不同硅片电阻率对太阳能电池电性能影响研究

不同硅片电阻率对太阳能电池电性能影响研究

发表时间：2018-08-13T17:13:56.983Z 来源：《电力设备》2018年第12期作者：张强李跃恒高艳飞杨爱静

[导读] 摘要：本文研究了不同硅片电阻率硅片在制造过程中的少子寿命、扩散方阻和制成电池片后的电性能情况。

（国家电投集团西安太阳能电力有限公司陕西西安 710199）

摘要：本文研究了不同硅片电阻率硅片在制造过程中的少子寿命、扩散方阻和制成电池片后的电性能情况。电阻率越高，扩散后方阻较高，钝化后硅片的少子寿命越高，转换效率越高。

关键词：电阻率转换效率

Abstract：in this paper，the life of the spoons，the diffusion resistance and the electrical properties of the silicon wafers in the manufacturing process are studied. The higher the resistivity is，the higher the resistance of the diffusion is，and the higher the life of the silicon wafers after passivation is，the higher the conversion efficiency.

Key words：resistivity conversion efficiency.

0引言

目前，在国际环境和能源问题日趋严重的大背景下，新型无污染的新能源得到的快速的发展，而太阳能电池能够将太阳能直接转化成电能得到了大力的发展，到目前为止，晶体硅太阳能电池仍占据着整个太阳能电池的主要市场[1-3]。然而到目前为止使用太阳能电池的成本依然较高，虽然成本每年都在降低。降低太阳能电池发电的生产成本和提高其转换效率一直是研究的热点。

研究表明了扩散方阻对电池最终的转换效率有重要的影响，这些结果对生产中扩散工艺都具有重要的指导意义。然而，上述的研究，都是通过改变扩散的时间或者源流量的大小来改变扩散后方阻的大小。到目前为止，对不同电阻率硅片扩散后方阻的研究还比较少。本文主要通过研究不同硅片的电阻率对电池片电性能的影响。

本文选取了不同电阻率的掺硼硅片，制成PERC电池，针对其电性能对其进行了研究，并最终找到了适合PERC电池的掺硼硅片的电阻率范围。

1.实验

实验中选取使用的P型掺硼硅片尺寸为156.75*156.75mm，面积为244.32cm2，厚度为180um。

1.1.1实验方案

在PERC电池生产线进行实验，电阻率为1～3Ω.cm，实验分1～4组，选用电阻率是1～1.5Ω.cm，1.5～2Ω.cm，2～2.5Ω.cm，2.5～

3Ω.cm.

所有的实验均在PERC产线进行，主要工艺步骤如下：

去损伤层、制绒：制绒金字塔大小在1.0～2.0um；

POCL3扩散：高温扩散形成n＋发射极，方块电阻控制在90～100Ω/匚；

洗磷刻蚀（去PSG）

硅片背面沉积AL2O3/SINX钝化膜

硅片正面沉积SINX腱反射膜

硅片背面激光开槽

印刷电极和高温烧结

测试分选

实验中采用SEMLIBRWT-1000测试硅片钝化后少子寿命，选用BERGER在线I-V测试系统，在25℃，AM1.5，1个标准太阳的条件下测试太阳能电池的电性能参数。

1.1.2实验内容

不同电阻率硅片的过程控制

不同电阻率硅片的电性能参数

随着电阻率的增大，效率呈上升趋势。电阻率2.5-3转化效率、开压、填充高于其他电阻率段的电池片，电流略低。

太阳能EL检测仪是如何实现电池片缺陷检测的

太阳能EL检测仪是如何实现电池片缺陷检测的？ EL检测仪，又称场致发光测试，是跟据硅材料的电致发光原理对组件进行缺陷检测及生产工艺监控的专用测试设备。利用红外测试方式对电池片组件进行测试，达到EL成像模式，从而可以查看是否有电池片组件内部有电池片破裂、隐裂、黑心片、烧结断栅严重、虚焊、脱焊等情况再进入下道工序，因为通电发的光与PN结中离子浓度有很大的关系，也因此可以根据EL的电脑反映出来的图像来判断硅片内部的是否异常。从而保证太阳能电池组件的质量。 然而硅片是太阳能电池片的载体，硅片质量的好坏直接决定了太阳能电池片转换效率的高低以及电池组件发电效率。太阳能电池片的是否有缺陷需要通过EL缺陷检测仪来判断，这样一道检测和分选的工序可以大大减少市面上不良太阳能电池片的流通和销售，从而较小层面的降低组件功率受损。因此对太阳能电池硅片质量检测在生产和实验中显得尤为重要。 我们日常所能用得到的太阳能电池硅片有单晶硅片和多晶硅片，硅片在生产过程中由于制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同或多或少地存在一些缺陷。多晶硅片常见的缺陷有边缘不纯、位错缺陷，单晶硅片常见的缺陷有漩涡缺陷。硅片缺陷的存在会极大地降低电池片的发电效率，减少电池组件的使用寿命，甚至影响光伏发电系统的稳定性。为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，从而生产出质量合格的电池组件。 日常实验和应用中，我们较常用的电池硅片缺陷检测就是采用EL缺陷检测仪。EL缺陷检测仪通过1-1.5倍Isc的电流后硅片会发出1000-1100nm的红外光对太阳能电池硅片进行缺陷检测，那么太阳能电池硅片会有哪几种缺陷情况存在呢？跟着小编一起往下看： 缺陷种类一：黑心片 通过EL照片反映出的黑心片主要形成原因是该区域没有1150红外光发出，故导致红外相片中反映出黑心片的效果图。这种黑心片的形成是由于其中心部位的电阻率偏高。和它硅衬底少数载流子浓度有关。 缺陷种类二：黑团片 在生产过程中，由于硅片厂家一再在强调缩短晶体定向凝固时间，熔体潜热释放与热场温度梯度失配，晶体生长速率加快，过大的热应力导致硅片内部位错缺陷。 缺陷种类三：短路黑片（非短路黑片） 组件单串焊接过程中造成的短路；组件层压前，混入了低效电池片造成的后果形成的短路黑片；而边缘发亮的黑片我们称之为非短路黑片，它主要是由于硅片使用上错用N型片，造成PN结反，短路的电池片不能对外提供功率，输出功率和IV测试曲线也随之降低。造成整个组件功率和填充因子受影响。 缺陷种类四：断栅片

薄膜太阳能电池的优缺点

薄膜型太阳能电池的优缺点 3.4 薄膜型太阳能电池 薄膜型太阳能电池由于使用材料较少，就每一模块的成本而言比起堆积型太阳能电池有着明显的减少，制造程序上所需的能量也较堆积型太阳能电池来的小，它同时也拥有整合型式的连接模块，如此一来便可省下了独立模块所需在固定和内部连接的成本。未来薄膜型太阳能电池将可能会取代现今一般常用硅太阳能电池，而成为市场主流。 非晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池的最主要差异是材料的不同，单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池的材料都疏，而非晶硅太阳能电池的材料则是SiH4，因为材料的不同而使非晶硅太阳能电池的构造与晶硅太阳能电池稍有不同。 SiH4 最大的优点为吸光效果及光导效果都很好，但其电气特性类似绝缘体，与硅的半导体特性相差甚远，因此最初认为SiH4 是不适合的材料。但在1970年代科学家克服了这个问题，不久后美国的RCA制造出第一个非晶硅太阳能电池。虽然SiH4 吸光效果及光导效果都很好，但由于其结晶构造比多晶硅太阳能电池差，所以悬浮键的问题比多晶硅太阳能电池还严重，自由电子与电洞复合的速率非常快；此外SiH4 的结晶构造不规则会阻碍电子与电洞的移动使得扩散范围变短。基于以上两个因素，因此当光照射在SiH4上产生电子电洞对后，必须尽快将电子与电洞分离，才能有效产生光电效应。所以非晶硅太阳能电池大多做得很薄，以减少自由电子与电洞复合。由于SiH4的吸光效果很好，虽然非晶硅太阳能电池做得很薄，仍然可以吸收大部分的光。 非晶硅薄膜型太阳能电池的结构不同于一般硅太阳能电池，如图9 所示，其主要可分为三层，上层为非常薄（约为0.008微米）且具有高掺杂浓度的P＋；中间一层则是较厚（0.5～1 微米）的纯质层（Intrinsic layer），但纯质层一般而言通常都不会是完全的纯质（Intrinsic），而是掺杂浓度较低的n 型材料；最下面一层则是较薄（0.02 微米）的n。而这种p+-i-n的结构较传统p-n结构有较大的电场，使得纯质层中生成电子电洞对后能迅速被电场分离。而在P＋上一层薄的氧化物膜为透明导电膜（Transparent Conducting Oxide :TCO），它可防止太阳光反射，以有效吸收太阳光，通常是使用二氧化硅（SnO2）。非晶硅太阳能电池最大的优点为成本低，而缺点则是效率低及光电转换效率随使用时间衰退的问题。因此非晶硅太阳能电池在小电力市场上被广泛使用，但在发电市场上则较不具竞争力。 图9 非晶硅薄膜型太阳能电池的结构图

硅光电池伏安特性

实验 项目： 硅光电池伏安特性（综合设计 2-1） 实验 目的： 了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。 实验 仪器： DH-CGOP 型光敏传感器实验仪（包括灯泡盒，硅光电池 PHC，直流恒压源 DH-VC3，九孔板实验箱，电阻箱，导线） 实验 原理： 硅光电池的工作原理 光电转换器件主要是利用物质的光电效应，即当物质在一定频率的照射下，释放出光电子的现象。当光照射金属、 金属氧化物或半导体材料的表面时，会被这些材料内的电子所吸收，如果光子的能量足够大，吸收光子后的电子可 挣脱原子的束缚而溢出材料表面，这种电子称为光电子，这种现象称为光电子发射，又称为外光电效应。有些物质 受到光照射时，其内部原子释放电子，但电子仍留在物体内部，使物体的导电性增强，这种现象称为内光电效应。 光电二极管是典型的光电效应探测器，具有量子噪声低、响应快、使用方便等优点，广泛用于激光探测器。外加反 偏电压与结内电场方向一致，当 PN 结及其附近被光照射时，就会产生载流子（即电子-空穴对）。结区内的电子-空 穴对在势垒区电场的作用下，电子被拉向 N 区，空穴被拉向 P 区而形成光电流。同时势垒区一侧一个扩展长度内的 光生载流子先向势垒区扩散，然后在势垒区电场的作用下也参与导电。当入射光强度变化时，光生载流子的浓度及 通过外回路的光电流也随之发生相应的变化。这种变化在入射光强度很大的动态范围内仍能保持线性关系。 硅光电池是一个大面积的光电二极管，它被设计用于把入射到它表面的光能转化为电能，因此，可用作光电探测器 和光电池，被广泛用于太空和野外便携式仪器等的能源。 光电池的基本结构如图 1 所示，当半导体 PN 结处于零偏或负偏时，在它们的结合面耗尽区存在一内电场。
图 1 光 电池结 构示意 图
图1
光电池结构示意图

太阳能电池硅片缺陷检测

硅片缺陷自动检测仪 中科院上海光机所研制成功“硅片缺陷自动检测仪”样机（图1），灵敏度优于180纳米（图2），检测速度30片/小时（8英寸硅片），拥有6项专利（3项发明），具有自主知识产权。该类型设备市场非常大，目前我国完全依赖进口，单台价格达千万元人民币以上。该样机研制成功，对于改变我国IC专用检测设备长期依赖进口局面、研制和开发国产化设备取得重要进展。该技术还可用于检测卫星用太阳能电池帆板碎片(图3)以及光学元件表面疵病。 An Automated Wafer Defects Detection System An automated wafer defects detection system has been developed in Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, CAS. The photograph of this detector is shown in figure 1. The apparatus can detect defects of size of 180nm on wafer surface, with velocity of 30 pieces per hour for 8 inch wafer. The oscilloscope signal is shown in figure 2. This type of detecting apparatus will have large demand in China in future. It entirely depends on importing now and its unit price outvalues ten millions yuan. Therefore, the successful development of this detecting apparatus (having 6 Chinese patents) is very important to change the situation of depending on importing and manufacture home-made products. This detecting technology can also be used to detect flaws on surfaces of solar cell array and large-caliber optical elements. The oscilloscope signal of detecting solar cell array is shown in figure 3.

红外热像仪检测太阳能电池综合缺陷

红外热像仪检测太阳能电池综合缺陷 仪器设备：NEC H2640 一、背景应用 石油、天然气、煤炭等矿产资源随着社会经济的发展变得越来越稀缺。与此同时产生的 粉尘、CO2、SO2 对环境、大气造成严重的破坏。因而寻找新的洁净能源改善现有能源架构就非常重要和紧迫了。 图1 调查研究表明，地球上每年蕴含的太阳能、地热能、风能、潮汐能、水能分别如下图所示。人类都已经开始开发应用。 图2 从蕴能的角度看，太阳能无异是最丰富，最易开发利用的资源。太阳能热水器已经广泛 的应用到地球回归线以内的广大地区，而太阳能发电也正蓬勃的发展起来，有利于解决地球能源不足和温室效应的问题。但是太阳能发电也存在转换效率低，生产成本高，生产工艺复杂等诸多因素困扰。今天我们就是要针对太阳能电池片和组件综合缺陷检测给出红外检测方案。 二、太阳能电池系统生产及检测 太阳能电池生产过程如下图所示，在组装环节，我们使用电池片PV Cell 焊接、层压成 为组件Modules。

图3 在出厂前需要进行电池组件缺陷进行测试，现在主要使用的方法有1、电池板电性能测 试；2、EL 隐裂可视化检测；3、层压后红外检测。我们主要介绍红外检测电池板综合缺陷。当太阳能电池板通反向电流时，电池板会发热，电池板缺陷部分阻抗比较大，所以发热量也大，我们就是通过红外热像仪观察电池板的热区和冷区来。通常情况下正常区域面积较大，过热区域是太阳能电池板的缺陷所在，过冷区域是太阳能电池板的短路区域。因而过热和过冷都是有问题的。 三、案例应用 下面以太阳能电池组件综合缺陷红外热成像检测为例进行说明，检测在暗房内进行，以避免太阳光的干扰。首先选择有电性能缺陷的单片电池片做实验，单片电池片表面为硅材料，没有层压玻璃薄膜。使用恒流电流源对电池片接通反向1A 电流，电池片逐渐升温，其中缺陷部位升温较快，当电池片的整体温度达到40℃时，缺陷部位的温度已经达到60℃左右。如图4 所示，电池片右上方区域存在过热区域。 图4 在对几组电池片完成实验后我们将恒流电流源反向接通到太阳能电池组件上，电流大小 9A。从红外热像仪观察，组件升温缓慢，但是仍然出现了热区和冷区，出现缺陷的位置与客户划定的缺陷区域吻合。下图5 是组件的检测。电池组件存在过热和过冷区域，该电池存在缺陷并有部分短路。

太阳能电池基本特性测定实验

太阳能电池基本特性测定实验 太阳能是一种新能源，对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。目前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。利用太阳能发电目前有两种方法，一是利用热能产生蒸气驱动发电机发电，二是太阳能电池。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。 为此，我们尝试在普通物理实验中开设了太阳能电池的特性研究实验，介绍太阳能电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的普通物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值，能激发学生的学习兴趣。 【实验目的】 1. 无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线 2. 有光照时，测量电池在不同负载电阻下，I 对U 变化关系，画出U I -曲线图；并测量太阳能电池的短路电流SC I 、开路电压OC U 、最大输出功率max P 及填充因子FF 3. 测量太阳能电池的短路电流SC I 与相对光强0J J 的关系，求出它们的近似函数关系。 【实验仪器】 光具座、滑块、白炽灯、太阳能电池、光功率计、遮光罩、电压表、电流表、电阻箱 【实验原理】 太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子的能量转化为电能。在没有光照时, 可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压U 与通过的电流I 的关系为 ? ?? ? ??-=10nKT qU e I I (1) 其中0I 是二极管的反向饱和电流,n 是理想二极管参数,理论值为1。K 是玻尔兹曼常量,q 为电子的电荷量,T 为热力学温度。（可令nKT q =β ） 由半导体理论知,二极管主要是由如图所示的能隙为V C E E -的半导体所构成。C E 为半导体导电带，V E 为半导体价电带。 当入射光子能量大于能隙时，光子被半导体所吸收，并产生电子-空穴对。 电子-空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一现象称为光伏效应。

(工艺技术)太阳能电池与硅片划片切割工艺的研究

太阳能电池与硅片划片切割工艺的研究 一半导体其主要特性 导电能力介于导体和绝缘体之间的物体，则叫做半导体，如锗、硅、砷化镓、硫化镉等，其电阻率为10-５～107Ω·m 半导体性能上具有如下两个显著的特点。 (1)电阻率的变化受杂质含量的影响极大，例如，纯硅中磷杂质的浓度在1026～1019m-3范围内变化时，它的电阻率就会从10-5Ω·m变到104Ω·m；室温下在纯硅中掺人百万分之一的硼，硅的电阻率就会从2.14X103Ω·m减小到0.004Ω·m左右。如果所含杂质的类型不同，导电类型也不同。 (2)电阻率受光和热等外界条件的影响很大，温度升高或光照时，均可使半导体材料的电阻率迅速下降。例如，锗的温度从200℃升高到300℃，其电阻率降低一半左右。一些特殊的半导体，在电场和磁场的作用下，其电阻率也会发生变化。 半导体材料的种类很多，按其化学成分，可分为元素半导体和化合物半导体；按其是否含有杂质，可分为本征半导体和杂质半导体。杂质半导体按其导电类形，又分为n型半导体和p型半导体。 二、半导体硅的晶体结构 自然界物质存在的形态有气态物质、液态物质和固态物质。固态物质可根据它们的质点(原子、离子和分子)排列规则的不同，分为晶体和非晶体两大类。具有确定的熔点的固态物质称为晶体，如硅、砷化镓、冰及一般金属等；没有确定的熔点、加热时在某一温度范围内就逐渐软化的固态物质称为非晶体，如玻璃、松香等。 所有晶体都是由原子、分子、离子或这些粒子集团在空间按一定规则排列而成的。这种对称的、有规则的排列，叫晶体的点阵或晶体格子，简称为晶格。最小的晶格，称为晶胞。晶胞的各向长度，称为品格常数。将晶格周期地重复排列起来，就构成为整个晶体。晶体又分为单晶体和多晶体。整块材料从头到尾都按同一规则作周期性排列的晶体，称为单晶体。整个晶体由多个同样成分、同样晶体结构的小晶体(即晶粒)组成的晶体，称为多晶体。在多晶体中，每个小晶体中的原子排列顺序的位向是不同的。非晶体没有上述特征，组成它们的质点的排列是无规则的，而是“短程有序、长程无序’’的排列. 三、太阳能电池工作原理与特性 太阳能电池的分类和结构，太阳能电池的工作原理和特性。 (一)、太阳能电池的分类 太阳能电池多为半导体材料制造，发展至今，已经种类繁多，形式各样。 可用各种方法对太阳能电池进行分类，如按照结构的不同分类，按照材料的不同分类，按照用途的不同分类，按照工作方式的不同分类，等等。下面对按照结构和材料进行的分类加以介绍。 (1) 按照结构的不同可分为如下各类 1．同质结太阳能电池 由同一种半导体材料所形成的p—n结或梯度结称为同质结。用同质结构成的电池称为同质结太阳能电池，如硅太阳能电池。 四太阳能电池的结构 因生产制造太阳能电池的基体材料和所采用的工艺方法的不同，太阳能电池 的结构也就多种多样。这里以常规硅太阳能电池为例简述太阳能电池的结构。图 3—16是一个p型硅材料制成的／／p型结构常规太阳能电池的示意图。①p层为 基体，厚度为o．2～0．5mm。基体材料称为基区层，简称基区。②p层上面是n

#什么是太阳能电池量子效率,如何测试

什么是太阳能电池量子效率,如何测试 请教大家,什么是太阳能电池量子效率啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池量子效率和太阳能电池光谱响应,太阳能电池IPCE有什么区别啊?spectral response, IPCE, Incident Photon to Charge Carrier Efficiency 太阳能电池这些特性如何测试啊? 什么是太阳能电池量子效率?如何测试啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池的量子效率是指太阳能电池的电荷载流子数目和照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率。因此，太阳能电池的量子效率和太阳能电池对照射在太阳能电池表面的各个波长的光的响应有关。太阳能电池的量子效率和光的波长或者能量有关。如果对于一定的波长，太阳能电池完全吸收了所有的光子，并且我们搜集到由此产生的少数载流子（例如，电子在P型材料上），那么太阳能电池在此波长的量子效率为1。对于能量低于能带隙的光子，太阳能电池的量子效率为0。理想中的太阳能电池的量子效率是一个正方形，也就是说，对于测试的各个波长的太阳能电池量子效率是一个常数。但是，绝大多数太阳能电池的量子效率会由于再结合效应而降低，这里的电荷载流子不能流到外部电路中。影响吸收能力的同样的太阳能电池结构，也会影响太阳能电池的量子效率。比如，太阳能电池前表面的变化会影响表面附近产生的载流子。并且，由于短波长的光是在非常接近太阳能电池表面的地方被吸收的，在前表面的相当多的再结合将会影响太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。类似的，长波长的光是被太阳能电池的主体吸收的，并且低扩散深度会影响太阳能电池主体对长波长光的吸收能力，从而降低太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。用稍微专业点的术语来说的话，综合器件的厚度和入射光子规范的数目来说，太阳能电池的量子效率可以被看作是太阳能电池对单一波长的光的吸收能力。 太阳能电池量子效率，有时也被叫做IPCE，也就是太阳能电池光电转换效率(Incident-Photon-to-electron Conversion Efficiency)。 太阳能电池（光伏材料）光谱响应测试、量子效率QE（Quantum Efficiency）测试、光电转换效率IPCE (Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency) 测试等。广义来说，就是测量光伏材料在不同波长光照条件下的光生电流、光导等。 测试原理 用强度可调的偏置光照射太阳能电池，模拟其不同的工作状态，同时测量太阳能电池在不同波长的单色光照射下产生的短路电流,从而得到太阳能电池的绝对光谱响应和量子效率。

光伏发电优缺点分析说明

光伏发电优缺点分析说明 太阳能光伏发电过程简单，没有机械转动部件，不消耗燃料，不排放包括温室气体在内的任何物质，无噪声、无污染；太阳能资源分布广泛且取之不尽、用之不竭。因此，与风力发电和生物质能发电等新型发电技术相比，光伏发电是一种最具可持续发展理想特征（最丰富的资源和最洁净的发电过程）的可再生能源发电技术，其主要优点有以下几点。 1.太阳能资源取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类目前消耗的能量大6000倍。而且太阳能在地球上分布广泛，只要有光照的地方就可以使用光伏发电系统，不受地域、海拔等因素的限制。 2.太阳能资源随处可得，可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路所造成的电能损失。 3.光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光子到电子的转换，没有中间过程（如热能转换为机械能、机械能辖换为电磁能等）和机械运动，不存在机械磨损。根据热力学分析，光伏发电具有很高的理论发电效率，可达80%以上，技术开发潜力巨大。 4.光伏发电本身不使用燃料，不排放包括温室气体和其他废气在内的任何物质，不污染空气，不产生噪声，对环境友好，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定而造成的冲击，是真正绿色环保的新型可再生能源。 5.光伏发电过程不需要冷却水，可以安装在没有水的荒漠戈壁上。光伏发电还可以很方便地与建筑物结合，构成光伏建筑一体化发电系统，不需要单独占地，可节省宝贵的土地资源。 6.光伏发电无机械传动部件，操作、维护简单，运行稳定可靠。一套光伏发电系统只要有太阳能电池组件就能发电，加之自动控制技术的广泛采用，基本上可实现无人值守，维护成本低。 7.光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长（30年以上）。晶体硅太阳能电池寿命可长达20～35年。在光伏发电系统中，只要设计合理、选型适当，蓄电池的寿命也可长达10～15年。 8.太阳能电池组件结构简单，体积小、重量轻，便于运输和安装。光伏发电系统建设周期短，而且根据用电负荷容量可大可小，方便灵活，极易组合、扩容。 二、光伏发电缺点分析

太阳能电池基本特性测定试验

太阳能电池基本特性测定实验 太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。 太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。 太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。我们开设此太阳能电池的特性研究实验，通过实验了解太阳能电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。 【实验目的】 1. 无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线； UI U I曲线图；并测量太阳能变化关系，画出2. 有光照时，测量电池在不同负载电阻下，对IUP FF；及填充因子电池的短路电流、开路电压、最大输出功率SCaxOCm IU L的关系，求出它们的近似函数关系。与光照度 3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压SCOC 【实验仪器】 白炽灯源、太阳能电池板、光照度计、电压表、电流表、滑线变阻器、稳压电源、单刀开关 连接导线若干 供参考． 】【实验原理 区，pn区流向结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由太阳光照在半导体

缺陷太阳电池EL图像及伏安特性分析

现代科学仪器 Modern Scientific Instruments 第5期2010年10月 N o.5 O c t. 2010105 缺陷太阳电池EL 图像及伏安特性分析 肖娇　徐林　曹建明 （上海交通大学物理系太阳能研究所 上海 200240） 摘　要　本文基于电致发光（Electroluminescence,EL）的理论，利用红外检测的方法，通过CCD 近红外相机实验检测出了晶体硅太阳电池中存在的隐性缺陷，如隐裂、断栅、电阻不均匀、花片等，并将可见光下电池图像与EL 图像进行对比。对存在缺陷的太阳电池进行了伏安特性测试，得出隐裂缺陷对太阳电池伏安特性、填充因子、效率等性能的影响，也证明电致发光技术检测太阳电池缺陷的准确性。关键词　太阳电池；电致发光；电池缺陷；伏安特性 中图分类号　O474 Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ　Ｉｍａｇｅｓ　ａｎｄ　Ｉ－Ｖ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｄｅｆｅｃｔｉｖｅ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　 Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｓｏｌａｒ　Ｃｅｌｌｓ Xiao Jiao, Xu Lin, Cao Jianming (Solar Energy Institute, Physics Dept, Shanghai JiaoTong University, Shanghai, 200240, China) Abstract Based on Electroluminescence (EL) theory, the micro-cracks of crystalline silicon solar cells were detected by the near-infrared CCD camera, such as the cracks, off-grid, non-uniform resistance, ? ower slice. Then we compared the EL images with the images under visible light. I-V characteristic of the defective solar cells was tested, and we got that the defects would affect the I-V curve, ? ll factor, ef ? ciency of the solar cell, meanwhile EL technology is proved to be an accurate measurement to detect solar cells. Key words Solar cell; Electroluminescence;Solar cell defects; I-V characteristic 收稿日期：2010-06-23 作者简介：肖娇，女，上海交通大学硕士研究生，主要从事太阳能光伏检测设备的研发 目前工业化晶体硅太阳电池在制造过程中通常采用丝网印刷、高温烧结、互联、层压封装等生产工艺，其中丝网印刷的机械应力、焊接的热应力、高温烧结的热应力、层压封装的机械应力等不可避免会引入一些缺陷，包括隐裂、碎片、断栅、虚焊等，这类缺陷的存在极大地影响了太阳电池的光电转化效率和电池的寿命。据估计，每条组件生产线每年由于缺陷带来的直接经济损失约为60万美元，故有效的检测手段是非常必要的。本文运用基于电致发光（Electroluminescence ,EL）的检测方法，有效地检测出了太阳电池中可能存在的缺陷，是一种有效的检测电池、组件的方法。对检测出来的各类缺陷电池进行伏安特性曲线、填充因子、效率、串联电阻等各项性能测试，结果表明存在缺陷的电池漏电流较大，填充因子、效率减少较严重，性能测试结果和EL 检测方法得出的结论一致. 1　电致发光实验理论基础 在太阳电池中，少子的扩散长度远远大于势垒 宽度，因此电子和空穴通过势垒区时因复合而消失的几率很小，继续向扩散区扩散。在正向偏压下，p-n 结势垒区和扩散区注入了少数载流子。这些非平衡少数载流子不断与多数载流子复合而发光，这就是太阳电池电致发光的基本原理[1]。 发光成像有效地利用了太阳电池间带中激发电子载流子的辐射复合效应。在太阳能电池两端加入正向偏压, 其发出的光子可以被灵敏的CCD 相机获得,即得到太阳电池的辐射复合分布图像。但是电致发光强度非常低,而且波长在近红外区域，要求相机必须在900-1100nm 具有很高的灵敏度和非常小的噪声。图1为电致发光的光谱图[2]。 2　CCD 红外相机试验方法 实验样品为国产多晶硅太阳电池，采用由加拿大生产的INFILITY 近红外相机，ELECTROOPTIC 公司生产的红外相机镜头，其波谱响应范围为800nm ～1100nm。在试验过程中，利用直流稳压电源给多晶硅电池加正向偏压，控制正向偏压大小为

太阳能电池探究亮特性光照强度关系

扬州大学物理科学与技术学院 大学物理综合实验训练论文实验名称：太阳能电池探究亮特性光照强度关系 班级：物教1201班 姓名：郑清华 学号：120801117 指导老师：李俊来

太阳能电池探究亮特性光照强度关系 物教1201 郑清华指导老师：李俊来 摘要：本文介绍了太阳能电池研究背景、实验原理等。在不同光强条件对单晶硅太阳电尺进行了测试.研究发现,当光强为3433.56—10617.33W/2 m时,开路电压随着光强的增加呈对数关系增加,短路电流几乎呈线性变化。效率随着光强的增加先增加后减小,最大效率值1、21%。填充因子随着光强的增加减小。 关键词：太阳能电池;输出特性；光强特性。 一、研究背景 随着经济社会的不断发展，能量与能源问题的重要性日益凸显。人类对能源的需求，随着社会经济而急剧膨胀，专家估计目前每年能源总消耗量为200亿吨标准煤，并且其中90%左右为不可再生的化石能源来维持。就目前情况，全球化石能源储备只能维持100年左右。太阳能以其清洁、长久、无害等优点自然而然成为人类可持续发展不得不考虑的能源方式。太阳每年通过大气向地球输送的能量高达3×1024焦耳，而地球上人类一年的能源总需求达到约4.363×1020焦耳，也就是说，如果我们可以收集其中的万分之一到万分之二就足够我们的需求。太阳能是最为清洁的能源，并且不受任何地域限制，随处可取。此外，将太阳能转换为电能后，电能又是应用范围最广，输送最方便的一种能源。 太阳能一般指太阳光的辐射能量。我们知道在太阳内部无时无刻不在进行着氢转变为氦的热核反应，反应过程中伴随着巨大的能量释放到宇宙空间。太阳释放到宇宙空间的所有能量都属于太阳能的范畴。太阳能电池是目前太阳能利用的关键环节，核心概念是pn结和光生伏特效应 晶体硅太阳电池在如今的光伏市场中占据了绝对主导的地位,而且这一地位在今后很长一段时间内不会改变,因此提高晶体硅太阳电池效率,降低生产成本, 使晶体硅太阳电池能与常规能源进行竞争成为现今光伏时代的主题.太阳能是最具发展潜力的新能源。光伏发电是解决能源危机，实现能源可持续发展的重要途径之一。硅太阳能电池是当今市场的主流产品，其最高效率是24.7%，由新南威尔士大学马丁·格林教授研制的PERL单晶硅电池取得单并保持至今。继续提高转换效率十分困难，但电池的效率会随温度和光强变化而变化。因此，研究温度和光强对太阳能电池的影响是必要的。 二、太阳能光伏电池实验 （一）实验目的 1.了解pn结的基本结构与工作原理。 2.了解太阳能电池组件的基本结构，理解其工作原理。

光伏发电的工作原理以及优缺点介绍

光伏发电的工作原理以及优缺点介绍 光伏发电定义 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。 光伏发电的工作原理 太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p 区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的光伏发电工作原理。 太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。 （1）光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。 （2）光—电直接转换方式该方式是利用光伏效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太

阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。 光伏发电的优缺点 与常用的发电系统相比，太阳能光伏发电的优点主要体现在： 太阳能发电被称为最理想的新能源。 光伏发电优点 ①无枯竭危险； ②安全可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净（无公害）； ③不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势； ④无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电； ⑤能源质量高； ⑥使用者从感情上容易接受；

太阳能电池光伏特性研究

太阳能光伏电池特性实验研究 太阳能光伏电池的输出具有非线性，这种非线性受到外部环境（包括日照强度、温度等）以及本身技术指标（如输出阻抗）的影响，从而使得太阳能电池的输出功率发生变化，其实际转换效率受到一定限制。因此，对太阳能光伏电池输出特性的研究成为了一个重要课题[1]。与跟踪式太阳能光伏系统相比，固定式太阳能光伏系统有着结构简单、成本低廉等优点。太阳能光伏电池表面温度将随辐射能的增强而升高，在一定程度上影响了太阳能电板的输出功率。本文主要对固定式单晶硅太阳能电池输出功率等进行了实验研究。 1、理论分析 理想的太阳能电池可以看做是一个产生光生电流I ph 的恒流源与一个处于正向偏置的二极管并联，如图1所示。如果负载R L 短路了，电路只有光生电流I ph ，光强越强，电子-空穴对的产生率越高，光生电流I ph 越大，即短路电流I sc 为： sc ph I I =- （1） I I 图1 理想太阳能电池等效电路[2] 如果负载R L 不短路，那么P-N 结内流过的电流I d 方向与光生电流方向相反，会抵消部分光生电流，使少数载流子注入和扩散。太阳能电池输出的净电流I 是光生电流I ph 和二极管电流I d 之差，故太阳能电池的光伏I-V 特性可表示为： ph d ph exp 1O qV I I I I I nkT ?? ??=-=-- ?????? ? （2） 式中：I o ——反向饱和电流；n ——理想因子，由半导体材料和制造技术决定， n=1~2；V ——二极管电压；k ——波尔兹曼常数；q ——电子电量；T ——二极管绝对温度。 当电流I =0时，这意味着产生的光生电流I ph 正好等于光电压V oc 产生的二极管电流I d ，即I ph =I d 。从式（2）可得出V oc 为： ph 01OC I nkT V In q I ?? =+???? （3）

光伏发电系统优缺点分析

光伏发电系统优缺点分析 1光伏发电的优点 太阳能光伏发电发电过程简单，没有机械转动部件，不消耗燃料，不排放包括温室气体在内的任何物质，无噪声、无污染；太阳能资源分布广泛且取之不尽、用之不竭。因此，与风力发电、生物质能发电和核电等新型发电技术相比，光伏发电是一种最具可持续发展理想特征(最丰富的资源和最洁净的发电过程)的可再生能源发电技术，具有以下主要优点。 ①太阳能资源取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类目前消耗的能量大6000倍。而且太阳能在地球上分布广泛，只要有光照的地方就可以使用光伏发电系统，不受地域、海拔等因素的限制。 ②太阳能资源随处可得，可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路所造成的电能损失。 ③光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光能到电能的转换，没有中间过程(如热能转换为机械能、机械能转换为电磁能等)和机械运动，不存在机械磨损。根据热力学分析，光伏发电具有很高的理论发电效率，可达80％以上，技术开发潜力巨大。 ④光伏发电本身不使用燃料，不排放包括温室气体和其它废气在内的任何物质，不污染空气，不产生噪声，对环境友好，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定而造成的冲击，是真正绿色环保的新型可再生能源。 ⑤光伏发电过程不需要冷却水，可以安装在没有水的荒漠戈壁上。光伏发电还可以很方便地与建筑物结合，构成光伏建筑一体化发电系统，不需要单独占地，可节省宝贵的土地资源。 ⑥光伏发电无机械传动部件，操作、维护简单，运行稳定可靠。一套光伏发电系统只要有太阳能电池组件就能发电，加之自动控制技术的广泛采用，基本上可实现无人值守，维护成本低。 ⑦光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长(30年以上)。晶体硅太阳能电池寿命可长达20～35年。在光伏发电系统中，只要设计合理、选型适当，蓄电池的寿命也可长达10～15年。 ⑧太阳能电池组件结构简单，体积小、重量轻，便于运输和安装。光伏发电系统建设周期短，而且根据用电负荷容量可大可小，方便灵活，极易组合、扩容。 太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。太阳能光伏发电与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用电

太阳能电池重点答案(前4章)

第一章 1.法国物理学家Edmond Becquerel 于1839 年首先观察到光伏效应。 2.1883 年美国科学家Charles fritts 制造了历史上第一个太阳能光电池。 3.1954 年贝尔实验室的科学家研制出了第一块现代太阳能电池，转换效率达到6%，这是太阳能 电池发展史上一个重要里程碑。 4.2000 年德国首先颁布可再生能源法。 5.光子的能量？能量（eV）与波长（μm）的关系。（计算） 答：光子的能量：E(J) = hf = hc/λ 能量与波长的关系：E (eV ) = 1.24 / λ（μm）。光的能量与波长成反比。 6.太阳的能量主要来源于太阳内核发生核聚变反应（氢转换成氦），这些能量以电磁波的形式向四 方辐射：太阳表面温度高达6000 k。 7.太阳光照射在距离D 处的球面，入射到物体的光强为？（计算） 答：（式中，Isun为太阳的表面辐射功率强度） 8.大气效应主要在哪些方面影响着地球表面的太阳辐射？ 答： 1）由大气吸收、散射和反射引起的太阳辐射能量的减少。 2）由于大气对某些波长的较为强烈地吸收和散射而导致光谱含量的变化。 3）当地大气层的变化引起入射光能量、光谱和方向的额外改变。 引起的太阳辐射能量的减少：导致光谱含量的变化。 （特殊的气体包括：臭氧（O3），二氧化碳（CO2）和水蒸气（H2O）都能强烈地吸收能量与其分子键能相近的光子。从而改变太阳的光谱含量，使得辐射光谱曲线深深地往下凹。 然而空气分子和尘埃，却是通过对光的吸收和散射成为辐射能量减少的主要因素） 9.什么叫光学大气质量？太阳在相对水平面成30?的高度，其相应的大气光学质量是多少？ 答：光线通过大气层的路程，太阳在头顶正上方时，路程最短。我们把实际路程与此最短路程的比称之为大气光学质量。简称AM。大气光学质量表达式： （θ为太阳和头顶正上方成角度） 当太阳在头顶上方时，AM=1，称为大气光学质量1的辐射。 当太阳在相对水平面成30?时， 10.地球表面的标准光谱称为AM1.5，辐射能量密度为1000 W/m2；地球大气层外的标准光谱称为 AM0，辐射能量密度为1366 W/m2。 11.北半球，正午时分太阳高度角？式中各量表示什么？ 答：北半球正午时分太阳高度角表达式： 式中ф为观测位置所处的纬度；δ为偏向角，大小取决于所在一年中的天数，北半球：春分日和秋分日偏向角为0°，夏至日偏向角为23.45°，冬至日偏向角为-23.45°。 在赤道地区（纬度为0?），春分日和秋分日：太阳处在头顶时高度角为90?；在北回归线处（大约在纬度23.5?），夏至日，太阳在头顶正上方，其高度为90?。 第二章 1.硅的晶体结构为金刚石结构。 2.求晶面的密勒指数？ 答：选一格点为原点，并作出沿三轴线，在某族晶面中必有一个离原子最近的晶面，假设它在3个坐标轴上的截面距分别为h1',h2',h3',用（h1,h2,h3）来标志这个晶面系－密勒指数： 注意：若晶面系和某轴线平行，截面距将为∞。所对应的指数为0。

硅光电池特性的研究实验报告2

硅光电池基本特性的研究 太阳能是一种清洁能源、绿色能源，许多国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究和利用。硅光电池是一种典型的太阳能电池，在日光的照射下，可将太阳辐射能直接转换为电能，具有性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，转换效率高，能耐高温辐射等一系列优点，是应用极其广泛的一种光电传感器。因此，在普通物理实验中开设硅光电池的特性研究实验，介绍硅光电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。 [实验目的] 1．测量太阳能电池在无光照时的伏安特性曲线； 2.测量太阳能电池在光照时的输出特性，并求其的短路电流I SC、开路电压 U OC、最大FF 3.测量太阳能电池的短路电流I及开路电压U与相对光强J /J0的关系，求出它们的近似函数关系； [实验原理] 1、硅光电池的基本结构 目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。 零偏反偏正偏 图 2-1. 半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区 图2-1是半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合时，由于P型材料空穴多电子少，而N型材料电子多空穴少，结果P 型材料中的空穴向N型材料这边扩散，N型材料中的电子向P型材料这边扩散，扩散的结果使得结合区两侧的P型区出现负电荷，N型区带正电荷，形成一个势垒，由此而产生的内电场将阻止扩散运动的继续进行，当两者达到平衡时，在PN结两侧形成一个耗尽区，耗尽区的特点是无自由载流子，呈现高阻抗。当PN 结反偏时，外加电场与内电场方向一致，耗尽区在外电场作用下变宽，使势垒加强；当PN结正偏时，外加电场与内电场方向相反，耗尽区在外电场作用下变窄，