；措施
引言
“节能环保”是当今社会所倡导的主题，社会限制使用像化石燃料这种对环境污染严重和不可再生性能源，而会会选择一些如太阳能、地热能这样的能够循环利用、清洁环保能源。面对能源危机、雾霾、全球气候变暖等问题，社会呼吁使用可循环的、可再生性能源，以此自然环境，节约对不可再生性能源的开发利用。太阳能正好具备新能源和可再生能源的优势，其使用特点为清洁环保、永不衰竭，在各地都受到青睐。
1太阳能光伏发电原理与特点
利用太阳能发电的太阳能光伏发电系统，其构成部件有太阳能电池组件、充/放电控制器、逆变器、测试仪表、计算机监控、蓄电池组以及一些辅助设备等，具体如下图所示。
太阳能光伏发电系统结构图
在太阳光线照射到太阳电池组件上时，就会由硅材料吸收一部分光子，这部分光子将被转换成电能，具体是光子的能量传递给了硅原子，推动电子的跃迁转变为自由电子，由此使得P-N 结两侧会出现电位差，在其外部接通电路的情况下，电压的作用会使得电流在外部电路流过，从而产生输出功率，实现光能到电能的转换，这也叫光生伏打效应。而太阳能电池起到了能量转换的作用，根据发电需要，太阳能电池材料的主流是晶体硅和薄膜太阳能两种电池片。
太阳能电池组件是将电池根据一定的阵列方式进行排布的，连结方式有并联或串联，使得组件的直流电送至蓄电池组，蓄电池组将其所储存太阳能电池方阵所接收的光照转换为电能，然后向负荷供电。而独立运行逆变器则会把直流电转换成交流电，为负载使用，也可以在并网运行逆变器中把直流电转换成交流电，通过控制装置将交流电输送至变压器低压端，经三相变压器升压后，由输电线路送入电网进行供电。 龙源期刊网
一禁带亮度
VOC随Eg的增大而增大，但另一方面，JSC随Eg的增大而减小。结果是可期望在某一个确定的Eg随处出现太阳电池效率的峰值
二、温度
随温度的增加，效率η下降。I-SC对温度T很敏感，温度还对VOC起主要作用。
对于Si，温度每增加1°C，VOC下降室温值的0.4%，h也因而降低约同样的百分数。例如，一个硅电池在20°C时的效率为20%，当温度升到120°C时，效率仅为12％。又如GaAs电池，温度每升高1°C，VOC降低1.7mv 或降低0.2%。
三、复合寿命
希望载流子的复合寿命越长越好，这主要是因为这样做ISC大。在间接带隙半导体材料如Si中，离结100mm处也产生相当多的载流子，所以希望它们的寿命能大于1ms。在直接带隙材料，如GaAs或Gu2S中，只要10ns的复合寿命就已足够长了。长寿命也会减小暗电流并增大VOC。
达到长寿命的关键是在材料制备和电池的生产过程中，要避免形成复合中心。在加工过程中，适当而且经常进行工艺处理，可以使复合中心移走，因而延长寿命。
四 光强
将太阳光聚焦于太阳电池，可使一个小小的太阳电池产生出大量的电能。设想光强被浓缩了X倍，单位电池面积的输入功率和JSC都将增加X倍，同时VOC也随着增加(kT/q)lnX倍。因而输出功率的增加将大大超过X倍，而且聚光的结果也使转换效率提高了。
五 掺杂浓度及剖面分布
对VOC有明显的影响的另一因素是掺杂浓度。虽然Nd和Na出现在Voc定义的对数项中，它们的数量级也是很容易改变的。掺杂浓度愈高，Voc愈高。一种称为重掺杂效应的现象近年来已引起较多的关注，在高掺杂浓度下，由于能带结构变形及电子统计规律的变化，所有方程中的Nd和Na都应以（Nd）eff和（Na）eff代替。既然（Nd）eff和（Na）eff显现出峰值，那么用很高的Nd和Na不会再有好处，特别是在高掺杂浓度下寿命还会减小。
目前，在Si太阳电池中，掺杂浓度大约为1016cm-3，在直接带隙材料制做的太阳电池中约为1017 cm-3，为了减小串联电阻，前扩散区的掺杂浓度经常高于1019 cm-3，因此重掺杂效应在扩散区是较为重要的。
. . 引言
1954年Bell实验室研发出第一个单晶硅太阳能电池.效率为6%。自此开启了太阳能电池的新纪元。硅系太阳能电池已从单晶.多晶硅发展到非晶硅.从块状发展到薄膜.实现第一代到第二代的的转换。
20世纪后期.各种化合物薄膜电池兴起.呈现欣欣向荣的局面。碲化镉.砷化镓.铜铟镓硒如雨后春笋般地登上舞台。
有机物薄膜电池也不甘寂寞.在沉寂了数年之后也焕发出勃勃生气。
21世纪注定是太阳能利用的新世纪。那么.在诸多太阳能电池中.究竟哪些会脱颖而出.或者说占主导地位呢？
一． 太阳能电池的工作原理
太阳能电池发电原理： 太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种.如：单晶硅.多晶硅.非晶硅.砷化镓.硒铟铜等。它们的发电原理基本相同.现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅.形成P－N结。 当光线照射太阳能电池表面时.一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子.使电子发生了越迁.成为自. . 由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差.当外部接通电路时.在该电压的作用下.将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。
晶体硅太阳能电池的制作过程： “硅”是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后.它几乎改变了一切.甚至人类的思维。20世纪末.我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用.晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。
二．各种太阳能电池的优劣
1．单晶硅太阳能电池
单晶硅太阳能电池是最早实现商业化的一种太阳能电池.商业光电转换效率为16%～20% 。原料硅来源丰富.它的结构和生产工艺已定型, 产品已广泛用于空间和地面。但用作太阳能电池的不是普通的硅.而是99.9999%的高纯硅。硅的提纯工艺复杂, 电耗很大,
