第五讲太阳能电池效率极限.pptVIP

2.3复合损失 太阳电池的效率也会因为电子空穴对在被有效利用之前复合而降低，一些发生复合的可能途径如图所示： 光伏电池中电子空穴对可能复合的途径 第六十三页，共九十二页。 复合能够以以下几种机理发生： 辐射复合—吸收的反过程。电子从高能态返回到较低能态，同时释放出光能。此种机理在半导体激光器和发光二极管中适用，但对硅太阳电池并不显著。 俄歇复合—“碰撞电离”的反过程，在掺杂较重的材料中显著。 通过陷阱复合—当半导体中的杂质或表面的界面陷阱在禁带间隙中产生允许的能级时，这个复合就能发生。 第六十四页，共九十二页。 典型的实际太阳电池的外部量子效率和光谱响应，阐释了光学和复合损失的影响 第六十五页，共九十二页。 2.4 顶电极设计 主栅线（busbar）和外部导线直接相连，而副栅线（finger）是更细小的金属化区域，用来收集电流传输给主栅线。 顶电极的设计目标是优化电流收集来减少由于内部电阻和电池遮蔽而产生的损失。 第六十六页，共九十二页。 太阳电池中电子从产生点到外部电极的流动示意图 第六十七页，共九十二页。 Use of a four point probe to measure the sheet resistivity of a solar cell 第六十八页，共九十二页。 将电极做成手指状，可以减少光线的反射 第六十九页，共九十二页。 Resistive components and current flows in a solar cell. 第七十页，共九十二页。 Top contact design in a solar cell. The busbars connect the fingers together and pass the generated current to the external electrical contacts. 第七十一页，共九十二页。 Schematic of a top contact design showing busbars and fingers 优化遮光损失与收集损失 第七十二页，共九十二页。 Key features of a top surface contacting scheme 优化电极的宽高比 第七十三页，共九十二页。 Points of contact resistance losses at interface between grid lines and semiconductor 降低电极的接触电阻 第七十四页，共九十二页。 在做法上着重金属电极构造的最优化，例如将金属电极埋入基板中，以增加接触面积，减少串联电阻。 激光刻槽-埋栅太阳能电池 第七十五页，共九十二页。 Basic schematic of a silicon solar cell. The top layer is referred to as the emitter and the bulk material is referred to as the base 第七十六页，共九十二页。 增加入射光的面积 使用点接触式太阳电池（point contact cell），将正负电极全部放在背面，这样可增加太阳电池正面的入射光面积。 将正负电极全部放在背面的点接触太阳电池 第七十七页，共九十二页。 光生电流极限 一个自身能量高于带宽的光子产生一对或多对 电子空穴对。 能量阀值：1.124eV 300K 1.052eV 单声子辅助吸收 0.987eV 双声子辅助吸收 自由载流子吸收 晶格吸收 第七十八页，共九十二页。 光生电流极限 最大光生电流（纯硅）51.5mA/cm2，受自由载 流子吸收的限制，要得到这样的电流，硅片的厚 度需几米厚。 对于正常厚度的太阳电池（＜1mm），光的有 限吸收对电流的限制远远大于自由载流子吸收对电流的影响。 第七十九页，共九十二页。 开路电压的极限 两个本征的复合原理：辐射复合，俄竭复合。 n+ P WB 第八十页，共九十二页。 填充因子极限 俄竭复合：低注入n=1 高注入 辐射复合：低注入和高注入 n=1 缺陷复合：低注入n=1 高注入n=2 最大FF极限：高注入薄电池 第八十一页，共九十二页。 转换效率极限 VOC和ISC 随电池厚度的变化趋势相反，所以对于转换效率存在着一个最佳的厚度值：80μm, 28.8%。 第八十二页，共九十二页。 Isc的损失 1、表面反射损失 10% 2、表面电极遮光损失 5~15%