的工作原理和基本特性半導(dǎo)體的性質(zhì)世界上的物體如果以導(dǎo)電的性能來(lái)區(qū)分，有的容易導(dǎo)電，有的不容易導(dǎo)電。容易導(dǎo)電的稱(chēng)為導(dǎo)體，如金、銀、銅、鋁、鉛、錫等各種金屬；不容易導(dǎo)電的物體稱(chēng)為絕緣體，常見(jiàn)硅、砷化鎵、硫化鎘等等。眾所周知，原子是由原子核及其周?chē)碾娮訕?gòu)成的，一些電子脫子，在一些特定條件下才能導(dǎo)電。半導(dǎo)體可以是元素，如硅()和鍺()，也可以是化合物，如硫化鎘()和砷化鎵()，還可以是合金，如，其中為之間的任意數(shù)。許多有機(jī)化合如蒽也是半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的電阻率較大(約ρ.)，而金屬的電阻率則很小(約.)，絕緣體的電阻率則很大(約ρ.)。半導(dǎo)體的電阻率對(duì)溫度的反應(yīng)靈敏，例如鍺的溫度從升高到，電阻率就要降低一半左右。金屬的電阻率隨溫度的變化則較小，例如銅的溫度每升高，ρ增加左右。電阻率受雜質(zhì)的影響顯著。金屬中起電阻率很大的變化，例如在純硅中摻入百萬(wàn)分之一的硼，硅的電阻率就從.減小到左右。金屬的電阻率不受光照影響，但是半導(dǎo)體的電阻率在適當(dāng)?shù)墓饩€照射下可以發(fā)生顯著的變化。半導(dǎo)體物理基礎(chǔ) 能帶結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性半導(dǎo)體的許多電特性可以用一種簡(jiǎn)單的模型來(lái)解釋。硅是四價(jià)元素，每個(gè)原子的最外電子，形成穩(wěn)定的電子殼層。況就可能截然不排列的晶體中，由于各原子的核外電子相互作用，本來(lái)在孤立原子狀態(tài)是分離的能級(jí)擴(kuò)展，1許帶間不許可電子存在的范圍叫禁帶。圖原子間距和電子能級(jí)的關(guān)系在低溫時(shí)，晶體內(nèi)的電子占有最低的可能能態(tài)。但是晶體的平衡狀態(tài)并不是電子全都處處在最低允許能級(jí)的一種狀態(tài)?；疚锢矶ɡ怼堇?)不相容原理規(guī)定，每個(gè)允以下的所有可能能態(tài)都將被兩個(gè)電子占據(jù)，該能級(jí)稱(chēng)為費(fèi)米能級(jí)()。隨著溫度的升高，個(gè)分布函數(shù)，即f(E)=1現(xiàn)在就可用電子能帶結(jié)構(gòu)來(lái)描述金屬、絕緣體和半導(dǎo)體之間的差別。電導(dǎo)現(xiàn)象是隨電子填充允許帶的方式不同而不同。被電子完全占據(jù)的允許帶(稱(chēng)為滿(mǎn)帶)上方，隔著很寬的禁帶，存在完全空的允許帶(稱(chēng)為導(dǎo)帶)，這時(shí)滿(mǎn)帶的電子即使加電的最高能級(jí)，因此可將能帶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為圖。另外，因?yàn)檫@個(gè)滿(mǎn)帶的電子處于各原子的以由其它電子來(lái)填補(bǔ)。這樣，我們可以看成是空位在依次地移動(dòng)，等效于帶正電荷的粒子朝著與電子運(yùn)動(dòng)方向相反的方向移動(dòng)，稱(chēng)它為空穴。在半導(dǎo)體中，空穴和導(dǎo)帶中的自由電子一樣成為導(dǎo)電的帶電粒子(即載流子)。電子和空穴在外電場(chǎng)作用下，朝相反方向運(yùn)動(dòng)，但是，對(duì)電導(dǎo)率起迭加作用。2圖半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)和載流子的移動(dòng)本征半導(dǎo)體、摻雜半導(dǎo)體圖所示的能帶結(jié)構(gòu)中，當(dāng)禁帶寬度比較小的情況下，隨著溫度上升，從價(jià)帶為自由載流子的電子或空穴中任意一方增多，就成為摻雜半導(dǎo)體。存在多余電子的稱(chēng)為型半導(dǎo)體，存在多余空穴的稱(chēng)為型半導(dǎo)體。雜質(zhì)原子可通過(guò)兩種方式摻入晶體結(jié)構(gòu)：它們可以擠在基質(zhì)晶體原子間的位置上，這的有規(guī)律的原子排列，這種情況下，它們被稱(chēng)為替位雜質(zhì)。周期表中Ⅲ族和族原子在硅中充當(dāng)替位雜質(zhì)，圖示出一個(gè)族雜質(zhì)(如磷)替圖一個(gè)族原子替代了一個(gè)硅原子的部分硅晶格帶中，因此束縛于族原子的多余電子位于低于導(dǎo)帶底的能量為的地方，如圖(格圖)所示那樣。這就在“禁止的”晶隙中安置了一個(gè)允許的能級(jí)，Ⅲ族雜質(zhì)的分析與此類(lèi)似。例如，把族元素()作為雜質(zhì)摻入單元素半導(dǎo)體硅單晶中時(shí)，這3圖()族替位雜質(zhì)在禁帶中引入的允許能級(jí) ()Ⅲ族雜質(zhì)的對(duì)應(yīng)能態(tài)多余個(gè)價(jià)電子，與共價(jià)鍵相比，這個(gè)剩余價(jià)電子極松弛地結(jié)合于雜質(zhì)原子。因此，只要雜從這些施主能級(jí)產(chǎn)生的電子外，還存在從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶的電子。由于這個(gè)過(guò)程是電子空量少的空穴稱(chēng)為少數(shù)載流子。型半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)一個(gè)空位，成為空穴。結(jié)果，雜質(zhì)原子成為價(jià)負(fù)離子的同時(shí)，提供了束縛不緊的空穴。這空穴過(guò)剩的型半導(dǎo)體，上述的例子都是由摻雜形成的型或型半導(dǎo)體，因此稱(chēng)為摻雜半導(dǎo)體。但為數(shù)很多 載流子濃度半導(dǎo)體處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子的濃度各自達(dá)到平衡值。因某種的狀態(tài)。設(shè)電子濃度為，空穴濃度為，則空穴濃度隨時(shí)間的變化率由電子空穴對(duì)的產(chǎn)生之差給出下式：電子——空穴對(duì)的產(chǎn)生幾率是由價(jià)帶中成為激發(fā)對(duì)象的電子數(shù)和導(dǎo)帶中可允許占據(jù)的能4于載流子濃度與的乘積，比例系數(shù)表示復(fù)合幾率。平衡狀態(tài)時(shí)由此可導(dǎo)出它意味著多數(shù)載流子濃度和少數(shù)載流子濃度的乘積為確定值。這個(gè)關(guān)系式也適用于本征半導(dǎo)體，可得到=NN-E-ECV)|CV(kT)——價(jià)帶頂?shù)挠行B(tài)密度——導(dǎo)帶底的有效態(tài)密度假如知道半導(dǎo)體的禁帶寬度，就可以很容易地計(jì)算出本征載流子濃度。費(fèi)米能級(jí)在描述半導(dǎo)體的能級(jí)圖上是重要的參量。所謂費(fèi)米能級(jí)，即為電子占據(jù)幾率為處的能級(jí)，可根據(jù)半導(dǎo)體電中性條件求出，即自由空穴濃度電離施主濃度自由電子濃度電離受主濃度費(fèi)米能級(jí)在本征半導(dǎo)體中幾乎位于禁帶中央，而在型半導(dǎo)體中靠近導(dǎo)帶。在型半。例如，型半導(dǎo)體中設(shè)施主濃度為，可給出：E-E~kTlnNCCFNd圖費(fèi)米能級(jí)與雜質(zhì)濃度的關(guān)系型半導(dǎo)體中設(shè)受主濃度為，則可給出：5NEEkTlnVNFVNa如果知道了雜質(zhì)濃度就可以通過(guò)計(jì)算求得費(fèi)米能級(jí)。 載流子的傳輸一、漂移在外加電場(chǎng)ζ的影響下，一個(gè)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的自由電子在與電場(chǎng)相反的方向上有一個(gè)加速度ζ，在此方向上，它的速度隨時(shí)間不斷地增加。晶體內(nèi)的電子處于一種不同的情況，無(wú)速度。導(dǎo)帶內(nèi)電子的漂移速度由下式得出：v=1at=1qtrd22m*e(如果是對(duì)所有的電子速度取平均，則去掉系數(shù))。電子載流子的遷移率定義為：=d=d=rdm*e來(lái)自導(dǎo)帶電子的相應(yīng)的電流密度將是J=qnv=qnede對(duì)于價(jià)帶內(nèi)的空穴，其類(lèi)似公式為J=qphh總電流就是這兩部分的和。因此半導(dǎo)體的電導(dǎo)率為1J===qn+qppeh其中是電阻率。對(duì)于結(jié)晶質(zhì)量很好的比較純的半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，使載流子速度變得紊亂的碰撞是由晶體的導(dǎo)體摻雜的加重，兩次碰撞間的平均時(shí)間以及遷移率都將降低。，它們變?yōu)楦蟮摹鞍小保瑥亩档土藘纱闻鲇行У妮d流子的散射體。6電場(chǎng)強(qiáng)度的提高，最終將使載流子的漂移速度增加到可與無(wú)規(guī)則熱速度相比。因此，電子的總速度歸根結(jié)底將隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加。電場(chǎng)的增加使碰撞之間的時(shí)間及遷移二、擴(kuò)散除了漂移運(yùn)動(dòng)以外，半導(dǎo)體中的載流子也可以由于擴(kuò)散而流動(dòng)。象氣體分子那樣的任粒子流與濃度梯度的負(fù)值成正比。因?yàn)殡娏髋c荷電粒子流成正比，所以對(duì)應(yīng)于電子的一維濃度梯度的電流密度是dpJ=qDeedx其中是擴(kuò)散常數(shù)。同樣對(duì)于空穴，有dpJ=一qDhhdxkTD=eqekT和D=hqh是在與太陽(yáng)電池有關(guān)的關(guān)系式中經(jīng)常出現(xiàn)的參數(shù)，它具有電壓的量綱，室溫時(shí)為。 半導(dǎo)體的吸收系數(shù)半導(dǎo)體晶體的吸光程度由光的頻率和材料的禁帶寬度所決定。當(dāng)頻率低、光子能量增強(qiáng)。吸收某個(gè)波長(zhǎng)的光的能力用吸收系數(shù)()來(lái)定義。半導(dǎo)體的光吸收由各種導(dǎo)帶、價(jià)帶的態(tài)密度。光為價(jià)帶電子提供能量，使它躍遷到導(dǎo)帶，在躍遷過(guò)程中，能量和動(dòng)量守恒，對(duì)沒(méi)有躍遷稱(chēng)為直接躍遷，其吸收過(guò)程的形式示于圖，而伴隨聲子的躍遷稱(chēng)為間接躍遷，其吸收躍遷過(guò)程示于圖。圖直接帶隙半導(dǎo)體的能量－晶體動(dòng)量圖圖間接帶隙半導(dǎo)體的能量－晶體動(dòng)量圖7硅屬于間接躍遷類(lèi)型，其吸收系數(shù)上升非常平緩，所以在太陽(yáng)光照射下，光可到達(dá)距表面以上相當(dāng)深的地方，在此還能產(chǎn)生電子一空穴對(duì)。與此相反，對(duì)直接躍遷型材料，在其禁帶寬度附近吸收系數(shù)急劇增加，對(duì)能量大于禁帶寬度的光子的吸收緩慢增簡(jiǎn)言之，制造太陽(yáng)電池時(shí)，用直接躍遷型材料，即使厚度很薄，也能充分的吸收太陽(yáng)光，而厚度，并不是僅僅由吸收系數(shù)來(lái)決定的，與少數(shù)載流子的壽命也有關(guān)系，當(dāng)半導(dǎo)體摻雜時(shí)，吸收系數(shù)將向高能量一側(cè)發(fā)生偏移。因此，進(jìn)入內(nèi)部的光實(shí)際上等于扣除反射后所反射損失。 載流子的復(fù)合一馳豫到平衡適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射在半導(dǎo)體上會(huì)產(chǎn)生電子—空穴對(duì)。因此，光照射時(shí)材料的載流子濃度將超過(guò)無(wú)光照時(shí)的值。如果切斷光源，則載流子濃度就衰減到它們平衡時(shí)的值。這個(gè)衰減過(guò)程通稱(chēng)為復(fù)合過(guò)程。下面將介紹幾種不同的復(fù)合機(jī)構(gòu)。二輻射復(fù)合輻射復(fù)合就是光吸收過(guò)程的逆過(guò)程。占據(jù)比熱平衡時(shí)更高能態(tài)的電子有可能躍遷到空的低能態(tài)，其全部(或大部分)初末態(tài)間的能量差以光的方式發(fā)射。所有已考慮到的吸收機(jī)構(gòu)都有相反的輻射復(fù)合過(guò)程。由于間接帶隙半導(dǎo)體需要包括聲子的兩級(jí)過(guò)程，所以輻射復(fù)合在直接帶隙半導(dǎo)體中比間接帶隙半導(dǎo)體中進(jìn)行得快?？偟妮椛鋸?fù)合速率與導(dǎo)帶中占有態(tài)(電子)的濃度和價(jià)帶中未占有態(tài)(空穴)的濃度的乘積成正比，即R=BnpR式中，對(duì)給定的半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)是一個(gè)常數(shù)。由于光吸收和這種復(fù)合過(guò)程之間的關(guān)系，由半導(dǎo)體的吸收系數(shù)能夠計(jì)算出。熱平衡時(shí)，即時(shí)，復(fù)合率由數(shù)目相等但過(guò)程相反的產(chǎn)生率所平衡。在不存在由外部激勵(lì)源產(chǎn)生載流子對(duì)的情況下，與上式相對(duì)應(yīng)的凈復(fù)合率時(shí)的產(chǎn)生率得到，即Ri由總的復(fù)合率減去熱平衡8np=npeU=hU式中，為凈復(fù)合率n和p是相應(yīng)載流子從它們熱平衡時(shí)的值和的擾動(dòng)。對(duì)n=p的輻射復(fù)合機(jī)構(gòu)而言，由式()確定的特征壽命是i00。正如前面所說(shuō)的直接帶隙材料的復(fù)合壽命比間接帶隙材料的小得多。利用及其合金為材料的商用半導(dǎo)體激光器和光發(fā)射二極管就是以輻射復(fù)合過(guò)程作為基礎(chǔ)的。但對(duì)硅來(lái)說(shuō)，其它的復(fù)合機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)比這重要得多。三、俄歇復(fù)合在俄歇()效應(yīng)中，電子與空穴復(fù)合時(shí)，將多余的能量傳給第二個(gè)電子而不是級(jí)。俄歇復(fù)合就是更熟悉的碰撞電離效應(yīng)的逆過(guò)程。對(duì)具有充足的電子和空穴的材料來(lái)說(shuō)，與俄歇過(guò)程有關(guān)的特征壽命分別是1或1度大于時(shí)，俄歇復(fù)合處于支配地位。9圖俄歇復(fù)合過(guò)程()多余的能量傳給導(dǎo)帶中的電子()多余的能量傳給價(jià)帶中的電子四、通過(guò)陷阱的復(fù)合前面已指出，半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷會(huì)在禁帶中產(chǎn)生允許能級(jí)。這些缺陷能級(jí)引起一種很有效的兩級(jí)復(fù)合過(guò)程。如圖)所示，在此過(guò)程中，電子從導(dǎo)帶能級(jí)弛豫到缺陷能級(jí)，然后再弛豫到價(jià)帶，結(jié)果與一個(gè)空穴復(fù)合。圖()通過(guò)半導(dǎo)體禁帶中的陷阱能級(jí)的兩級(jí)復(fù)合過(guò)程()在半導(dǎo)體表面位于禁帶中的表面態(tài)對(duì)此過(guò)程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析可得，通過(guò)陷阱的凈復(fù)合—產(chǎn)生率可寫(xiě)為h1e100是分析過(guò)程中產(chǎn)生的參數(shù)，此分析過(guò)程還引入一個(gè)復(fù)合速率與陷阱能的關(guān)系式：n=Nexp(|E-Etc)|1C(kT)11i式在形式上與用費(fèi)米能級(jí)表示電子濃度的公式很相似。如果和數(shù)量級(jí)相同，在帶隙中央引入能級(jí)的雜質(zhì)是有效的復(fù)合中心。五、表面復(fù)合表面可以說(shuō)是晶體結(jié)構(gòu)中有相當(dāng)嚴(yán)重缺陷的地方。如圖)所示，在表面處存單能級(jí)表面態(tài)每單位面積的凈復(fù)合率具有與類(lèi)似的形式，即 00e100式中和是表面復(fù)合速度。位于帶隙中央附近的表面態(tài)能級(jí)也是最有效的復(fù)合中心。 半導(dǎo)體器件物理學(xué)基本方程前面幾節(jié)中已經(jīng)概述了半導(dǎo)體的有關(guān)特性，這些內(nèi)容現(xiàn)在將被歸納為一組能描述半導(dǎo)體器件工作的基本方程。這些方程的解使我們能夠確定包括太陽(yáng)電池在內(nèi)的大部分半導(dǎo)體器件的理想特性。忽略其余兩維空間的變化，方程組將寫(xiě)成一維的形式。它描述了電場(chǎng)散度與空間電荷密度之間的關(guān)系，在一維情況下，其形式為：xcDA下，大部分施主和受主都被電離，因此DDAA式中和為施主和受主雜質(zhì)的總濃度。、電流密度方程電子和空穴通過(guò)漂移和擴(kuò)散過(guò)程可對(duì)電流作出貢獻(xiàn)。因此，電子和空穴的總電流密度和的表達(dá)式為eedxhhhdx遷移率和擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系由愛(ài)因斯坦關(guān)系式和確定。程圖推導(dǎo)電子連續(xù)方程用的單元體積參看圖中長(zhǎng)為、橫截面積為的單元體積，可以說(shuō)這個(gè)體積中電子的凈增加進(jìn)入速率－出去速率＝A{-J(x)-[-J(x+6x)]}=AdJe6xqeeqdxx式中是由于外部作用(如光照)所一引起的凈產(chǎn)生率，是凈復(fù)合率。在穩(wěn)態(tài)情況下，凈增加率必須為，這樣就有同樣，對(duì)于空穴有由上述方程，我們可得到應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的基本方程組：dqp-n+N-N)dxcDAhhhdx利用計(jì)算機(jī)，通過(guò)引入一些考慮周詳?shù)慕铺幚?，可能極簡(jiǎn)單地就可求得這些方程的解。半導(dǎo)體結(jié) 型，型單獨(dú)存在時(shí)，費(fèi)米能級(jí)如圖()所示，分別位于介帶和導(dǎo)帶附近一旦形成結(jié)，由于結(jié)兩邊的電子和空穴的濃度不同，電子就強(qiáng)烈地要從區(qū)向通過(guò)這個(gè)空間電荷區(qū)的作用，使費(fèi)米能級(jí)成同一水平，達(dá)到平衡狀態(tài)。圖()表示在平衡狀態(tài)下，由于擴(kuò)散，從區(qū)越過(guò)勢(shì)壘向區(qū)移動(dòng)的空穴數(shù)目等同于空間電荷區(qū)附近區(qū)中由于熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的少數(shù)載流子空穴在空間電荷區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下漂移到區(qū)的 在結(jié)上加偏置電壓時(shí)，由于空間電荷區(qū)內(nèi)沒(méi)有載流子(又稱(chēng)為耗盡區(qū))形成高阻空穴從區(qū)向區(qū)的移動(dòng)以及電子從區(qū)向區(qū)的移動(dòng)變得容易，在兩個(gè)區(qū)內(nèi)有少數(shù)載流子注入，因此電流容易流動(dòng)(稱(chēng)為正向)。當(dāng)外加電壓使得區(qū)為正時(shí)，勢(shì)壘高度增加，載流子的移動(dòng)就變得困難，幾乎沒(méi)有電流流過(guò)(此時(shí)稱(chēng)為反向)。當(dāng)存在外加電壓時(shí)，空間電荷區(qū)的區(qū)邊界和區(qū)邊界的空穴濃度及電子濃度如下：當(dāng)加正向電壓時(shí)，加反向電壓時(shí)。由于我們認(rèn)為外加電壓僅跨越在空間電荷區(qū)，所以可視為區(qū)內(nèi)沒(méi)有電場(chǎng)，由空穴構(gòu)成的電流只是由于它的濃度梯度形成的擴(kuò)散電流。電流密度為同樣，注入到區(qū)的少數(shù)載流子電子的電流密度為因加編壓而產(chǎn)生的總電流是空穴電流與電子電流之和，故總電流密度為：J=qpDp+qnDn0n0Lp0Lpn總電流密度具有如圖所示的整流特性。正向時(shí)，在電壓較大的區(qū)域，電流密度與成正比；反向時(shí)則趨近于。稱(chēng)為飽和電流密度。 半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)當(dāng)光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，光子將能量提供給電子，電子將躍遷到更高的能態(tài)，在這些電子中，作為實(shí)際使用的光電器件里可利用的電子有：()價(jià)帶電子；()自由電子或空穴()；()存在于雜質(zhì)能級(jí)上的電子。太陽(yáng)電池可利用的電子主要是價(jià)帶電子。由價(jià)帶電子得到光的能量躍遷到導(dǎo)帶的過(guò)程決定的光的吸收稱(chēng)為本征或固有吸收。太陽(yáng)電池能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)是結(jié)的光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光照射到結(jié)上時(shí)，產(chǎn)生電子一向相反的光生電場(chǎng)。光生電場(chǎng)除了部分抵消勢(shì)壘電場(chǎng)的作用外，使區(qū)的費(fèi)米能級(jí)比區(qū)的費(fèi)米能級(jí)高，在這兩個(gè)費(fèi)米能級(jí)之間就產(chǎn)生了電位差?？梢缘恼螂娏飨嗟?，并由此可以決定的值。 太陽(yáng)電池的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程太陽(yáng)電池是將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能的器件。它的基本構(gòu)造是由半導(dǎo)體的結(jié)組成。此外，異質(zhì)結(jié)、肖特基勢(shì)壘等也可以得到較好的光電轉(zhuǎn)換效率。本節(jié)以最普通的硅結(jié)太陽(yáng)電池為例，詳細(xì)地觀察光能轉(zhuǎn)換成電能的情況。首先研究使太陽(yáng)電池工作時(shí)，在外部觀測(cè)到的特性。圖表示了無(wú)光照時(shí)典型的電流電壓特性(暗電流)。當(dāng)太陽(yáng)光照射到這個(gè)太陽(yáng)電池上時(shí)，將有和暗電流方向相反的光電流流過(guò)。圖無(wú)光照及光照時(shí)電流－電壓特性當(dāng)給太陽(yáng)電池連結(jié)負(fù)載，并用太陽(yáng)光照射時(shí)，則負(fù)載上的電流和電壓將由圖中有光照時(shí)的電流一電壓特性曲線與表示的直線的交點(diǎn)來(lái)確定。此時(shí)負(fù)載上有最佳的工作點(diǎn)上得到最大輸出功率。輸出功率(電能)與輸入功率(光能)之比稱(chēng)為太陽(yáng)電池的能量轉(zhuǎn)換效率。下面我們把目光轉(zhuǎn)到太陽(yáng)電池的內(nèi)部，詳細(xì)研究能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。太陽(yáng)電池由硅結(jié)能級(jí)處。對(duì)于型硅來(lái)說(shuō)，少數(shù)載流子濃度極小(一般小于)，導(dǎo)帶的能級(jí)幾乎都是空的，因此電子又馬上落在導(dǎo)帶底。這時(shí)電子及空穴將總的ν()的多余能量以聲子(晶格振動(dòng))的形式傳給晶格。落到導(dǎo)帶底的電子有的向表面或結(jié)擴(kuò)散，有的在半導(dǎo)受結(jié)處的內(nèi)建電場(chǎng)加速而流入型硅中。在型硅中，由于電子是多數(shù)載流子，流入的電子按介電馳豫時(shí)間的順序傳播，同時(shí)為滿(mǎn)足型硅內(nèi)的載流子電中性條件，與流入的電子相同數(shù)目的電子從連接型硅的電極設(shè)負(fù)載電阻上每秒每立方厘米流入個(gè)電子，則加在負(fù)載電阻上的電壓表示。由于電路中無(wú)電源，電壓朝著與光激發(fā)產(chǎn)生的載流子形成的光電流相反的方向流動(dòng)，因而流入負(fù)載電阻的電流值為I=I-I=I-I[exp(qVnkT)-1]phdph0在負(fù)載電阻上，一個(gè)電子失去一個(gè)的能量，即等于光子能量ν轉(zhuǎn)換成電能。流過(guò)負(fù)復(fù)合，形成光電流短路電流太陽(yáng)電池的短路電流等于其光生電流。分析短路電流的最方便的方法是將太陽(yáng)光譜劃scscpmsc0.3pmλ——本征吸收波長(zhǎng)限λ——表面反射率λ——太陽(yáng)光譜中波長(zhǎng)為~間隔內(nèi)的光子數(shù)。()的值很大的程度上依賴(lài)于太陽(yáng)天頂角。作為表示()分布的參數(shù)是()。為零，則的值(n為零，則的值(nnn，＝)為。設(shè)埃，則2埃，滿(mǎn)足這些條件的材料一般可采用一氧化硅，在中心波長(zhǎng)處，反射率達(dá)到——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓——測(cè)定時(shí)的大氣壓——太陽(yáng)天頂距離在實(shí)際的半導(dǎo)體表面的反射率與入射光的波長(zhǎng)有關(guān)，一般為~％。為防止表面的為減反射膜()。率為RR通通過(guò)減反膜的厚度計(jì)算反射率顯然，減反射膜的厚度為n1時(shí)一般在太陽(yáng)光譜的峰值波長(zhǎng)處，使得變?yōu)樽钚。源藖?lái)決定的值。左右。由于制制備了減反射膜，短路電流可以增加~nkTIV=nkTIV=lnsc開(kāi)路電壓當(dāng)太陽(yáng)電池處于開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)光電流的大小產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這就是開(kāi)路電壓。在式()中，設(shè)(開(kāi)路)，＝，則V=nkTln[(II)+1]ocqsc0在可以忽略串聯(lián)、并聯(lián)電阻的影響時(shí)，nkTIV=L=IRocqIL00nkT其中R=，0qIocqI0為與入射光強(qiáng)度成正比的值，在很弱的陽(yáng)光下，強(qiáng)的陽(yáng)光時(shí)，則與入射光的強(qiáng)度的對(duì)數(shù)成正比。圖表示具有代表性的硅和太陽(yáng)電池的與之間的關(guān)系。與比較，因的禁帶寬度寬，故值比的小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，的值比的高伏左右。假如結(jié)形成的很好，禁帶寬度愈寬的半圖開(kāi)路電壓與短路電流的關(guān)系太陽(yáng)電池的輸出特性 等效電路為了描述電池的工作狀態(tài)，往往將電池及負(fù)載系統(tǒng)用一等效電路來(lái)模擬。在恒定光照作是恒流源。光電流一部分流經(jīng)負(fù)載，在負(fù)載兩端建立起端電壓，反過(guò)來(lái)它又正向偏置于—結(jié)二極管，引起一股與光電流方向相反的暗電流，這樣，一個(gè)理想的同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的等效電路就被繪制成如圖所示。但是，由于前面和背面的電極和接觸，流，經(jīng)過(guò)它們時(shí)，必然引起損耗。在等效電路中，可將它們的總效果用一個(gè)串聯(lián)電阻來(lái)漏電等，使一部分本應(yīng)通過(guò)負(fù)載的電流短路，這種作用的大小可用一并聯(lián)電阻來(lái)等效。其等效電路就繪制成上圖()的形式。其中暗電流等于總面積與乘積，而光電流為電池的有效受光面積與的乘積，這時(shí)的結(jié)電壓不等于負(fù)載的端電壓，由圖可見(jiàn)V=IR+VjS()不考慮串并聯(lián)電阻()考慮串并聯(lián)電阻 輸出特性根據(jù)上圖就可以寫(xiě)出輸出電流和輸出電壓之間的關(guān)系I=ILIbk(V)9其中暗電流應(yīng)為結(jié)電壓的函數(shù)，而又是通過(guò)式()與輸出電壓相聯(lián)系的。當(dāng)負(fù)載從變化到無(wú)窮大時(shí)，輸出電壓則從變到，同時(shí)輸出電流便從變到，由此得到電池的輸出特性曲線，如圖所示。曲線上任何一點(diǎn)都可以作為工作點(diǎn)工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的縱橫坐標(biāo)，即為工作電流和工作電壓其乘積為電池的輸出功率圖太陽(yáng)電池的輸出特性 轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率表示在外電路連接最佳負(fù)載電阻時(shí)，得到的最大能量轉(zhuǎn)換效率，其定義為PIVn=max=mpmpPPinin出與入射功率之比，這里我們定義一個(gè)填充因子為ocscocsc填充因子正好是曲線下最大長(zhǎng)方形面積與乘積之比，所以轉(zhuǎn)換效率可表示為FFVIn=ocscP 太陽(yáng)電池的光譜響應(yīng)太陽(yáng)電池的光譜響應(yīng)是指光電流與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系，設(shè)單位時(shí)間波長(zhǎng)為λ的光入身到單位面積的光子數(shù)為()，表面反射系數(shù)為ρ()，產(chǎn)生的光電流為，則光譜響應(yīng)()定義為0其中＝＋＋。頂層勢(shì)壘基區(qū)。 太陽(yáng)電池的溫度效應(yīng)載流子的擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的增高而增大，所以少數(shù)載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度也隨溫度的升高稍有增大，因此，光生電流也隨溫度的升高有所增加。但是隨溫度的升高是指數(shù)增大，因而隨溫度的升高急劇下降。當(dāng)溫度升高時(shí)，—曲線形狀改變，填充因子下降，所以轉(zhuǎn)換效率隨溫度的增加而降低。太陽(yáng)電池的輻照效應(yīng)作為人造衛(wèi)星和宇宙飛船的電源，太陽(yáng)電池已獲得了廣泛的應(yīng)用。但是在外層空間存壽命。大量研究工作表明，壽命參數(shù)對(duì)輻照缺陷最為靈敏，也正因?yàn)檩椪沼绊懥藟勖?，從而使太?yáng)電池性能下降。效率的因素一、禁帶亮度隨的增大而增大，但另一方面，隨的增大而減小。結(jié)果是可期望在某一個(gè)確定的隨處出現(xiàn)太陽(yáng)電池效率的峰值。隨溫度的增加，效率η下降。對(duì)溫度很敏感，溫度還對(duì)起主要作用。對(duì)于，溫度每增加，下降室溫值的，也因而降低約同樣的百分?jǐn)?shù)。例如，一個(gè)硅電池在時(shí)的效率為，當(dāng)溫度升到時(shí)，效率僅為％。又如電池，溫度每升高，降低或降低。三、復(fù)合壽命希望載流子的復(fù)合壽命越長(zhǎng)越好，這主要是因?yàn)檫@樣做大。在間接帶隙半導(dǎo)體材料如中，離結(jié)處也產(chǎn)生相當(dāng)多的載流子，所以希望它們的壽命能大于。在電流并增大。達(dá)到長(zhǎng)壽命的關(guān)鍵是在材料制備和電池的生產(chǎn)過(guò)程中，要避免形成復(fù)合中心。在加工過(guò)程中，適當(dāng)而且經(jīng)常進(jìn)行工藝處理，可以使復(fù)合中心移走，因而延長(zhǎng)壽命。將太陽(yáng)光聚焦于太陽(yáng)電池，可使一個(gè)小小的太陽(yáng)電池產(chǎn)生出大量的電能。設(shè)想光強(qiáng)被濃縮了倍，單位電池面積的輸入功率和都將增加倍，同時(shí)也隨著增加倍。因而輸出功率的增加將大大超過(guò)倍，而且聚光的結(jié)果也使轉(zhuǎn)換效率提高了。五、摻雜濃度及剖面分布對(duì)有明顯的影響的另一因素是摻雜濃度。雖然和出現(xiàn)在定義的對(duì)數(shù)項(xiàng)中，年來(lái)已引起較多的關(guān)注，在高摻雜濃度下，由于能帶結(jié)構(gòu)變形及電子統(tǒng)計(jì)規(guī)律的變化，所有方程中的和都應(yīng)以()和()代替。如圖。既然()和()顯現(xiàn)出峰值，那么用很高的和不會(huì)再有好處，特別是在高摻雜濃度下壽命還會(huì)減小。上圖()說(shuō)明了這一點(diǎn)。中約為，為了減小串聯(lián)電阻，前擴(kuò)散區(qū)的摻雜濃度經(jīng)常高于，因此重?fù)诫s效應(yīng)在擴(kuò)散區(qū)是較為重要的。當(dāng)和或()和()不均勻且朝著結(jié)的方向降低時(shí)，就會(huì)建立起一個(gè)電場(chǎng)，其方向能有助于光生載流子的收集，因而也改善了。這種不均勻摻雜的剖面分布，在電池基區(qū)中通常是做不到的；而在擴(kuò)散區(qū)中是很自然的。六、表面復(fù)合速率低的表面復(fù)合速率有助于提高，并由于的減小而使改善。前表面的復(fù)合速率測(cè)量起來(lái)很困難，經(jīng)常被假設(shè)為無(wú)窮大。一種稱(chēng)為背表面場(chǎng)()電池設(shè)計(jì)為，在沉積金圖背表面場(chǎng)電池。在結(jié)處的電場(chǎng)妨礙電子朝背表面流動(dòng)存在一個(gè)電子勢(shì)壘，它容易做到歐姆接觸，在這里電子也被復(fù)合，在＋界面處的復(fù)合速率可表示為NDWS=an+cothp+nN+LLan+n+其中，＋和分別是＋區(qū)中的摻雜濃度、擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散長(zhǎng)度。如果，則∞，響見(jiàn)圖。當(dāng)很小時(shí)，和η都呈現(xiàn)出一個(gè)峰。某個(gè)電池厚度出現(xiàn)η峰七、串聯(lián)電阻在任何一個(gè)實(shí)際的太陽(yáng)電池中，都存在著串聯(lián)電阻，其來(lái)源可以是引線、金屬接觸柵或電池體電阻。不過(guò)通常情況下，串聯(lián)電阻主要來(lái)自薄擴(kuò)散層。結(jié)收集的電流必須經(jīng)過(guò)以使串聯(lián)電阻減小。一定的串聯(lián)電阻的影響是改變－曲線的位置。八、金屬柵和光反射了使小，一般是使金屬柵做成又密又細(xì)的形狀。折射率等于n(為的折射率)的涂層能使反射率降為零。對(duì)太陽(yáng)光，采用多層涂層能得到更好的效果。許多結(jié)構(gòu)，如結(jié)和金屬半導(dǎo)體結(jié)，具有明顯的單向?qū)щ姷奶匦?。在照明條件一個(gè)太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率是其輸出功率與輸入功率之比。為獲取高效率，希望有大的。太陽(yáng)電池若用大的材料做成，則具有較高的開(kāi)路電壓。填充因子是－曲線拐點(diǎn)處陡度用值介于~的材料做成太陽(yáng)電池，可望達(dá)到最高效率。薄膜電池用直接帶隙半導(dǎo)體更為可取，因?yàn)樗茉诒砻娓浇展庾?。太?yáng)電池常規(guī)工藝自1953年研制出具有一定光電轉(zhuǎn)換效率的硅太陽(yáng)電池后，便被主要應(yīng)用于空間飛相應(yīng)地，研制了生產(chǎn)滿(mǎn)足空間電池的標(biāo)準(zhǔn)電池工藝流程。該工藝在六十年代和七十年。到七十年代中期，由于石油危機(jī)，人們將注意力投到新能源上。一些企業(yè)開(kāi)始生產(chǎn)專(zhuān)2、治金級(jí)硅提純?yōu)榘雽?dǎo)體級(jí)硅硅是地球外殼第二位最豐富的元素，提煉硅的原料是S。在目前工業(yè)提煉工藝中，2一般采用SO的結(jié)晶態(tài)，即石英砂在電弧爐中(如圖1)用碳還原的方法治煉得反應(yīng)2方程為2圖生產(chǎn)冶金級(jí)硅的電弧爐的斷面圖工業(yè)硅的純度一般為95％~99％，所含的雜質(zhì)主要為Fe、Al、Ga、M等。棒狀(或針狀、塊狀)多晶硅。習(xí)慣上把這種還原沉積出的高純硅棒叫作多晶硅。多晶硅經(jīng)過(guò)區(qū)熔法(Fz)和坩堝直拉法(CG)制成單晶硅棒。隨著太陽(yáng)電池的應(yīng)降低太陽(yáng)電池的成本決定于硅材料成本的降低。而硅材料成本的關(guān)鍵在于材料的制造方法。為了能與其它能源競(jìng)爭(zhēng)，一般要和晶硅太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率大于10％。達(dá)到這一要求實(shí)際上并不需要使用半導(dǎo)體級(jí)硅。人們研制、生產(chǎn)太陽(yáng)電池級(jí)硅(SOG——Si)。我們知道一些金屬(Ta、Mo、Nb、Zr、W、Ti和V)只要很低的濃度就能降低電池的性能，而另一些雜質(zhì)即便濃度超過(guò)1015／cm2仍不成問(wèn)題，此濃度大約比半導(dǎo)體級(jí)硅的雜質(zhì)濃度高100倍，這樣就可以選用成本較低的工藝來(lái)生產(chǎn)純度稍低的太陽(yáng)電池級(jí)硅，而仍舊能制造性能比較好的電池。為了進(jìn)一步降低電池成本，人們還在研究單晶硅。如圖2和圖3圖蹼狀硅生產(chǎn)設(shè)備示意圖圖柱形晶粒的多晶硅太陽(yáng)電池除了價(jià)格、成本和來(lái)源難易外，根據(jù)不同用途，可以從下幾方面選用硅材料1、導(dǎo)電類(lèi)型：從國(guó)內(nèi)外硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)的情況來(lái)看，多數(shù)采用P型硅材料，這是基于n＋／p型電池在空間的應(yīng)用及其傳統(tǒng)的生產(chǎn)歷史。也由于該種材料易得。2、電阻率：由硅太陽(yáng)電池的原理知道，在一定范圍內(nèi)，電池的開(kāi)路電壓隨著硅基體轉(zhuǎn)換效率較高。所以，地面應(yīng)用傾向于05~30cm的材料。太低的電阻率。反而使開(kāi)路電壓降低，并且導(dǎo)致填充因子下降。3、晶向、位錯(cuò)、壽命太陽(yáng)電池較多選用(111)和(100)晶向生長(zhǎng)的單晶。由于絨面電池相對(duì)有較高的吸光性能，較多采用(100)間的硅襯底材料。在不要求太陽(yáng)電池有很高轉(zhuǎn)換效率的場(chǎng)合，位錯(cuò)密度和電子壽命不作嚴(yán)格要求。硅單體太陽(yáng)電池的主要制造工藝主要包包括表面準(zhǔn)備、擴(kuò)散制結(jié)、制作電極和減反射膜幾道工序，下面分別作一敘述：硅片的表面處理硅片的表面準(zhǔn)備是制造硅太陽(yáng)電池的第一步主要工藝，它包括硅片的化學(xué)清洗和表面蝕。 硅片的化學(xué)處理通常，由單晶棒所切割的硅片表面可能污染的雜質(zhì)大致可歸納為三類(lèi)：、油脂、松通過(guò)一些化學(xué)清洗劑可以達(dá)到去污的目的。如硫酸、王水、酸性和堿性過(guò)氧化氫溶液等。硅片的表面腐蝕硅片經(jīng)過(guò)初步清洗去污后，要進(jìn)行表面腐蝕，這是由于機(jī)械切片后，在硅片表面留下的平均為~厚的損傷層，腐蝕液有酸性和堿性?xún)深?lèi)。酸性腐蝕法硝酸和氫氟酸的混合液可以起到很好的腐蝕作用，其溶液配比為濃硝酸：氫氟酸：到：。硝酸的作用是使單質(zhì)硅氧化為二氧化硅，其反應(yīng)為而氫氟酸使在硅表面形成的二氧化硅不斷溶解，使反應(yīng)不斷進(jìn)行，其反應(yīng)為SiO+6HF=H[SiF]+2HO2262生成的絡(luò)合物六氟硅酸溶于水，通過(guò)調(diào)整硝酸和氫氟酸的比例，溶液的溫度可控制腐蝕速度，如在腐蝕液中加入醋酸作緩沖劑，可使硅片表面光亮。一般酸性腐蝕液的配比為硅可與氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿的溶液起作用，生成硅酸鹽并放出氫氣，化學(xué)反應(yīng)溶液對(duì)()晶向硅片的腐蝕速度。圖硅片在不同濃度溶液中的腐蝕速率堿腐蝕的硅片表面雖然沒(méi)有酸腐蝕光亮平整，但制成的電池性能完全相同，目前，國(guó) 堿面硅表面的制備太陽(yáng)電池主要進(jìn)展之一是應(yīng)用了絨面硅片，絨面狀的硅表面是利用硅的各向異性腐圖在掃描電鏡下絨面電池表面的外貌高的峰是方形底面金字塔的頂。這些金字塔的側(cè)面是硅晶體結(jié)構(gòu)中相交的面由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，其反射率很低，故絨面電池也稱(chēng)為黑電池或無(wú)反射電池。各向異性腐蝕即腐蝕速度隨單晶的不同結(jié)晶方向而變化，一般說(shuō)來(lái)，晶面間的共價(jià)健的表面為()面的四面方錐體，由于腐蝕過(guò)程的隨機(jī)性，方錐體的大小不等，以控制在~為宜。硅的各向異性腐蝕液通常用熱的堿性溶液，如氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化鋰，聯(lián)氨和乙二胺等，商品化電池的生產(chǎn)中，通常使用廉價(jià)的氫氧化鈉稀溶液(濃度為~)來(lái)制備絨面硅，腐蝕溫度為左右，為了獲得均勻的絨面，還應(yīng)在溶液中添加醇類(lèi)(如無(wú)水乙醇或異丙醇等)作為絡(luò)合劑，加快硅的腐蝕。擴(kuò)散制結(jié)制結(jié)過(guò)程是在一塊基體材料上生成導(dǎo)電類(lèi)型不同的擴(kuò)散層，它和制結(jié)前的表面處理均是電池制造過(guò)程中的關(guān)鍵工序。制結(jié)方法有熱擴(kuò)散，離子注入，外延，激光及高頻電注入法擴(kuò)散是物質(zhì)分子或原子運(yùn)動(dòng)引起的一種自然現(xiàn)象，熱擴(kuò)散制—結(jié)法為用加熱方法使族雜質(zhì)摻入型或Ⅲ族雜質(zhì)摻入型硅。硅太陽(yáng)電池中最常用的族雜質(zhì)元素為磷，Ⅲ族雜質(zhì)元素為硼。對(duì)擴(kuò)散的要求是獲得適合于太陽(yáng)電池—結(jié)需要的結(jié)深和擴(kuò)散層方塊電阻，淺結(jié)死電池的填充因子，這樣，增加了工藝難度，結(jié)深太深，死層比較明顯，如果擴(kuò)散濃度太大，太陽(yáng)電池的結(jié)深一般控制在~，方塊電阻均~□，硅太陽(yáng)電池所用的涂布源擴(kuò)散涂布源擴(kuò)散一般分簡(jiǎn)單涂源擴(kuò)散和二氧化硅乳膠源涂布擴(kuò)散。簡(jiǎn)單涂源擴(kuò)散是用一、二滴五氧化二磷或三氧化二硼在水(或乙醇)中稀溶液，預(yù)先元素在擴(kuò)散溫度下向硅內(nèi)部擴(kuò)散。因而形成或結(jié)。工業(yè)生產(chǎn)中，涂布源方法有噴涂，刷涂，絲網(wǎng)印刷，浸涂，旋轉(zhuǎn)涂布等。該方法成本最佳擴(kuò)散條件常隨硅片的性質(zhì)和擴(kuò)散設(shè)備而變化。型硅片晶向()擴(kuò)散溫度~擴(kuò)散時(shí)間~氮?dú)饬髁縹雜質(zhì)源為特純?cè)谒蛞掖贾械娜芤罕砻娣綁K電阻~□二氧化硅乳膠實(shí)際上是一種有機(jī)硅氧烷的水解聚合物，能溶于乙醇等有機(jī)溶劑中，形成有一定粘度的溶液，它在~下燒烘烤后逐步形成無(wú)定型的二氧化硅。二氧化硅乳膠可在硅酸乙酯中加水和無(wú)水乙醇經(jīng)過(guò)水解而成，也可將四氯化硅通入醋酸后加乙醇制干燥溫度擴(kuò)散溫度~擴(kuò)散時(shí)間~則可使方塊電阻為~□結(jié)深左右。液態(tài)源擴(kuò)散液態(tài)源擴(kuò)散有三氯氧磷液態(tài)源擴(kuò)散和硼的液態(tài)源擴(kuò)散，它是通過(guò)氣體攜帶法將雜質(zhì)帶入擴(kuò)散爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散。其原理如圖：圖三氯氧磷擴(kuò)散裝置示意圖對(duì)于型硅片，三氯氧磷擴(kuò)散過(guò)程舉例如下：()將擴(kuò)散爐預(yù)先升溫至擴(kuò)散溫度(~)。先通入大流量的氮?dú)?~(~)和氧氣(~)，使石英壁吸收飽和。()取出經(jīng)過(guò)表面準(zhǔn)備的硅片，裝入石英舟，推入恒溫區(qū)，在大流量氮?dú)?~)保護(hù)下預(yù)熱分鐘。()調(diào)小流量，氮?dú)鈤、氧氣流量~。通源時(shí)間~。()失源，繼續(xù)通大流量的氮?dú)?，以趕走殘存在管道內(nèi)的源蒸氣。()把石英舟拉至爐口降溫5分鐘，取出擴(kuò)散好的硅片，硼液態(tài)源擴(kuò)散時(shí)，其擴(kuò)散裝置與三氯氧磷擴(kuò)散裝置相同，但不通氧氣。 固態(tài)氮化硼源擴(kuò)散固態(tài)氮化硼擴(kuò)散通常采用片狀氮化硼作源，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行擴(kuò)散。片狀氮化硼可用片預(yù)先在擴(kuò)散溫度下通氧30分鐘使氮化硼表面的三氧化二硼與硅發(fā)生反應(yīng)，形成硼硅玻璃沉積下在硅表面，硼向硅內(nèi)部擴(kuò)散。擴(kuò)散溫度為950~100C，擴(kuò)散時(shí)間15~30分鐘，氮?dú)饬髁?000ml／min以下，氮?dú)饬髁枯^低，可使擴(kuò)散更為均勻。 各種擴(kuò)散方法的比較設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。工藝要求較低，比較成熟。擴(kuò)散硅片中表面狀設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，擴(kuò)散硅片表面狀態(tài)良好，p—n結(jié)平整。均勻性，重復(fù)性較好。改進(jìn)涂布設(shè)備。可以適用自動(dòng)化，流水線生產(chǎn)。設(shè)備和操作比較復(fù)雜。擴(kuò)散硅片表面狀態(tài)好，p—n結(jié)面平整，均勻性，重復(fù)性較好，工藝成熟。設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，擴(kuò)散硅片表面狀態(tài)好，p—n結(jié)面平整，均勻性，重復(fù)性比液態(tài)源擴(kuò)散好適合于大批量生產(chǎn)。擴(kuò)散方法簡(jiǎn)單涂布源擴(kuò)散二氧化硅乳膠源涂布擴(kuò)散液態(tài)源擴(kuò)散氮化硼固態(tài)源擴(kuò)散擴(kuò)散過(guò)程中，在硅片的周邊表面也形成了擴(kuò)散層。周邊擴(kuò)散層使電池的上下電極形成去邊的方法有腐蝕法，即將硅片兩面掩好。在硝酸、氫氟酸組成的腐蝕液中腐蝕30施加一定壓力后，阻止腐蝕液滲入縫隙取得掩蔽。目前，工業(yè)化生產(chǎn)用等離子干法腐蝕，在輝光放電條件下通過(guò)氟和氧交替對(duì)硅作用，擴(kuò)散層的周邊。去除背結(jié) 化學(xué)腐法片腐蝕去背結(jié)后用溶劑溶去真空封蠟，再經(jīng)過(guò)濃硫酸或清洗液煮清洗。磨片法磨片法是用金鋼砂將背結(jié)磨去，也可以用壓縮空氣攜帶砂粒噴射到硅片背面除去。磨片后背面形成一個(gè)粗糙的硅表面，因此適應(yīng)于化學(xué)鍍鎳制造的背電極。 蒸鋁或絲網(wǎng)印刷鋁漿燒結(jié)法前兩種去除背結(jié)的方法，對(duì)于n＋／n和P＋／n型電池都適用，蒸鋁或絲網(wǎng)印刷鋁漿燒結(jié)法僅適用于型太陽(yáng)電池制作工藝。該方法是在擴(kuò)散硅片背面真空蒸鍍或絲網(wǎng)印刷一層鋁，加熱或燒結(jié)到鋁—硅共熔點(diǎn)()以上燒結(jié)合金(如圖)。經(jīng)過(guò)合金化以后，隨著降溫，液相中的硅將重新凝固出來(lái)，形成含有一定量的鋁的再結(jié)晶層。實(shí)際上是一個(gè)對(duì)硅摻雜的過(guò)程。它補(bǔ)償了背面電壓和短路電流，并減小了電極的接觸電阻。圖硅合金過(guò)程示意圖圖鋁硅相圖背結(jié)能否燒穿與下列因素有關(guān)，基體材料的電阻率，背面擴(kuò)散層的摻雜濃度和厚度，背面蒸鍍或印刷鋁層的厚度，燒結(jié)的溫度，時(shí)間和氣氛等因素。制作上下電極電極就是與—結(jié)兩端形成緊密歐姆接觸的導(dǎo)電材料。習(xí)慣上把制作在電池光照面采用的工藝方法。對(duì)于制作的上下電極材料一般要滿(mǎn)足下列要求()能與硅形成牢固的接觸()接觸電阻比較小，應(yīng)是一種歐姆接觸()有優(yōu)良的導(dǎo)電性()遮擋面積小，一般小于()收集效率高()可焊性強(qiáng)()成本低廉()污染比較小。歐姆接觸一般分高復(fù)合接觸，低勢(shì)壘接觸，高摻雜接觸等，制作方法有()真空蒸鍍法光加工的不銹鋼箔或鈹銅箔制成。()化學(xué)鍍鎳制作電極體鍍鎳比酸性溶液好，下面是一種典型鍍液的萬(wàn)分：化鎳氯化銨檸檬酸銨次磷酸鈉()絲網(wǎng)印刷制作電極電路的絲網(wǎng)漏印工藝引入太陽(yáng)電池的生產(chǎn)中。目前，該工藝已走向成熟，使線條的寬度可降到，高度達(dá)到~。上電極的設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方向是上電極金屬柵線的設(shè)計(jì)。當(dāng)單體電池的尺寸增加時(shí)，通的電極設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原則是使電池的輸出最大，即電池的串聯(lián)電阻盡可能小和電池的光照作用面積盡可能大。圖常見(jiàn)的上電極圖形金屬電極一般由兩部分構(gòu)成如圖所示，主線是直接將電流輸?shù)酵獠康妮^粗部分，柵線則是為了把電流收集起來(lái)傳遞到主線上去的較細(xì)的部分。如圖()那樣的對(duì)稱(chēng)分布可以分解成如圖得到，式中()所示的一個(gè)個(gè)的單體電池。這種單電池的最大輸出功率可由為單電池的面積，和分別為最大功率點(diǎn)的電流密度和電壓。用單電池的最大功率輸出歸一化后，得到柵線和主線的電阻功率損耗分別為1JSp=B2pmprfmsmfVWmpF1J1p=A2BpmprbmsmbVWmpBp=Fp=Fp=b圖示出主線和柵線的上電極設(shè)計(jì)的示意圖。圖中也表示出這個(gè)設(shè)計(jì)的對(duì)稱(chēng)性。根據(jù)這種對(duì)稱(chēng)性電極可以分解成個(gè)池的重要尺寸和分別為電極的柵線和主線的金屬層的薄層電阻。在某些情況下，這兩種就比較小。如果電極各部分是線性地逐漸變細(xì)的，則值為，如果寬度是均勻的，則由于柵線和主線的遮擋布而引起的功率損失是sfSF=B(F=B(p+p)=2Arbsbmin忽略直接由半導(dǎo)體到主線的電流，接觸電阻損耗僅僅是由于柵線所引起的，這都分功率損耗一般近似為JSp=pmp(5)cfcVWmpF其中是接觸電阻率。對(duì)于硅電池來(lái)說(shuō)，在一個(gè)太陽(yáng)下工作時(shí)，接觸電阻損耗一般不是主要問(wèn)題。余下的是由于在電池的頂層橫向電池所引起的損耗。其歸一化形式為pJP=smpS2tl12V其中是電池表面擴(kuò)散層的方塊電阻。主線的最佳尺寸可以由()和()式相加，然后對(duì)求導(dǎo)而得出。結(jié)果為當(dāng)主線的耗等于其遮擋損失時(shí)，其尺寸最佳，這時(shí)，pJW=ABsmbmp(7)BmV最小值由下式得出：ppJsmbmp這表明使用逐漸變細(xì)的主線()而不是等寬度的主線時(shí)()，功率損失大約低從上面一些式子可看出，單從數(shù)字上講，當(dāng)柵線的間距變得非常小以致橫向電流損耗可忽略不計(jì)時(shí)，出現(xiàn)最佳值。于是，最佳值由下面條件給出，即60WS即：(p+p+p+prfcfsftlsmfc.mpmV)=2Bminp+pm/B2Jsmfc.mp實(shí)際上，不可能得到這個(gè)最佳值，在特定的條件下，要保持產(chǎn)品有較高的成品率，及的最小值均受到工藝條件的限制。在這種情況下，可通過(guò)簡(jiǎn)單的迭代法實(shí)現(xiàn)最佳柵線的設(shè)計(jì)。若把柵線寬度取作在特可計(jì)算出相應(yīng)的各部分功率損失ρ，ρ，ρ和ρ。然后可按下式求出一個(gè)更接近最佳值S'(3p-p-p)sftl這個(gè)過(guò)程將很快收斂到相應(yīng)于最佳值的一個(gè)不變的值上。從式()計(jì)算的值是一得出一個(gè)穩(wěn)定的迭代結(jié)果。對(duì)于下電極的要求是盡可能布滿(mǎn)背面，對(duì)于絲網(wǎng)印刷，覆蓋面積將影響到填充因子。減反射膜制作光照射到平面的硅片上，其中一部分被反射，即使對(duì)絨面的硅表面，由于入射光產(chǎn)生多次反射而增加了吸收，但也有約的反射損失。在其上覆蓋一層減反射膜層，可大大降低光的反射，圖中示出四分之一波長(zhǎng)減反射膜的原理。從第二個(gè)界面返回到第一個(gè)界面的反射光與第一個(gè)界面的反射光相位差，所以前者在一定程度上抵消了后者。圖由四分之一波長(zhǎng)減反射膜產(chǎn)生的干涉效應(yīng)在正常入射光束中從覆蓋了一層厚度為的透明層的材料表面反射的能量所占比例的表達(dá)式為r2+其中、r=n-n01,1n+n2n+n12式中代表不用媒質(zhì)層的折射率。由下式給出：時(shí)，反射有最小值：如果反射率是其兩邊材料的折射率的幾何平均值()，則反射值為零。對(duì)于在空氣中的硅電池()，減反射膜的最佳折射率是硅折射率的平方根(即)。圖中有一條曲線表示出在硅表面覆蓋有最佳折射率()的減反射膜的情況下，從硅表面反射的入射光的百分比與波長(zhǎng)的關(guān)系。圖從裸露的硅表面和從覆蓋有折射率為和的的百分比與波長(zhǎng)的關(guān)系減反射膜的厚度的選取使得波長(zhǎng)在處產(chǎn)生最小的反射。虛線表示將硅封裝在玻璃或有類(lèi)似折射率的材料之下的結(jié)果覆蓋有折射率為的減反膜的電池在封裝前為封裝后對(duì)光的反射情況也表示在圖中。光散射問(wèn)題。表：制作減反射膜所用材料的折射系數(shù)料減反膜的制備方法真空鍍?yōu)R射法折射系數(shù)~~~~~~~~類(lèi)金剛石膜膜法沉積鈦酸乙酰單體太陽(yáng)電池不能直接作電池使用。作電源用必須將若干單體電池串、并聯(lián)連接并嚴(yán)密封裝成組件。對(duì)太陽(yáng)電池組件要求為：()有一定的標(biāo)稱(chēng)工作電流輸出功率。()工作壽命長(zhǎng)，要求組件能正常工作~年，因此要求組件所使用的材料，零部件及結(jié)構(gòu)，在使用壽命上互相一致，避免因一處損壞而使整個(gè)組件失效。()有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能經(jīng)受在運(yùn)輸、安裝和使用過(guò)程中發(fā)生的沖突，振動(dòng)及其它應(yīng)力。()組合引起的電性能損失小。()組合成本低。太陽(yáng)電池組件的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式常規(guī)的太陽(yáng)電池組件結(jié)構(gòu)形式有下列幾種，玻璃殼體式結(jié)構(gòu)如圖，底盒式組件如圖，平板式組件如圖，無(wú)蓋板的全膠密封組件如圖。目前還出現(xiàn)較新的雙面件。圖玻璃殼體式太陽(yáng)電池組件示意圖圖圖平板式太陽(yáng)電池組件示意圖圖全膠密封太陽(yáng)電池組件示意圖太陽(yáng)電池組件的封裝材料組件工作壽命的長(zhǎng)短和封裝材料，封裝工藝有很大的關(guān)系，它的長(zhǎng)短是決定組件壽命起到長(zhǎng)期保護(hù)電池的作用。作上蓋板的材料有：鋼化玻璃、聚丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂、氟化乙烯丙烯、透明聚酯、聚碳酯等。目前，低鐵鋼化玻璃為最為普遍的上蓋板材料粘結(jié)劑主要有：室溫固化硅橡膠、氟化乙烯丙烯、聚乙烯醇縮丁醛、透明雙氧樹(shù)酯、聚醋酸()在可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有高透光性()具有彈性()具有良好的電絕緣性能。()能適用自動(dòng)化的組件封裝板、鋁合金、有機(jī)玻璃、等。目前較多應(yīng)用的是復(fù)合膜，要求()具有良好的耐氣候性能()層壓溫度下不起任何變化()與粘接材料結(jié)合牢固框平板組件必須有邊框，以保護(hù)組件和組件與方陣的連接固定。邊框?yàn)檎辰Y(jié)劑構(gòu)成對(duì)組組件制造工藝流程如下：制備互連條玻璃清洗單體電池上電極焊互連條單防電池分選組合焊接組合電池測(cè)試疊層層壓封裝固化邊框封裝組件檢驗(yàn)組件包裝第三章太陽(yáng)電池測(cè)試太陽(yáng)電池是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能的半導(dǎo)體器件，從應(yīng)用和研究的角度來(lái)考慮，其光電據(jù)標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光下的測(cè)試數(shù)據(jù)估算出實(shí)際應(yīng)用時(shí)太陽(yáng)電池的性能參數(shù)。太陽(yáng)輻射的基本特性 ()發(fā)光強(qiáng)度。按照年第屆國(guó)防計(jì)量會(huì)議()確定，以坎德拉()率為()光通量。光通量的單位是流明()，它用來(lái)計(jì)量所發(fā)出的總光量，發(fā)光強(qiáng)度為()光強(qiáng)度。指照射于一表面的光強(qiáng)度，它用勒克斯()作為單位，當(dāng)光通量的光強(qiáng)射到面積上時(shí)，該面積所受的光照度(簡(jiǎn)稱(chēng)照度)就是。()輻射度，通常稱(chēng)為光強(qiáng)，即入射到單位面積上的光功率，單位是或。 輻照度及其均勻性對(duì)空間應(yīng)用，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)輻照度為對(duì)地面應(yīng)用，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)輻照度為(另一種較早的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為)，。實(shí)際上地面陽(yáng)光和很多復(fù)雜因素有關(guān)，這一數(shù)值僅在特定的時(shí)間及理想的氣候和地理?xiàng)l件下才能獲得。地面上比較常見(jiàn)的輻射照度是在范圍內(nèi)，除了輻照度數(shù)值范圍以外，太陽(yáng)輻射的特點(diǎn)之一是其均勻性，這種均勻性保證了同一太陽(yáng)電池方陣上各點(diǎn)的輻照度相同。 光譜分布太陽(yáng)電池對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有不同的響應(yīng)，就是說(shuō)輻照度相同而光譜成分不同的光照氣層到達(dá)地面所經(jīng)過(guò)的路程為大氣層厚度的標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜。此時(shí)太陽(yáng)的天頂角為，原因是這種情況在地面上比較有代表總輻射和間接輻射在大氣層外，太陽(yáng)光在真空中輻射，沒(méi)有任何漫射現(xiàn)象，全部太陽(yáng)輻射都直接從太陽(yáng)，由于云層反射或嚴(yán)重的大氣污染所致。 輻照穩(wěn)定性天氣晴朗時(shí)，陽(yáng)光輻照是非常穩(wěn)定的，僅隨高度角而緩慢的變化，當(dāng)天空有浮云或嚴(yán)的均勻性和穩(wěn)定性，這樣的標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光在室外能找到的機(jī)會(huì)很少，而太陽(yáng)電池又必須在這種條穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬器是在工作時(shí)輸出輻照度穩(wěn)定不變的太陽(yáng)模擬器，它的優(yōu)點(diǎn)是能提供連脈沖式太陽(yáng)模擬器，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。用來(lái)裝置太陽(yáng)模擬器的電光源通常有以下幾種：鹵光燈：簡(jiǎn)易型太陽(yáng)模擬器常用鹵光燈來(lái)裝置。但鹵光燈的色溫值在左右，它用昂貴的濾光設(shè)備，通常用厚的水膜來(lái)濾除一部分紅外線，使它近紅外區(qū)的光譜適當(dāng)改善，但卻無(wú)法補(bǔ)充過(guò)少的紫外線。高些，和冷光罩配合的鹵鎢燈常設(shè)計(jì)成高色溫，可達(dá)，但使它的壽命大大縮短，額定壽命僅小時(shí)。因此需經(jīng)常更換。氙燈：氙燈的光譜分布從總的情況來(lái)看比較接近于日光，但在之間有紅外線，比太陽(yáng)光大幾倍。因此必須用濾光片濾除，現(xiàn)代的精密太陽(yáng)模擬器幾乎都用氙燈作電源，主要原因是光譜比較接近日光，只要分別加上不同的濾光片即可獲得或復(fù)雜的光學(xué)積分裝置來(lái)使光斑均勻。從電路來(lái)考慮是它需要一套復(fù)雜而比較龐大的電源及起脈沖氙燈：脈沖式太陽(yáng)模擬選用各種脈沖氙燈作為光源，這種光源的特點(diǎn)是能在短時(shí)光斑。輻照不均勻度是對(duì)測(cè)試平面上不同點(diǎn)的輻照度來(lái)說(shuō)，當(dāng)輻照度不隨時(shí)間改變時(shí)，輻照輻照不均勻度＝±(最大輻照度－最小輻照度)(最大輻照度＋最小輻照度)×％積的檢測(cè)電池來(lái)檢測(cè)。在測(cè)量組件時(shí)，應(yīng)使用不超過(guò)待測(cè)組件面積的檢測(cè)電池來(lái)檢測(cè)。測(cè)試平面上同一點(diǎn)的輻照度隨時(shí)間改變時(shí)。輻照不穩(wěn)定度按下式計(jì)算輻照不穩(wěn)定度＝±(最大輻照度－最小輻照度)(最大輻照度＋最小輻照度)式中：F(入)和F(入)分別是被測(cè)電池()和標(biāo)準(zhǔn)電池()在狀態(tài)下的相對(duì)光譜電流，即光譜電流λ與短路電流之比：λ－定義為光譜，它表示太陽(yáng)模擬器光譜輻照度еλ和的光譜輻照度。еλ的相對(duì)偏差：e即由上述容易看到，在兩種特殊情況下光譜失配誤差消失：一種情況是太陽(yáng)模擬器的光多，也不易測(cè)量正確，不可能在測(cè)量伏安特性之前先把每片太陽(yáng)電池的光譜響應(yīng)測(cè)量一下。模擬器，從而對(duì)太陽(yáng)電池的光譜響應(yīng)不必再提出要求。測(cè)量太陽(yáng)電池的電性能歸結(jié)為測(cè)量它的伏安特性，由于伏安特性與測(cè)試條件有關(guān)，必被測(cè)量電池光譜響應(yīng)基本相同的標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池。測(cè)量伏安特性的原理框圖如下：圖測(cè)量伏安特性的電路框圖注意：測(cè)量太陽(yáng)電池的電壓和電流，應(yīng)從被測(cè)件的端點(diǎn)單獨(dú)引出電壓線和電流線。測(cè)試項(xiàng)目()開(kāi)路電壓()短路電流()最佳工作電壓()最佳工作電流()最大輸出功率()光電轉(zhuǎn)換效率()填充因子()伏安特性曲線或伏安特性()短路電流溫度系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)電流溫度系數(shù)()開(kāi)路電壓溫度系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)電壓溫度系數(shù)()內(nèi)部串聯(lián)電阻()內(nèi)部并聯(lián)電阻電性能測(cè)試的一般規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定地面標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光光譜采用總輻射的標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光光譜。地面陽(yáng)光的總輻照度規(guī)定為。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度規(guī)定為對(duì)定標(biāo)測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度的允許差為。對(duì)非定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度允許差為。如受客觀條件所限，只能在非標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行測(cè)試，，則必須將測(cè)量結(jié)果換算到標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)量?jī)x器與裝置()標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池用于校準(zhǔn)測(cè)試光源的輻射照度。對(duì)工作標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池作定標(biāo)測(cè)試時(shí)，用二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池校準(zhǔn)輻射度。在非定標(biāo)測(cè)試中，一般用工作標(biāo)準(zhǔn)輻照度，要求時(shí)用級(jí)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池。()電壓表(包括一切測(cè)量電壓的裝置)電壓表的精度應(yīng)不低于級(jí)。電流表內(nèi)阻應(yīng)小到能保證在測(cè)量短路電流時(shí)，被電池兩端的電壓不超過(guò)開(kāi)路電壓的。當(dāng)要求更精確時(shí)，在開(kāi)路電壓的以?xún)?nèi)可利用電壓和電流的線性關(guān)系來(lái)推算完全短路推薦用數(shù)學(xué)毫伏表測(cè)量取樣電阻兩端電壓降的方法來(lái)測(cè)量電流。()取樣電阻取樣電阻的精確度應(yīng)不低于。必須采用四端精密電阻電池短路電流和取樣電阻值的乘積應(yīng)不超過(guò)電池開(kāi)路電壓的。()負(fù)載電阻負(fù)載電阻應(yīng)能從零平滑地調(diào)節(jié)到以上。必須有足夠的功率容量，以保證在通電()函數(shù)記錄儀函數(shù)記錄儀有于記錄太陽(yáng)電池的伏安特性曲線。函數(shù)記錄儀的精密應(yīng)不低于級(jí)。對(duì)函數(shù)記錄儀內(nèi)阻的要求和對(duì)電壓表內(nèi)阻的要求相同。()溫度計(jì)溫度計(jì)或測(cè)溫系統(tǒng)的儀器誤差應(yīng)不超過(guò)量探頭的體積和形狀應(yīng)保證它能盡量靠近太陽(yáng)電池的測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)不超過(guò)裝。()室內(nèi)測(cè)試光源輻照度、輻照和均勻度、穩(wěn)定度、準(zhǔn)直性及光譜分布均應(yīng)符合一定的要求。 基本測(cè)試方法所規(guī)定的測(cè)試項(xiàng)目中，開(kāi)路電壓和短路電流可以用電直接測(cè)量，其它參數(shù)從伏安特性太陽(yáng)電池伏安特性應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)地面陽(yáng)光、太陽(yáng)模擬器或其它等效的模擬陽(yáng)光下測(cè)量。太陽(yáng)電池的伏安特性應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)試，如受客觀條件所限，只能在非標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)試，則測(cè)試結(jié)果應(yīng)換算到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件。在測(cè)量過(guò)程中，單體太陽(yáng)電池的測(cè)試溫度必須恒定在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度?？梢杂谜诠夥▉?lái)控制太陽(yáng)電池組件、組合板或方陣的測(cè)試溫度模擬陽(yáng)光的輻射度只能用標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池來(lái)校準(zhǔn)，不允許用其它輻射測(cè)量?jī)x表。用于校準(zhǔn)輻照度的標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池應(yīng)和待測(cè)太陽(yáng)電池具有基本相同的光譜響應(yīng)。(注：從非標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件換算到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件電流和電壓換算公式當(dāng)測(cè)試溫度、輻照度和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件不一致時(shí)，可用以下?lián)Q算公式校正到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條I2=I1+ISC-1+a(T2-T1)V=V-R(I-I)-KI(T-T)+b(T-T)S22121：標(biāo)準(zhǔn)電池在實(shí)測(cè)條件下的短路電流。：曲線校正因子，一致可?。汉蜕鲜龆搪冯娏鳒囟认禂?shù)相對(duì)應(yīng)的開(kāi)路電壓溫度系數(shù)。注：以上各參數(shù)的單位必須統(tǒng)一。室外陽(yáng)光下測(cè)試)測(cè)試場(chǎng)地及周?chē)h(huán)境測(cè)試場(chǎng)地周?chē)牡孛婵諘?，不遮光。反光及散光的任何物體。測(cè)試場(chǎng)地周?chē)孛嫔蠎?yīng)無(wú)高反射的物體，如冰雪、白灰和亮沙子等。)氣候及陽(yáng)光條件天氣及晴朗，太陽(yáng)周?chē)鸁o(wú)云。陽(yáng)光總輻照度不低于標(biāo)準(zhǔn)總輻射度的。天空散射光所占比例不大于總射的。在測(cè)試周期內(nèi)，輻照的產(chǎn)穩(wěn)定度應(yīng)不大于。)安裝要求被測(cè)電池、標(biāo)準(zhǔn)電池應(yīng)安裝在同一平面上，并盡量靠近，測(cè)試平面的法線和入射光線的夾角應(yīng)不大于太陽(yáng)電池內(nèi)部串聯(lián)電阻的測(cè)量)本方法在太陽(yáng)模擬器或其它模擬陽(yáng)光下測(cè)量太陽(yáng)電池內(nèi)部串聯(lián)電阻，所用的裝置和測(cè)量伏安特性的裝置相同。但要求測(cè)試平面上的輻照度大致能在到)用二種不同的輻照度，分別測(cè)量二條伏—安特曲線，畫(huà)在同一座標(biāo)上，如圖。二種輻照度大致取為和，不需知道正確的數(shù)值。輻照度改變時(shí)要求溫度變化不超過(guò)。)圖中，在二條曲線的最大功率點(diǎn)附近各選擇一點(diǎn)和，使?jié)M足按下式算出VVR=QPS1II)重復(fù)和從曲線和算出，從曲線和算出。被測(cè)太陽(yáng)電池的內(nèi)部串聯(lián)電阻。R+R+RS3圖伏安特性曲線太陽(yáng)電池電流和電壓溫度系數(shù)的測(cè)量太陽(yáng)電池的短路電流溫度系數(shù)和開(kāi)路電壓溫度系數(shù)隨輻照情況而改變，并與溫度度范圍根據(jù)需要來(lái)確定。)測(cè)試光源用太陽(yáng)模擬器或其它模擬陽(yáng)光，推薦使用脈沖式太陽(yáng)模擬器。)溫度傳感器附著在被測(cè)的太陽(yáng)電池上，盡量靠近結(jié)。)被測(cè)器件安裝在能控制溫度的測(cè)試架上，接觸面應(yīng)有良好的熱傳導(dǎo)，溫度恒)工作標(biāo)準(zhǔn)電池和被測(cè)電池并排放置在測(cè)試平面的有效輻照區(qū)內(nèi)。)工作標(biāo)準(zhǔn)電池校準(zhǔn)輻照度。)把溫度調(diào)節(jié)到所需溫度范圍的最低點(diǎn)，測(cè)量開(kāi)路電壓和短路)把溫度升高，穩(wěn)定后再測(cè)量開(kāi)路電壓和短路電流。)重復(fù)，直到所需溫度范圍的最高點(diǎn)。)用統(tǒng)計(jì)方法處理數(shù)據(jù)，畫(huà)出短路電流——溫度以及開(kāi)路電壓——溫度二條曲線。線)在所需溫度范圍的中點(diǎn)，求出上述二條曲線的斜率，即和。pc=n.Sc和是單體電池的電流和電壓溫度系數(shù)。和是組件、組合板或方陣的電流和電壓溫度系數(shù)。)當(dāng)溫度低于環(huán)境溫度時(shí)，為了防止被測(cè)器件的表面生成冷凝水珠，可以用干燥的氮?dú)獗Ｗo(hù)，必要時(shí)在高真空中測(cè)試。非晶硅太陽(yáng)電池電性能測(cè)試須知非晶硅太陽(yáng)電池電性能測(cè)試方法從原則到具體程序都和單晶硅、多晶硅太陽(yáng)電池電性能測(cè)試相同，但必須注意以下幾點(diǎn)區(qū)別，否則可能導(dǎo)致嚴(yán)重的測(cè)量誤差。校準(zhǔn)輻照度應(yīng)選用恰當(dāng)?shù)?、?zhuān)用于非晶硅太陽(yáng)電池測(cè)試的非晶硅標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池來(lái)校準(zhǔn)輻照度。由從波長(zhǎng)范圍，內(nèi)光譜分布的詳細(xì)數(shù)據(jù)或曲線，以便計(jì)算光譜失配誤差。光譜響應(yīng)時(shí)應(yīng)注意有關(guān)情況。和環(huán)境試驗(yàn)方法太陽(yáng)電池組件參數(shù)測(cè)量的內(nèi)容，除常用的和單體太陽(yáng)電池相同的一些參數(shù)外，還應(yīng)包件和能采用參考組件來(lái)校準(zhǔn)輻照度要比直接用標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池來(lái)校準(zhǔn)輻照度更值得推薦，在室內(nèi)額定工作溫度和的編寫(xiě)，其定義是太陽(yáng)電阻組件在輻照度為、環(huán)境溫度、風(fēng)速為的環(huán)境條件下，太陽(yáng)電池的工作溫度。某種組件的額定工作溫度和它的實(shí)際工作溫度以及環(huán)境溫度之間有如下的經(jīng)驗(yàn)公式：t=t+t=t+Eee80由于太陽(yáng)電池組件的實(shí)際工作溫度常難以直接測(cè)定。因此采用上式公式來(lái)進(jìn)行估算是有意義的。測(cè)定了環(huán)境溫度及輻照度便可根據(jù)它的數(shù)據(jù)來(lái)估算實(shí)際工作溫度。各種組件的應(yīng)當(dāng)由專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)來(lái)測(cè)定。某種組件的下一組典型的數(shù)據(jù)可作為參考標(biāo)準(zhǔn)。組件封裝狀況()用玻璃做基板無(wú)氣隙封裝用玻璃做基板的有氣隙封裝采用帶有散熱片的鋁質(zhì)基板采用不帶散熱的鋁質(zhì)基板采用塑料基板取決于它的封裝情況，以絕緣電阻測(cè)量是測(cè)量組件輸出端和金屬基板或框架之間的絕緣電阻。在某些環(huán)境試驗(yàn)檢查對(duì)地電位、靜電效應(yīng)，以及金屬基板、框架、支架等接地是否良好等，建議最好光用容氣相對(duì)溫度應(yīng)不大于。地面用硅太陽(yáng)電池組件環(huán)境試驗(yàn)概況地面用太陽(yáng)電池組件常年累月運(yùn)行于室外環(huán)境，必須能反復(fù)經(jīng)受各種惡劣的氣候條件及其它多變的環(huán)境條件，并保證要在相當(dāng)長(zhǎng)的額定壽命(通常要求年以上)內(nèi)其電性能后)均需觀察和檢查組件外表有無(wú)異常現(xiàn)象，最大輸出功率的下降是否大于。凡是外觀發(fā)生異?；蜃畲筝敵龉β氏陆荡笥谡呔鶠椴缓细?。這是各項(xiàng)試驗(yàn)的共同要求，以下不再逐一說(shuō)明。交變。交變的溫度范圍規(guī)定為—凡用鋼化玻璃為蓋板的組件應(yīng)交變每項(xiàng)試驗(yàn)前后均應(yīng)測(cè)量電性能參數(shù)，并觀察試驗(yàn)后外表有列異常，以下從略。地面用太陽(yáng)電池組件應(yīng)放在—的低溫環(huán)境下貯存小時(shí)。地面用太陽(yáng)組件應(yīng)放應(yīng)相對(duì)濕度為，溫度為的濕熱環(huán)境下存放天。，小于者為不合格。振動(dòng)及沖擊試驗(yàn)?zāi)康氖强己似淠褪苓\(yùn)輸?shù)哪芰?。因此?yīng)在良好的包裝條件下進(jìn)行試振動(dòng)頻率：~振動(dòng)時(shí)間：法向分鐘，切向