晶硅太陽電池效率提升方向與影響各電性能參數(shù)的因素

.專業(yè)整理.提高絲網(wǎng)印刷太陽電池效率的路徑RoadmaptoEnhancetheEfficiencyofaScreenPrintedSolarCell生產(chǎn)程序概況如下:1．初始表面處理與絨面成型 (Etching， Cleaning and TexturingSurfaces)↓2．磷擴散制p/n結(jié)與參數(shù)測試(PhosphorusDiffusionandTest)↓3． 等離子周邊刻蝕與表面腐蝕清洗(Plasma Etching and PSGChemicalEtching).學習幫手..專業(yè)整理.↓4． 減反射膜淀積 ，鈍化與正面電場 (Si3N4Anti-reflection -ARCoating)↓5．絲網(wǎng)印刷電極和燒結(jié)背場 （ScreenPrinting,SinteringandBackSurfaceField）↓6．電池性能測試和分類(MeasurementandSorting)從1970年代至2003年左右，規(guī)?；a(chǎn)太陽能電池的效率最高 14％。低成本、高效率， 相互聯(lián)系，高效率是關(guān)鍵 ，現(xiàn)在生產(chǎn)18％。光－電能量轉(zhuǎn)換效率η為：PImpVmpIscVocFFmaxPinPinPin.學習幫手..專業(yè)整理.在太陽能電池I-V 特性曲線上作出 Rs和Rsh ( V/ I=Rs， V/ I=Rsh）的圖示。作出最大功率點 Pm及表示FF的方框圖，寫出用I,V表示FF和Pm的公式。IRsh= V/ IIscImV

IPm IRs= V/ IVVm Voc

VFFImVm；Pm=ImVm=IscVocFFIscVoc圖p-n結(jié)的品質(zhì)與FF、Rs和Rsh的關(guān)系.學習幫手..專業(yè)整理.1．與能量轉(zhuǎn)換效率η相關(guān)的參數(shù)(TheComponentsofEfficiency )（1）開路電壓Voc(OpencircuitvoltageV oc)VocnkTln(IL1)qIo式中,Io是無光照時電池的反向飽和電流;q是電子電荷;k是玻爾茲曼常數(shù);T是絕對溫度;n是二極管理想因子.（2）短路電流密度Jsc(ShortcircuitcurrentdensityJ sc)短路電流 Isc：理想狀態(tài)下，應(yīng)等于光生電流 IL，即Isc＝IL。(shortcircuitcurrent,I sc,whichideallyisequaltothelightgeneratedcurrentI L)3）填充因子FF(FillfactorFF)填充因子FF：FFVmpImp。VocIsc實際上是在有光照的 I－V曲線內(nèi)最大矩形面積的測量。(FillfactordefinedasthemeasureofsquarenessoftheilluminatedI-VcurveorFFVmpImp)VocIsc.學習幫手..專業(yè)整理.PImpVmpIVocFF結(jié)果，能量轉(zhuǎn)換效率maxsc。PinPinPin(TheenergyconversionefficiencyEff.PImpVmpIscVocFFmax)PinPinPin2．有那些參數(shù)影響開路電壓 Voc的呢？(WhatparametersaffectVoc)材料－光伏有源 材料：電阻率ρ，少子壽命 τ，其它雜質(zhì)等(Material－activematerial, ρτ?)。表面發(fā)射極摻雜層(Emitter)；背面電場（BSF）(Backsurfacefield)；漏電流－反向飽和電流 Io (Leakage currents –reversesaturationcurrent )；理想因子 n(Idealityfactorn )；并聯(lián)電阻 Rsh(Shuntresistance)；鈍化技術(shù)－電池材料的表面和內(nèi)部的鈍化 (Passivation–surfaceandinner)。3．有那些參數(shù)影響短路電流 Isc的呢？(What parameters affecttheshortcircuitcurrents)絨面結(jié)構(gòu)(SurfaceTexture );正面減反射膜(ARcoating)；.學習幫手..專業(yè)整理.表面發(fā)射極摻雜層－高或低的磷濃度(Emitter –high orlowsurfacephosphorusconcentration)；減少遮光損失(Reduceshadingloss)；串連電阻Rs(Seriesresistance);背面反射(Backsurfacereflectance)；鈍化技術(shù)－電池材料的表面和內(nèi)部的鈍化(Passivation–surfaceandinner)。4．有那些參數(shù)影響填充因子 FF的呢？(What parameters affecttheFF)表面發(fā)射極摻雜層－高或低的磷濃度(Emitter –high orlowsurfacephosphorusconcentration )；去除周邊 pn 結(jié)和去磷硅玻璃(Remove edge junction andphosphorussiliconglass )；串連電阻 Rs(電極接觸、金屬指條寬度和縱橫比大小 )(Seriesresistance(contact,fingeretc) );正面減反射膜(ARcoating)；金屬電極接觸的燒結(jié)(Firing)；并聯(lián)電阻 Rsh(Shuntresistance )。5．有那些參數(shù)影響填充因子 FF的呢？(What parameters affect.學習幫手..專業(yè)整理.theFF)等效電路(EquivalentCircuit)（在光照下的太陽電池）(IlluminatedSolarCell)電池結(jié)構(gòu)（損失的成分）CellStructure(LossComponents)BusbarGridlineContactn+-Si SheetBulkShunting/LeakageContact

p-SibackcontactJJLJ01expqVJRs1J02expqVJRs1VJRs.n1kTn2kTRsh6．為了提高絲網(wǎng)印刷（SP）填充因子FF，必須解決下列問題：(To improve SP fill factors, the following must bedetermined):（1）金屬電極接觸的燒結(jié)對總串連電阻 Rs（特別是對rc）的影響；.學習幫手..專業(yè)整理.(effectofcontactfiringontheoverall Rseries(especiallyonrc))2）金屬電極接觸的燒結(jié)對pn結(jié)質(zhì)量（并聯(lián)電阻Rsh和J02）的影響；(impactofcontactfiringonjunctionquality( RshuntandJo2))WhatparametersaffecttheFFCellStructure (Loss Components)EquivalentCircuitBusbar(IlluminatedSolarCell)RseriesJGridlineVContactJsc+-Si-SinSheetpShunting/BulktactJo1Jo2RshuntnLeakageContactckcbaJJLqVqVJRs1qVqVJRsVJRVJRs.JRJRJJLJexps1JJexps11s.J01exp02expRRshnkTn1kTnkTn2kT12shToimproveSPfillfactors,thefollowingmustbedetermined:effectofcontactfiringontheoverallRseries(especiallyonrc)impactofcontactfiringonjunctionquality(RshuntandJo2)*減少遮光損失，提升了短路電流 Jsc，從而提高了能量轉(zhuǎn)換效率 η*Reduceshadingloss,improveJscandincreaseηFinalfingerShadingJscEfficiencyEfficiencywidth遮光所占的面短路電流Jsc能量轉(zhuǎn)換效率SolarfunStd最后的金屬指條寬積(mA/cm2)η能量轉(zhuǎn)換效率η.學習幫手..專業(yè)整理.度(%)(%)（林洋的標準）(μm)(%)1506.334.416.717.31205.034.816.917.51004.235.317.217.8附錄1：太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率 η太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率 η,是最大輸出電功率與相應(yīng)的輸入光功率之比 ,公式表示為:PImpVmpIscVocFFmaxPinPinPin式中Pin是太陽電池整個面積的總輸入光功率 .對于陸地上的應(yīng)用,標準測試條件是:一個太陽,AM1.5G,1000W/m 2(或100mW/cm2),25oC.因此,太陽電池的三個參數(shù) Voc,Isc和FF就能確定太陽電池的效率 .為了獲得高的效率,這三個參數(shù)應(yīng)該盡可能高 .為了獲得高的開路電壓Voc,電池必須有低的正向暗電流Io,高的并聯(lián)電阻Rsh..學習幫手..專業(yè)整理.為了獲得高的光電流(短路電流Isc),電池材料和結(jié)構(gòu)應(yīng)該在紫光,可見光和近紅外光譜范圍有高的,寬的和平坦的光譜響應(yīng),內(nèi)量子效率接近于1.為了獲得高的填充因子FF,電池必須有低的正向暗電流Io,理想因子”n”接近于1,串聯(lián)電阻必須低(<1),并聯(lián)電阻Rsh必須大(>1022·cm).附錄2：太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率 與有源材料的帶隙寬度 Eg和反向飽和電流Io的直接關(guān)系有電流I通過外電路負載并跨過負載的電壓為 V時,光電流IL和Isc=IL,那么,qV qVI IL Io(enkT 1) Isc I0(enkT 1)這時,電池的功率輸出P為:qVP IV [Isc Io(enkT 1)]V式中,Io是無光照時電池的反向飽和電流 ;q是電子電荷;k是玻爾茲曼常數(shù);T是絕對溫度;n是二極管理想因子.令dP=0,即太陽電池最大的功率輸出Pmax為:dVqVmpIsc(1qVmp)enkT1nkTIo式中,Vmp是相應(yīng)于最大功率輸出點的電壓.由這個方程可以得到Isc,并代入前面一式,相應(yīng)于最大功率輸出點的電流Imp可得到為:qVmpqVmpImpnkTIoenkT.學習幫手..專業(yè)整理.qVmp式中,enkT 可以從前面一式得到 ,代入再上一式,再從上面的效率公式 ,則:qVmp2Io(1Isc)nkTqVmpIo)Pin(1nkT而Io與材料帶隙Eg相關(guān),由經(jīng)驗公式給出:EgIo CenkT式中,Cis是個常數(shù).把它代入上面公式,可以看出效率,直接與反向飽和電流Io相關(guān),也就是直接與材料帶隙 Eg相關(guān).我們可以得出下面幾點結(jié)論 :(i)材料帶隙Eg越寬,吸收的光子數(shù)越少,導致電池的光電流 IL越低,短路電流Isc越低,則效率 越低;但是,帶隙Eg越寬,導致電池的反向飽和電流 Io越小,因而開路電壓Voc越大,則效率 越高;材料帶隙Eg越窄,電池的反向飽和電流Io越大,因而開路電壓Voc越小,則效率越低;吸收了高能光子激發(fā)電子-空穴對后,能量的一部份轉(zhuǎn)化為晶格振動的熱能,浪費了光的能量;但是,材料帶隙Eg越窄,可被吸收的光子數(shù)越多,因而光電流IL越大,短路電流 Isc越大,則效率 越高;(iii)最高的效率是處在材料帶隙 Eg 1.4eV.能量轉(zhuǎn)換效率 與材料帶隙Eg的關(guān)系已經(jīng)有圖像曲線表證..學習幫手..專業(yè)整理.附錄3：太陽能電池的反向飽和電流 Io可表示為：IoA(qDeni2*FqDhni2*F)LeNApLhNDn式中，A為太陽能電池的橫斷面積 ；在括號內(nèi)，第一項是對p形材料的，第二項是對 n形材料的；q是電子電荷量，ni是本征濃度，在任何確定的半導體材料，平衡態(tài)下ni2=np，n是負電荷載流子濃度，p是正電荷載流子濃度；在p形材料中，pNA和nni2NA?p,式中NA是受主雜質(zhì)濃度；而在n形材料中，nND和pni2ND?n,式中ND是施主雜質(zhì)濃度；離化了的受主NA帶有凈負電荷，NANA，和離化了的施主ND帶有凈正電荷，ND ND. Fp是p形材料一邊的背面復合因子和 Fn是n形材料一邊的正面復合因子 。從這個公式可知，要降低太陽能電池的飽和電流 Io(也就是提高開路電壓Voc),就需要提高摻雜的雜質(zhì)濃度 NA和ND。但這樣做也有反作用，雜質(zhì)濃度不能太高。當摻雜的雜質(zhì)濃度NA和ND增加時，少數(shù)載流子壽命τ，少數(shù)載流子擴散長度L和載流子遷移率μ都會減少。高摻雜的雜質(zhì)濃度NA和ND趨于降低飽和電流Io而提高開路電壓Voc。硅片越薄，越會降低體內(nèi)復合，降低飽和電流Io提高Voc。但是光吸收減少了，導致短路電流下降了，這就需要引進光陷技術(shù)來補償 。.學習幫手..專業(yè)整理.附錄4：影響電池性能Voc，Isc，F(xiàn)F的因素:Voc:硅(Si)基片性質(zhì)(晶向,p型/n型,電阻率,少子壽命等),p/n結(jié)摻雜濃度,電池結(jié)構(gòu)形式,并聯(lián)電阻等;Isc:硅基片性質(zhì)(少子壽命等),表面反射,光陷作用,硅片對光不全吸收,p/n 結(jié)對載流子不全收集和收集面積等 ;硅(Si)基片性質(zhì)(電阻率,少子壽命等),電池結(jié)構(gòu),電極接觸,串聯(lián)電阻，并聯(lián)電阻等.目的: 提高Voc,Isc,和FF,要有高效率，同時也要降低成本(采用便宜的材料與工藝方法).措施: 襯底材料質(zhì)量，絨面,前場,淺結(jié),細密柵和高縱橫比 ,減反射膜,前面鈍化,背場,背面鈍化,體內(nèi)吸雜,絲網(wǎng)印刷電極.(n型硅Si襯底片)等制作高效廉價的太陽能電池 .（較高熔點的銀漿可得較高的縱橫比）。絲網(wǎng)印刷電極太陽能電池與實驗室高效率太陽能電池相比 ，高效電池有高的縱橫尺寸比(電極的高/寬),細的電極線寬,高電導率,與底下Si的接觸電阻小.通常印刷20m高,燒結(jié)后只有10m高,對于150m條寬,電極條的高/寬比只有0.06,很低,很差;(p54我可以做到 9m/20 m＝0.45,是.學習幫手..專業(yè)整理.0.06的7.5倍).電極條寬150m間距3mm遮光10－12％,而高效電池只有遮光3％.附錄5：太陽能電池的理想因子 n：實際狀態(tài)下的太陽能電池（二極管）理想因子n：二極管理想因子 n是一個處于1至2之間的數(shù)值。n是衡量pn結(jié)好壞的最重要標志，它由半導體材料和制造技術(shù)決定 。（1）理想情況下，如果p區(qū)和n區(qū)的擴散電流起支配作用 ，那么，理想因子n=1；（2）非理想情況下，pn結(jié)空間電荷耗盡區(qū)的復合電流起支配作用 ，那么，因子n=2。對于太陽能電池，i）輻射復合限制條件下，理想因子n≡1，與電流的低注入或高注入無關(guān)；ii）俄歇復合限制條件下，低電流注入時理想因子n=1；高電流注入時n由小于1（<1）減少至2/3；iii）材料內(nèi)部缺陷復合限制條件下，低電流注入時理想因子n=1；高電流注入時n由大于1（>1）增加至2；總之，理想因子n隨著電流的減少而增加。.學習幫手..專業(yè)整理.第十一節(jié) 進一步提高效率的思路在光伏企業(yè)中，流傳著這樣一種說法 ：硅晶片太陽能電池的制造每提高一個百分點（1%）的效率，就等于節(jié)省了10%的成本。雖然數(shù)據(jù)未必很準確，但宏觀原理是毫無疑問的。 進一步提高效率的要點企業(yè)要想進一步提高太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率 ，必須考慮：1．理論上的可能性光伏有源材料的選取，電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計，工藝路線的現(xiàn)實性等等。2．可得到的光伏有源材料的質(zhì)量例如：目前由于硅（Si）片材料的緊缺，質(zhì)量不合格的硅（Si）片也充當好硅（Si）片，造成技術(shù)上很大的混亂 ，電池性能不好找不出正確的原因。3．技術(shù)管理層和技術(shù)人員及技術(shù)工人的水平.學習幫手..專業(yè)整理.4．加工設(shè)備、加工環(huán)境、管理水平等等。 進一步提高效率的措施1．Si晶片太陽能電池，要提高效率η↑，同時減少每瓦產(chǎn)電的晶片重量的消耗Wg/Wp↓，增大每片的產(chǎn)能 S/片↑。2006年2007年Wg↓/Wp10g/Wp7g/WpWp↑/片>3.5W/片，多晶>4.0W/片，多晶國際產(chǎn)能2.5GW13GW國內(nèi)產(chǎn)能0.45GW4.6GW2．Si晶片太陽能電池絨面棱型金字塔應(yīng)該小而均勻 ，大小一致。大小約1至2μ。3．PECVD平板式好或是管式好？SiNx減反射膜PECVD裝置：多晶硅片太陽能電池用管式 PECVD更好一些，因為PECVD管式更有力地把氫（H）原子打進體內(nèi)和晶內(nèi)，使H原子不容易揮發(fā)出去，起更好的鈍化作用。4．Si單晶片太陽能電池在線（In-line）或后測試分析.學習幫手..專業(yè)整理.PVGS可做出18%±3%的高效率單晶Si片太陽能電池。成品率97%。每天投產(chǎn)4萬片156×156mm。柵線（finger）絲網(wǎng)印刷條寬90μm、25—30μm高。18%高效率的電池是用平板式 PECVD制減反射薄膜的。（1）如何確定理想情況下的 FF。：Rs=0，Rsh=∞，算出Voc。（2）LBIC激光誘導電流 （短波用激光波長 633nm）；（長波用激光波長972nm）；原材料片拉單晶時存在技術(shù)問題 ，材料質(zhì)量有問題，這種測試后出現(xiàn)各種顏色圓圈；邊緣也因電池加工過程不好而出現(xiàn)不正常斑點 。3）量子效率（內(nèi)量子效率IQE）、外量子效率EQE、光反射率測定4）光譜響應(yīng)測定5）電極與Si片接觸電阻分布的均勻性測定電極AspectRatio （縱橫比）；Texture高低差。（6）鋁背場Si片留下180μm；背面鋁膜厚37μm。Si片減?。海╝）不能減得太薄，減薄了效率降低；（b）減薄后容易損傷、碎片、裂片。.學習幫手..專業(yè)整理.200μm的片子約減薄10μm最合適。（7）絨面改善后的絨面棱型金字塔小而均勻 。（8）擴散擴散爐口、中間、爐尾的分布；每個片子各個位置的分布 。9）反射率比較的研究10）光譜響應(yīng)及量子效率測量研究不但要考慮能量轉(zhuǎn)換效率 ，特別強調(diào)要有公司本身的特色 。在薄膜技術(shù)中，化合物薄膜技術(shù)將來會占有更多的市場份額 。 進一步提高絲網(wǎng)印刷太陽電池效率的路徑從1970 年代至 2003年左右，規(guī)?；a(chǎn)太陽能電池的效率最高％。低成本、高效率，相互聯(lián)系，高效率是關(guān)鍵，現(xiàn)在生產(chǎn)18％。光－電能量轉(zhuǎn)換效率η為：.學習幫手..專業(yè)整理.PImpVmpIscVocFFmaxPinPinPin在太陽能電池I-V 特性曲線上作出Rs和Rsh ( V/ I=Rs， V/ IRsh）的圖示。作出最大功率點Pm及表示FF的方框圖，寫出用I,V表示和Pm的公式。FFImVm；m=ImVm=IscVocFFIscVocP2與能量轉(zhuǎn)換效率η相關(guān)的參數(shù)：（1）開路電壓Voc.學習幫手..專業(yè)整理.VocnkTln(IL1)qIo（2）短路電流密度Jsc短路電流Isc：理想狀態(tài)下，應(yīng)等于光生電流 IL，即Isc＝IL。（3）填充因子FFVmpImpFFVocIscVmpImp填充因子FF：FF。VocIsc實際上是在有光照的I－V曲線內(nèi)最大矩形面積的測量。PImpVmpIscVocFFmaxPinPinPin2．有那些參數(shù)影響開路電壓 Voc的呢？材料－光伏有源材料：電阻率ρ，少子壽命τ，其它雜質(zhì)等。表面發(fā)射極摻雜層；背面電場（BSF）；漏電流－反向飽和電流 Io；理想因子 n；并聯(lián)電阻 Rsh；鈍化技術(shù)－電池材料的表面和內(nèi)部的鈍化 。3．有那些參數(shù)影響短路電流 Isc的呢？絨面結(jié)構(gòu)正面減反射膜；.學習幫手..專業(yè)整理.表面發(fā)射極摻雜層－高或低的磷濃度；減少遮光損失；串連電阻Rs；背面反射；鈍化技術(shù)－電池材料的表面和內(nèi)部的鈍化 。4．有那些參數(shù)影響填充因子 FF的呢？表面發(fā)射極摻雜層－高或低的磷濃度；去除周邊pn結(jié)和去磷硅玻璃；串連電阻Rs(電極接觸、金屬指條寬度和縱橫比大小 );正面減反射膜；金屬電極接觸的烘烤、燒結(jié)；并聯(lián)電阻 Rsh。5．有那些參數(shù)影響填充因子 FF的呢？等效電路（在光照下的太陽電池）電池結(jié)構(gòu)（損失的成分）.學習幫手..專業(yè)整理.BusbarGridlineContactn+-Si SheetBulkShunting/LeakageContact

p-SibackcontactJJLJ01expqVJRs1J02expqVJRs1VJRs.n1kTn2kTRsh6．為了提高絲網(wǎng)印刷（SP）填充因子FF，必須解決下列問題：1）金屬電極接觸的燒結(jié)對總串連電阻Rs（特別是對rc）的影響；2）金屬電極接觸的燒結(jié)對pn結(jié)質(zhì)量（并聯(lián)電阻Rsh和J02）的影響；.學習幫手..專業(yè)整理.Whatparameters affecttheFFEquivalent Circuit(Illuminated Solar Cell)Rseries JVJscJo1 Jo2 Rshunt

CellStructu(Lroess ComponenBusbarGridlineContactn+-Si-SiSheetptactBulkShunting/kconLeakageContactcbaJJLqVqVJRs1qVqVJRsVJRVJRs.JRJR01s102s11s.JJLJ01expn1kTn1kTJ02expRshRshn2kTn2kTToimproveSPfillfactors,thefollowingmustbedetereffectofcontactfiringonRtshereie(osevsepreaclilallyrc)onimpactofcontactfiringonjunRcsthiounntquo2ality(andJ)減少遮光損失，提升了短路電流Jsc，從而提高了能量轉(zhuǎn)換效率 η最后的金屬指條寬 遮光所占的面 短路電流Jsc 能量轉(zhuǎn)換效率 能量轉(zhuǎn)換效率 η度 積 (mA/cm2) η （林洋的標準）(μm) (%) (%) (%)150 6.3 34.4 16.7 17.3120 5.0 34.8 16.9 17.5100 4.2 35.3 17.2 17.8.學習幫手..專業(yè)整理.附錄1：太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率 η太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率 η,是最大輸出電功率與相應(yīng)的輸入光功率之比 ,公式表示為:PImpVmpIscVocFFmaxPinPinPin式中Pin是太陽電池整個面積的總輸入光功率 .對于陸地上的應(yīng)用,標準測試條件是:一個太陽,AM1.5G,1000W/m 2(或100mW/cm2),25oC.因此,太陽電池的三個參數(shù) Voc,Isc和FF就能確定太陽電池的效率 .為了獲得高的效率,這三個參數(shù)應(yīng)該盡可能高 .為了獲得高的開路電壓Voc,電池必須有低的正向暗電流Io,高的并聯(lián)電阻Rsh.為了獲得高的光電流(短路電流Isc),電池材料和結(jié)構(gòu)應(yīng)該在紫光,可見光和近紅外光譜范圍有高的,寬的和平坦的光譜響應(yīng),內(nèi)量子效率接近于1.為了獲得高的填充因子FF,電池必須有低的正向暗電流Io,理想因子”n”接近于1,串聯(lián)電阻必須低(<1),并聯(lián)電阻Rsh必須大(>1022·cm).附錄2：太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率 與有源材料的帶隙寬度 Eg和反向飽和電流Io的直接關(guān)系有電流I通過外電路負載并跨過負載的電壓為 V時,光電流IL和Isc=IL,.學習幫手..專業(yè)整理.那么,qV qVI IL Io(enkT 1) Isc I0(enkT 1)這時,電池的功率輸出P為:qVP IV [Isc Io(enkT 1)]V式中,Io是無光照時電池的反向飽和電流 ;q是電子電荷;k是玻爾茲曼常數(shù);T是絕對溫度;n是二極管理想因子.令dP=0,即太陽電池最大的功率輸出Pmax為:dVqVmpqVmpIsc)enkT(11nkTIo式中,Vmp是相應(yīng)于最大功率輸出點的電壓.由這個方程可以得到Isc,并代入前面一式,相應(yīng)于最大功率輸出點的電流Imp可得到為:qVmpqVmpnkTImpIoenkTqVmp式中,enkT可以從前面一式得到,代入再上一式,再從上面的效率公式,則:qVmp2Io(1Isc)nkTqVmpIo)Pin(1nkT而Io與材料帶隙g相關(guān),由經(jīng)驗公式給出:EEgIo CenkT式中,Cis是個常數(shù).把它代入上面公式,可以看出效率,直接與反向飽和電流Io相關(guān),也就是直接與材料帶隙 Eg相關(guān).我們可以得出下面幾點結(jié)論 :.學習幫手..專業(yè)整理.(i)材料帶隙Eg越寬,吸收的光子數(shù)越少,導致電池的光電流 IL越低,短路電流Isc越低,則效率越低;但是,帶隙Eg越寬,導致電池的反向飽和電流Io越小,因而開路電壓Voc越大,則效率越高;材料帶隙Eg越窄,電池的反向飽和電流Io越大,因而開路電壓Voc越小,則效率越低;吸收了高能光子激發(fā)電子-空穴對后,能量的一部份轉(zhuǎn)化為晶格振動的熱能,浪費了光的能量;但是,材料帶隙Eg越窄,可被吸收的光子數(shù)越多,因而光電流IL越大,短路電流Isc越大,則效率越高;(iii)最高的效率是處在材料帶隙 Eg 1.4eV.能量轉(zhuǎn)換效率 與材料帶隙Eg的關(guān)系已經(jīng)有圖像曲線表證 .附錄3：太陽能電池的反向飽和電流 Io可表示為：IoA(qDeni2*FqDhni2*F)LeNApLhNDn式中，A為太陽能電池的橫斷面積 ；在括號內(nèi)，第一項是對p形材料的，第二項是對 n形材料的；q是電子電荷量，ni是本征濃度，在任何確定的半導體材料，平衡態(tài)下n2i=np，n是負電荷載流子濃度，p是正電荷載流子濃度；在p形材料中，p NA和n n2iNA?p, 式中NA是受.學習幫手..專業(yè)整理.主雜質(zhì)濃度；而在n形材料中，n ND和p n2iND?n, 式中ND是施主雜質(zhì)濃度；離化了的受主NA帶有凈負電荷，NA NA，和離化了的施主ND帶有凈正電荷，ND