有關非晶硅太陽電池的性能分析實驗實例

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　　北京有色金屬研究總腕，北京， ］00088）

　　摘 要

　　本文通過一種簡單的太陽電池等效電路對非晶硅太陽電池弱光性能進行了分析，認為串聯電阻和并聯電阻是影響弱光條件下非晶硅太陽電池填充因子的主要因素，增大并聯電阻是改善弱 光 性

　　能的必要條件。

　　Ig74年研制成功非晶硅太陽電池cD，由于成奉低，可以大面積制造，引起了廣泛關注，在不長的時間內，非晶硅太陽電池的性能有了較大提高。目前，單結電池轉換效率達 12 ，疊層電池轉換效率達到13．7％一 15．6 。

　　早期用于計算器的非晶硅太陽電池，不能在較弱的光強下工作，目前雖然弱光非晶硅太陽電池已商品化，但關于非晶硅太陽電池在弱光下性能的研究還很少。奉文分析了影響非晶硅太陽電池弱光性能的因素，并對弱光條件下填充因子的變化進行了解釋和討論。

　　二、非晶硅太陽電池等效電路

　　在無光照情況下，太陽電池的電流一電壓關系常用二報管電流公式表示；

　　。（e 一 ）（1）

　　其中，n為二報管品質因子，對非晶硅太陽電池通常取 2。 這是理想的二極管特性。實際的非晶硅太陽電池常常有串聯電阻 R，和 并聯電阻R 其等效電路常用圖 l表示 。

　　，工

　　圖 l 太陽電池等效電路

　　因太陽電池在靜態下工作，故 pn結電容可略去。在光照條件下，太陽電池電流一電壓關

　　系用式 （2）表示：

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　　162 太 陽 能 學 報

　　，=LI一，口（e——『-一1）一。= （2）

　　太陽電池的轉換效率為

　　= P= P = 每P 、㈩

　　式中，P 是入射到太陽電池表面的輻射功率密度，，， 和 分別為太陽電池的短路電流和開路電壓，P 為最大輸出功率， 和 分別為最大功率點的電流和電壓，FF為填充因子， J 為光電流。

　　Rs和R 的存在將消耗部分輸出功率，使電流一電壓曲線變差 在最大功率點R 和R 的功率損耗分別為， R 和 （ 一， 尺 ）／R ，這時填充因子可近似寫成 ”：

　　FF（R ，R ）：上 生

　　=［卜 一醬一+

　　~FF（O，。，［一告 一］㈩

　　其中，FF（O，co）=， ／， 它皂R 為O、R 為無窮大，即理想 p—n結情況的填充因

　　子 通常非晶硅太陽電池R 很小，R 很大，式 （4）中第四項 R ／ R 相對第=項 R ／V很小，第五項 2R ／R 相對第三項 ／Z R 很小，可忽略不計。

　　對于R 不太大，R 不太小的情況，式（4）可近似為FF（R FF（O L［J一訾y 一了』導』自J］（5）

　　其中，， 、 V 分別為實際電池的最大輸出功率點的電流和電壓。從式 （5）可見，最大功率點的

　　電流和電壓及串、井聯電陽影響電池的填充因子。通常非晶硅太陽電池的短路電流與光強成正比，而開路電壓受光強的影響較小，因而可以認為在弱光情況下電流是影響太陽電池填充因子的主要因素。從式 （5）看出，當入射光由強變弱時，， 由大變小， 變化不大，式中第二項絕對值變小，第三項絕對值變大，R 太大或R 太小對太陽電池的填充因子都很不利。

　　三、實 驗

　　我們研制的非晶硅太陽電池結構為玻璃／SnO：／p（a—Sic：H）／i（a—Si：H）／n（a—Si：H）／Al。p． i、n各層由射頻電容耦合輝光放電沉積而成，沉積在單室進行。p層為摻硼氫化非

　　晶碳化硅，i層為本征非晶硅，厚度在3000A到5000^。n層為摻磷非晶硅。在p層與i層之間沉

　　積一層SiC緩變層 ，以減少p層與 i層之 間的界面缺陷 背電極蒸鍍A1，系統真空度為l0 帕

　　背電極面積由光學顯微鏡測量。電池轉換效率用太陽模擬器測量，條件為AM1．5，輻射功率

　　為 100mW／c 。光強為 10’L 和 lOL 條件下的太陽電池，一 曲線也用太陽模擬器測量。

　　四、結果與討論

　　經過光老化的非晶硅太陽電池樣蜀編號為 1和 2的卜一 特性曲線如圖 2所示。測試 條件

　　為AM 1．5，輻射光功率密度為l00mW／cm*。