文档介绍：丝印工艺汇总
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————周公庆
太阳电池原理
目前绝大部分的电池片的基本成分是硅,在拉棒铸锭时均匀的掺入了B(硼),B原子最外层有三个电子,掺B的硅含有大量空穴,所以太阳能电池基片中的多数载流子是空穴,少数载流子是自由电子,是P型半导体.
在扩散工序扩入大量的P(磷)原子,P原子最外层有五个电子,掺入大量P的基片由P型半导体变为N型导电体,多数载流子为电子,少数载流子为空穴.
太阳电池原理----基本原理
漂移中和
1,在P型区域和N型区域的交接区域,多数载流子相互吸引,漂移中和,最终在交接区域形成一个空间电荷区(即内建电场区).在内建电场区电场方向是由N区指向P区.
N型半导体
P型半导体
太阳电池原理----基本原理
空间电荷区
2,当入射光照射到电池片时,能量大于硅禁带宽度的光子穿过减反射膜进
入硅中,在N区、耗尽区、,立即被内建电场分离,光生电子被进入N区,光生空穴则被推进P区. 光生电子空穴对在N区产生以后,光生空穴便向PN结边界扩散,一旦到达PN结边界,便立即受到内建电场作用,被电场力牵引做漂移运动,越过耗尽区进入P区,光生电子(多子)(少子)同样的先因为扩散,后因为漂移而进入N区,光生空穴(多子),产生了光生电压,这就是“光生伏特效应”.
N区
P区
内建电场
电子空穴对
电子空穴对
电子空穴对
大量正电荷
大量负电荷
太阳电池原理----原理图
Ebi
p区
n区
P+区
2μm
正电极
Voc
180~200μm
3~6μm
lh
le
长波
短波
中波
正电荷
电子
背
场
太阳电池原理
电池片厚度一般为180~200μm.
电子空穴对EHP扩散距离le=(Deτe)1/2其中De为扩散系数.
n侧少子为空穴,扩散长度很短,再由于n侧是重扩散杂质,所以少子寿命非常短,因此n侧做得很薄(),事实上,,产生电子空穴对,这些非常接近n侧表面的光生电子和空穴对很快就消失掉,这就是短波光量子效率很低的原因.
,硅材料对其吸收的系数很小α很小,吸收深度(1/ α)通常会大于100μm。为了俘获这些长波光子,我们需要相当厚的p侧材料,同时这种材料又必须是无缺陷的,使它有足够长的少数载流子扩散长度le ..
.
太阳电池原理----光电流Isc
充足的太阳光照射到晶体硅太阳能电池时,电池片的整个厚度内都会产生光生载流子,其电子空穴对的产生率Gp(即单位时间单位体积内产生的电子空穴对数目),以Goexp(- αx)衰减。
(其中Go是电子空穴对在表面时的产生率, α是材料吸收系数.)
假定1,太阳电池厚度很薄,使所有的光生载流子都能流经外电路.
假定2,lh是大于n侧厚度ln ,所以,在体积(ln+w+le)内产生的全部电
子空穴对都贡献给光电流.
假定3,在材料表面的光生载流子的复合可以被忽略.
其表面积A=5cm×5cm,ln =,W=2μm,le=50μm,Go=1×1018cm-3s-1
太阳电池原理
不同波长的光所产生的Isc
1,对于光波长λ≈,α=2000m-1(吸收深度δ=1/ α=500μm),
求得Isc=20mA.
2,对于强吸收的光波长λ≈, α=10 × 105m-1(吸收深度
δ=1/ α=10μm),求得Isc=40mA.
3,α随着光波长的缩短而增大,最后(当λ‹450nm)由于α非常大,会
使光生载流子只发生在电池片表面,而电池片的表面区的缺
陷很容易使电子空穴对被复合掉,从而使光电流反而减小。
太阳电池测试原理----光电流密度和光电压
1,光电流密度
,能量大于禁带宽度Eg的光子均能被电池吸收,而激发出数量相同的光生电子空穴对,且可以被全部收集,则光生电流密度的最大值为:
,材料吸收,电池厚度及光生载流子的实际生产率后,光电流密度可以表示为:
式中, 为入射到电池上波长为,带宽为的光子数, Q为量子产额,及一个能量大于Eg的光子产生一对光生载流子的几率,通常情况下可以令Q=1, 为和波长有关的