淺談太陽電池電性能參數及影響因素

摘要： 太陽電池輸出特性是衡量太陽電池的一個重要參數。在不同負載和光強條件下，通過對特定型號的多晶硅太陽電池輸出實驗研究，數據分析表明，硅太陽電池的伏安特性呈非線性；Voc、Isc等隨日照強度變化而變化。

關鍵字：太陽電池、電性能參數、Rs、Rsh

一、引言

在20世紀的能源結構中，人類主要利用的是一次能源。經過長時間的消費，已消耗了相當大的比例，且隨著人口的增長對能源的消費將不斷增加。太陽能作為可再生能源已成為當今主流，但目前晶體硅太陽電池所面臨的低效率已被全世界能源機構研究討論。而影響太陽電池效率的因素除材料結構、性質外串聯電阻、并聯電阻、填充因子和環境因素都是影響太陽電池的轉換效率的主要因素。

二、電性能參數介紹

1. Rs、Rsh、Pmpp、FF各電性能參數之間的關系

（1）在所有參數中，只有電壓和電流是測量值，其他參數均是計算值。

（2）Pmpp為在I-V曲線上找一點，使改點的電壓乘以電流所得最大，該點對應的電壓就是最大功率點電壓Umpp，該點對應得電流就是最大功率點電流Impp

（3）Rs為在光強為1000W/M2和500W/M2下所得最大功率點的電壓差與電流差的比值，只是一個計算值，所以有時候會出現負值的情況

（4）Rsh為暗電流曲線下接近電流為0時曲線的斜率

（5）Rs和Rsh決定FF

（6）Rsh和Irev1、Irev2有對應的關系

2. Rs、Rsh組成及影響因素

（1）Rs組成

測試中的串聯電阻Rs主要由以下幾個方面組成：

①材料體電阻（可以認為電阻率為ρ的均勻摻雜半導體）屬于固定電阻，也就是基本電阻；

②正面電極金屬柵線體電阻屬于固定電阻，也就是基本電阻；

③正面擴散層電阻屬于固定電阻，也就是基本電阻；

④背面電極金屬層電阻屬于固定電阻，也就是基本電阻；

⑤正背面金屬半導體接觸電阻是變量電阻燒結效果的好壞直接影響Rs的最終值；

⑥外部因素影響，如探針和片子的接觸屬于外部測試因素，也會導致Rs變化

燒結的關鍵就是歐姆接觸電阻，也就是金屬漿料與半導體材料接觸處的電阻。

（2）Rsh組成

測試中并聯電阻Rsh主要是由暗電流曲線推算出，主要由邊緣漏電和體內漏電決定

邊緣漏電主要由以下幾個方面決定：

①邊緣刻蝕不徹底

②硅片邊緣污染

③邊緣過刻

體內漏電主要幾個方面決定

①方阻和燒結的不匹配導致的燒穿

②由于鋁粉的沾污導致的燒穿

③片源本身金屬雜質含量過高導致的體內漏電

④工藝過程中的其他污染，如工作臺板污染、網帶污染、爐管污染、DI水質不合格等

（3） Rs、Rsh影響因素

Rs、Rsh大小決定太陽電池輸出特性，理想太陽電池要求Rs越小越好，Rsh越大越好。Rs越小太陽電池輸出就越大，反之，Rs越大則影響太陽電池輸出效率。Rsh越大流過太陽電池并聯電阻的電流就越小，反之，Rsh越小流過太陽電池并聯電阻的電流就越大流過串聯電阻的電流就越小。

Rs偏大原因

①擴散方塊電阻是否存在偏大現象

②原始硅片電阻率是否偏大

③絲網印刷正面主副柵線虛印情況

④測試機探針是否正好壓到主柵線上

⑤印刷燒結設備及工藝問題

Rsh偏低原因

①原材料因素-硅片中金屬雜質含量過高、缺陷密度過大

②工藝因素-a、刻蝕時間過短、周邊N型層未全部除去或過刻

b、SI3N4膜的致密性較差導致燒結易燒穿

c、擴散燒結溫度太高、方阻太高

③工藝工程污染-a、設備環境污染、爐管污染、工作臺

b、 人為使用工具污染

三、總結

所以在電性能參數中，我們認為，FF、Rs、Rsh這三個參數是緊密相連的一組。可用Rs、Rsh直觀地判斷FF的好壞。即Rs和Rsh主要影響FF，當他們性能很差時對Voc和Isc的影響也是很顯著的。

作者簡介：

代術華 （1988.03），男，漢，四川安岳人，本科，助教，專業：光伏材料應用技術，主要研究方向：光伏教育。