太陽能電池結構材料中側向光伏效應的研究

劉文哲

摘 要：太陽能電池的使用主要是通過光電效應將光能轉化為電能的過程，太陽能電池作為當下綠色發電途徑，對節能環保理念的落實具有重要作用。太陽能電池結構材料是發電的主體，受光照作用的影響，半導體材料的不同部位之間會產生電位差，這也是光伏效應的產生過程。側向光伏效應與太陽能電池結構材料中的層結構、工作溫度、外偏壓等具有一定的關系，其影響著側向光伏效應的產生，對此文章就太陽能電池結構材料中側向光伏效應進行研究。

關鍵詞：太陽能電池; 電池結構材料; 側向光伏效應

在太陽光的照射下，太陽能電池半導體之間會產生電位差，電位差也是光伏效應的主要主要表現。光伏效應的產生是太陽能電池發電的必然因素，光伏效應在太陽能結構材料中的使用較多，且具有一定的廣泛性，對此學者就光伏效應進行了相關的研究。

一、側向光伏效應的原理

以激光照射半導體為例，將一束激光照射在半導體表面任何位置，在照射過程中，激光照射點會激發半導體產生電子空穴。在電場作用下，電子將不斷向半導體的一側進行移動，空穴則向半導體的另一端進行移動，這也就會導致半導體一側會累積大量電子，另一側會累積大量空穴，這也就形成了半導體中的縱向光伏效應。縱向光伏效應表面上會產生電勢差，但受激光照射的影響，激光照射屬于非均勻光照，這也就導致載流子會以光照位置為中心，向四周進行擴散。

根據載流子擴散能夠對載流子數量與側向光電壓之間的關系進行分析，在不斷的分析過程中能夠對側向光電壓與激光照射位置的變化關系進行分析。但受材料種類、載流子壽命等印度的影響，不同太陽能電池結構中其側向光伏效應的響應具有差異性，且此類差異均在參數變化的可控范圍之內。

二、太陽能電池結構中側向光伏效應

2.1非晶硅結構側向光伏效應

非晶硅結構電池生產成本較低，其光電轉化效率高，在制備非晶硅結構的過程中，非晶硅制備工藝較為簡潔，因此在其制備過程中其制備具有產業化特點，在太陽能電池結構的制備過程中具有重要作用。非晶硅結構側向光伏響應較低，在對其側向光伏響應與測量的關系中，有學者發現通過對改變激光照射功率，其光譜響應范圍會出現變化，就側向光伏響應來講，其響應與激光波長具有一定的影響，在較大光功率的照射過程中，伴隨波長的增長光伏響應逐漸增加。受照射光功率的影響，側向光伏響應與電極之間的間距存在著一定的依賴關系，但依賴關系同樣具有差異性。

2.2單晶Si p-n結中的雙極性側向光伏效應

對于半導體來講，在激光照射半導體從而產生電子與空穴的對立電場時，受半導體層級的影響，不同層級之間其電子與空穴具有差異性，同時受側向光伏效應的原理所影響，研究人員往往重視半導體一側的側向光電壓信息。在研究過程中，單晶Si p-n結在接受激光束照射時，受激光束照射點位置的影響，激光束從側面照射時，半導體的上下表面會產生畸形相反的側向光電壓，且在不斷的實踐過程中得出結論，不同位置的激光束照射會產生不同的側向光電壓響應，這也在一定程度上影響著單晶Si p-n結中的雙極性側向光伏效應。

2.3 Cu（In，Ga）Se2異質結中的側向光伏效應

Cu（In，Ga）Se2以黃銅礦結構為機體，在半導體類型中屬于直接帶隙半導體，在太陽能電池結構中的應用，其光吸收系數較高，因此在太陽能電池結構中的應用較為廣泛。在此異質結的使用過程中，使Ga替代In的位置，晶體之間的晶格常數與原子之間的作用力會發生變化。受此結構帶隙夜店與光吸收系數的影響，其在太陽能電池結構中的應用廣泛，同時該結構具有抗輻射能力與較高的光電轉換效率，這也就使得其在新能源薄膜太陽能電池結構中的使用較為廣泛，是提升薄膜太陽能電池電池效率的有效途徑。

2.4硫化銻異質結中的側向光伏效應

硫化銻屬于化合物半導體材料，在太陽能電池結構中的使用具有穩定性，且光電轉換效率較高，基于此被認為是太陽能電池的理念材料。在對硫化銻性能的研究過程中，其在側向光伏效應與光伏效應之間表現出了一定的區別，對此考慮硫化銻側向光伏響應性能較高。在對硫化銻側向光伏效應的研究中可知，以太陽能電池結構為研究對象，硫化銻側向光伏實驗性能較高，符合預期要求。

2.5 GaAs/Al0.3Ga0.7As異質結中的側向光伏效應

對于光伏效應和側向光伏效應，載流子壽命和內建電場高度是決定其性能的兩個重要關鍵參數，因此，技術人員一直希望通過不同的調控方法或摻雜技術來提高內建電場高度和改善載流子壽命。然而，載流子壽命和內建電場高度的提升往往卻不能同時發生，另外，隨著摻雜濃度增加，載流子壽命會先緩慢增加，當載流子濃度越高時，壽命極值越高，之后隨載流子濃度增加，壽命開始逐漸減小，然而在該摻雜過程中異質結界面勢壘高度則始終保持增強，因此，通過該系列材料異質結樣品的研究可以闡明勢壘高度和載流子壽命各自對器件性能的影響和作用。

三、總結與展望

側向光伏效應作為光電效應的一種，其在新能源太陽能電池結構中的應用具有重要作用。側向光伏效應對光源與光學系統的要求較低，且光電轉換效率較高，基于此在當下太陽能電池結構中的研究較為深入。文章就幾種太陽能電池結構材料進行了分析，結果表明，側向光伏效應與光伏效應在性能參數等方面性能具有一致性，能夠實現在太陽能電池結構中的應用，但就其長遠發展來講，同樣存在著一定的應用問題急需解決。

太陽能電池結構材料中存在著側向光伏效應與側向光電流與光電阻效應，但在當下的研究過程中只對側向光伏效應進行了研究，缺乏對其他相應的聯合研究，這也就使得其應用效率難以保障。薄膜太陽能電池作為當下新能源太陽能電池發展的主要形式，其具有外觀靈活性特點，但就側向光伏的研究來講，其主要傾向于剛性結構材料，這也就導致材料使用具有一定的限制性，無法適用于全部太陽能電池結構的應用過程中。

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