漏電,暗電流,方向飽和電流-周公慶

絲印工藝匯總電池事業(yè)部工藝中心周公慶2010.02.12知識(shí)只是知識(shí)，知識(shí)再多也不是智慧智慧就是你的心境和態(tài)度。

————周公慶太陽電池測試原理----模擬電路圖(等效電路圖)RsILIDIshRLCJU

當(dāng)受到光照的太陽電池接上負(fù)載時(shí),光生電流流經(jīng)負(fù)載,并在負(fù)載兩端產(chǎn)生端壓,這時(shí)可以使用一個(gè)等效電路來描述太陽電池的工作情況.把太陽電池看成穩(wěn)定產(chǎn)生光電流的電流源(假設(shè)光源穩(wěn)定),與之并聯(lián)的有一個(gè)處于正偏壓下的二極管及一個(gè)并聯(lián)電阻Rsh.Rsh等效電路圖I負(fù)載電流負(fù)載電壓太陽電池測試原理----模擬電路圖(等效電路圖)上式不能寫成I=f(U)形式,只能寫成I=f(U,I)的形式,因?yàn)檫@是一個(gè)超越函數(shù).IL光生電流T太陽電池pn結(jié)的絕對(duì)溫度I0反向飽和電流q單位電荷量A二極管因子K普朗克常量Rs/Rsh太陽電池的串連/并聯(lián)I太陽電池的輸出電流U太陽電池的輸出電壓ID暗電流當(dāng)負(fù)載RL從0變化到無窮的時(shí)候,就可以根據(jù)上式畫出太陽電池的負(fù)載特性曲線.曲線上的每一點(diǎn)稱為工作點(diǎn).工作點(diǎn)和原點(diǎn)的連線稱為負(fù)載線.斜率為,工作點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)即為相應(yīng)的工作電壓和工作電流.若改變負(fù)載電阻RL到達(dá)某一特定值Rm,此時(shí),在曲線上得到一個(gè)點(diǎn)M,對(duì)應(yīng)的工作電流與工作電壓之積最大(Pm=ImUm).我們就稱這點(diǎn)M為該太陽電池的最大功率點(diǎn),其中,Im為最佳工作電流,Um為最佳工作電壓.Rm為最佳負(fù)載電阻.Pm為最大輸出功率.如下圖所示:太陽電池測試原理----模擬電路圖(等效電路圖)ISCImPmUm0△U△U△I△IIUUOC太陽電池測試原理----漏電暗電流（DarkCurrent）也稱無照電流，是指在沒有光照的條件下，給PN結(jié)加反偏電壓（N區(qū)接正，P區(qū)接負(fù)），此時(shí)會(huì)有反向的電流產(chǎn)生，這就是所謂的暗電流，對(duì)單純的二極管來說，暗電流其實(shí)就是反向飽和電流，但是對(duì)太陽能電池而言，暗電流不僅僅包括反向飽和電流，還包括薄層漏電流和體漏電流。反向飽和電流指給PN結(jié)加反偏電壓時(shí)，外加的電壓使得PN結(jié)的耗盡層變寬，結(jié)電場（即內(nèi)建電場）變大，電子的電勢能增加，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子（P區(qū)多子為空穴，N區(qū)多子為電子）就很難越過勢壘，因此擴(kuò)散電流趨近于零，但是由于結(jié)電場的增加，使得N區(qū)和P區(qū)中的少數(shù)載流子更容易產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，因此在這種情況下，PN結(jié)內(nèi)的電流由起支配作用的漂移電流決定。漂移電流的方向與擴(kuò)散電流的方向相反，表現(xiàn)在外電路上有一個(gè)留入N區(qū)的反向電流，它是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成的。由于少數(shù)載流子是由本征激發(fā)而產(chǎn)生的，在溫度一定的情況下，熱激發(fā)產(chǎn)生的少子數(shù)量是一定的，電流趨于恒定。漏電流：我們都知道，太陽能電池片可以分3層，即薄層（即N區(qū)），耗盡層（即PN結(jié)），體區(qū)（即P區(qū)），對(duì)電池片而言，始終是有一些有害的雜質(zhì)和缺陷的，有些是硅片本身就有的，也有的是我們的工藝中形成的，這些有害的雜質(zhì)和缺陷可以起到復(fù)合中心的作用，可以虜獲空穴和電子，使它們復(fù)合，復(fù)合的過程始終伴隨著載流子的定向移動(dòng)，必然會(huì)有微小的電流產(chǎn)生，這些電流對(duì)測試所得的暗電流的值是有貢獻(xiàn)的，由薄層貢獻(xiàn)的部分稱之為薄層漏電流，由體區(qū)貢獻(xiàn)的部分稱之為體漏電流。太陽電池測試原理----漏電測試漏電流的目的：（1）防止擊穿

如果電池片做成組件時(shí)，電池片的正負(fù)極被接反，或者組件被加上反偏電壓時(shí)，由于電池片的暗電流過大，電流疊加后會(huì)迅速的將電池片擊穿，不過這樣的情況很少發(fā)生，所以測試暗電流在這方面作用不是很大。（2）監(jiān)控工藝

當(dāng)電池片工藝流程結(jié)束后，可以通過測試暗電流來觀察可能出現(xiàn)的工藝的問題，前面說過，暗電流是由反向飽和電流和薄層漏電流以及體漏電流組成的，分別用J1,J2,J3表示，當(dāng)我們給片子加反偏電壓時(shí)，暗電流隨電壓的升高而升高，分3個(gè)區(qū)，1區(qū)暗電流由J2起支配作用，2區(qū)由J3起支配作用，3區(qū)由J1起支配作用，3個(gè)區(qū)的分界點(diǎn)由具體的測試電壓而決定的。為什么暗電流會(huì)隨電壓升高而增大呢？大家知道當(dāng)有電壓加在片子上時(shí)，對(duì)硅片有了電注入，電注入激發(fā)出非平衡載流子，電壓越大激發(fā)的非平衡載流子越多，形成的暗電流越大，暗電流的增長速度隨電壓電壓越大而變慢，直到片子被擊穿。一般我們測試暗電流的標(biāo)準(zhǔn)電壓為12V，測得的曲線和標(biāo)準(zhǔn)的曲線相比后，可以的出片子的基本情況。如在1區(qū)我們發(fā)現(xiàn)暗電流過大則對(duì)應(yīng)的薄層區(qū)出了問題，2區(qū)暗電流過大，說明問題出在體區(qū)，同樣3區(qū)出現(xiàn)問題，說明我們的結(jié)做的有問題，擴(kuò)散，絲網(wǎng)印刷，溫度等參數(shù)都會(huì)影響暗電流，只要我們知道哪出了問題，就可以根據(jù)這去找出問題的原因，所以測試暗電流對(duì)工藝的研究是很有用的太陽電池測試原理----漏電IU01區(qū)2區(qū)3區(qū)暗環(huán)境下反偏測試漏電的IV圖像①②③10V12V太陽電池測試原理----漏電通過觀察漏電的情況可以大概分析一下電池片性能上的問題。如上圖所示，電池片的漏電在隨著反偏電壓的增加而增加，但是漏電增加的趨勢卻不大一樣。曲線①表示的是大多數(shù)正常的電池片的漏電曲線，在正常情況下在反偏12V的情況下，漏電增加不明顯，一般不超過0.5A,反偏電壓繼續(xù)增高的話，漏電就會(huì)快速上升，在反偏18V的情況下，一般很少會(huì)有電池片不擊穿的。曲線②表示的電池片的在反偏電壓不是很大的情況下，漏電就增加很大，說明PN結(jié)做的不好，要么是結(jié)過淺，要么是PN結(jié)表面有雜質(zhì)，影響了結(jié)特性。曲線③表示的電池片在反偏電壓的情況下，基本看不到pn結(jié)的截止特性了，說明漏電極大，而且嚴(yán)重影響電性能。有可能是未刻蝕，未擴(kuò)散，或者是體材料有嚴(yán)重的雜質(zhì)等。太陽電池測試原理----參數(shù)的測量及計(jì)算

當(dāng)負(fù)載RL連續(xù)變化時(shí),經(jīng)過測量得到一系列I-V數(shù)據(jù),由此可以做出如太陽電池測試原理----模擬電路圖(等效電路圖)的太陽電池的伏安特性曲線,同時(shí)計(jì)算出一些重要的參數(shù),這些參數(shù)主要包括:開路電壓UOC,短路電流ISC,最佳工作電壓Um,最佳工作電流Im,最大功率Pm,填充因子FF,串聯(lián)電阻Rs,并聯(lián)電阻Rsh和電池效率η.1,開路電壓UOC,短路電流ISC的計(jì)算

從圖上可知,測量得到的曲線與V,I兩軸的交點(diǎn),及UOC,ISC.2,Um

,Im

,

Pm的計(jì)算

一般情況下,直接求Pm會(huì)有一些麻煩.所以可以在計(jì)算機(jī)上按照步長,求得每一點(diǎn)的P=UI,然后直接取其中的最大值就是Pm了,該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓和電流也就是最佳工作電壓Um,最佳工作電流Im.3,填充因子FF的計(jì)算

4,并聯(lián)電阻Rsh和串聯(lián)電阻Rs的近似解法由太陽電池測試原理----模擬電路圖(等效電路圖)可知當(dāng)流入負(fù)載為RL時(shí)的電流為I,負(fù)載端壓為U時(shí):太陽電池測試原理----參數(shù)的測量及計(jì)算對(duì)于硅太陽電池,滿足：

根據(jù)(2-19)很容易得到在U→0時(shí)(2-17)可以寫為:表明在U→0時(shí),曲線具有較好的線性關(guān)系對(duì)(2-20)求微分,可以得到,即所以,測量出在U→0附近的I-V曲線的斜率,就可以得到Rsh的值了.太陽電池測試原理----參數(shù)的測量及計(jì)算

串聯(lián)電阻的解法同并聯(lián)電阻類似,考慮U→UOC考的情況下,(2-17)的漸進(jìn)為：

化簡可得

對(duì)(2-20)求微分,可以得到即

所以,測量出在U→UOC附近的I-V曲線的斜率,就可以得到Rs的值了.

太陽電池測試原理----參數(shù)的測量及計(jì)算

5,Rs的數(shù)值解法

上面的算法因?yàn)檫B續(xù)使用了兩次近似,計(jì)算結(jié)果會(huì)有較大的誤差,為了獲得更精確的結(jié)果可以采用數(shù)值解法.

考慮到太陽電池的雙指數(shù)模型,負(fù)載電流為:

6,太陽電池η的計(jì)算

在太陽電池受到光照時(shí),輸出電功率和入射光功率之比就稱為太陽電池的效率.其中,At為太陽電池總面積(包括柵線圖形面積).考慮到柵線并不產(chǎn)生光電,所以可以把At換成有效面積Aa(也稱為活性面積),即扣除了o柵線圖形面積后的面積.同時(shí)計(jì)算得到的轉(zhuǎn)換效率要高一些.為單位面積的入射光功率.實(shí)際測量時(shí),取標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng):AM1.5條件,即25oC下,=100mW/cm2.太陽電池測試原理----參數(shù)的測量及計(jì)算0IUISCUOCRS=0ΩSRS=50mΩSRS=200mΩS不同串連電阻得出的I-V測試結(jié)果：當(dāng)RS增大時(shí),UOC基本不變,ISC明顯下降,FF明顯下降IRS太陽電池測試原理----參數(shù)的測量及計(jì)算ISCUOCI0URsh=0.2ΩRsh=2ΩRshverylargeU/Rsh不同并聯(lián)電阻得出的I-V測試結(jié)果：當(dāng)Rsh增大時(shí),ISC基本不變,UOC明顯下降,FF明顯上升.進(jìn)制英文全稱縮寫中文名稱數(shù)值exaE10