浅谈太阳电池电性能参数及影响因素

摘要： 太阳电池输出特性是衡量太阳电池的一个重要参数。在不同负载和光强条件下，通过对特定型号的多晶硅太阳电池输出实验研究，数据分析表明，硅太阳电池的伏安特性呈非线性；Voc、Isc等随日照强度变化而变化。

关键字：太阳电池、电性能参数、Rs、Rsh

一、引言

在20世纪的能源结构中，人类主要利用的是一次能源。经过长时间的消费，已消耗了相当大的比例，且随着人口的增长对能源的消费将不断增加。太阳能作为可再生能源已成为当今主流，但目前晶体硅太阳电池所面临的低效率已被全世界能源机构研究讨论。而影响太阳电池效率的因素除材料结构、性质外串联电阻、并联电阻、填充因子和环境因素都是影响太阳电池的转换效率的主要因素。

二、电性能参数介绍

1. Rs、Rsh、Pmpp、FF各电性能参数之间的关系

（1）在所有参数中，只有电压和电流是测量值，其他参数均是计算值。

（2）Pmpp为在I-V曲线上找一点，使改点的电压乘以电流所得最大，该点对应的电压就是最大功率点电压Umpp，该点对应得电流就是最大功率点电流Impp

（3）Rs为在光强为1000W/M2和500W/M2下所得最大功率点的电压差与电流差的比值，只是一个计算值，所以有时候会出现负值的情况

（4）Rsh为暗电流曲线下接近电流为0时曲线的斜率

（5）Rs和Rsh决定FF

（6）Rsh和Irev1、Irev2有对应的关系

2. Rs、Rsh组成及影响因素

（1）Rs组成

測试中的串联电阻Rs主要由以下几个方面组成：

①材料体电阻（可以认为电阻率为ρ的均匀掺杂半导体）属于固定电阻，也就是基本电阻；

②正面电极金属栅线体电阻属于固定电阻，也就是基本电阻；

③正面扩散层电阻属于固定电阻，也就是基本电阻；

④背面电极金属层电阻属于固定电阻，也就是基本电阻；

⑤正背面金属半导体接触电阻是变量电阻烧结效果的好坏直接影响Rs的最终值；

⑥外部因素影响，如探针和片子的接触属于外部测试因素，也会导致Rs变化

烧结的关键就是欧姆接触电阻，也就是金属浆料与半导体材料接触处的电阻。

（2）Rsh组成

测试中并联电阻Rsh主要是由暗电流曲线推算出，主要由边缘漏电和体内漏电决定

边缘漏电主要由以下几个方面决定：

①边缘刻蚀不彻底

②硅片边缘污染

③边缘过刻

体内漏电主要几个方面决定

①方阻和烧结的不匹配导致的烧穿

②由于铝粉的沾污导致的烧穿

③片源本身金属杂质含量过高导致的体内漏电

④工艺过程中的其他污染，如工作台板污染、网带污染、炉管污染、DI水质不合格等

（3） Rs、Rsh影响因素

Rs、Rsh大小决定太阳电池输出特性，理想太阳电池要求Rs越小越好，Rsh越大越好。Rs越小太阳电池输出就越大，反之，Rs越大则影响太阳电池输出效率。Rsh越大流过太阳电池并联电阻的电流就越小，反之，Rsh越小流过太阳电池并联电阻的电流就越大流过串联电阻的电流就越小。

Rs偏大原因

①扩散方块电阻是否存在偏大现象

②原始硅片电阻率是否偏大

③丝网印刷正面主副栅线虚印情况

④测试机探针是否正好压到主栅线上

⑤印刷烧结设备及工艺问题

Rsh偏低原因

①原材料因素-硅片中金属杂质含量过高、缺陷密度过大

②工艺因素-a、刻蚀时间过短、周边N型层未全部除去或过刻

b、SI3N4膜的致密性较差导致烧结易烧穿

c、扩散烧结温度太高、方阻太高

③工艺工程污染-a、设备环境污染、炉管污染、工作台

b、 人为使用工具污染

三、总结

所以在电性能参数中，我们认为，FF、Rs、Rsh这三个参数是紧密相连的一组。可用Rs、Rsh直观地判断FF的好坏。即Rs和Rsh主要影响FF，当他们性能很差时对Voc和Isc的影响也是很显著的。

作者简介：

代术华 （1988.03），男，汉，四川安岳人，本科，助教，专业：光伏材料应用技术，主要研究方向：光伏教育。