太阳能电池结构材料中侧向光伏效应的研究

刘文哲

摘 要：太陽能电池的使用主要是通过光电效应将光能转化为电能的过程，太阳能电池作为当下绿色发电途径，对节能环保理念的落实具有重要作用。太阳能电池结构材料是发电的主体，受光照作用的影响，半导体材料的不同部位之间会产生电位差，这也是光伏效应的产生过程。侧向光伏效应与太阳能电池结构材料中的层结构、工作温度、外偏压等具有一定的关系，其影响着侧向光伏效应的产生，对此文章就太阳能电池结构材料中侧向光伏效应进行研究。

关键词：太阳能电池; 电池结构材料; 侧向光伏效应

在太阳光的照射下，太阳能电池半导体之间会产生电位差，电位差也是光伏效应的主要主要表现。光伏效应的产生是太阳能电池发电的必然因素，光伏效应在太阳能结构材料中的使用较多，且具有一定的广泛性，对此学者就光伏效应进行了相关的研究。

一、侧向光伏效应的原理

以激光照射半导体为例，将一束激光照射在半导体表面任何位置，在照射过程中，激光照射点会激发半导体产生电子空穴。在电场作用下，电子将不断向半导体的一侧进行移动，空穴则向半导体的另一端进行移动，这也就会导致半导体一侧会累积大量电子，另一侧会累积大量空穴，这也就形成了半导体中的纵向光伏效应。纵向光伏效应表面上会产生电势差，但受激光照射的影响，激光照射属于非均匀光照，这也就导致载流子会以光照位置为中心，向四周进行扩散。

根据载流子扩散能够对载流子数量与侧向光电压之间的关系进行分析，在不断的分析过程中能够对侧向光电压与激光照射位置的变化关系进行分析。但受材料种类、载流子寿命等印度的影响，不同太阳能电池结构中其侧向光伏效应的响应具有差异性，且此类差异均在参数变化的可控范围之内。

二、太阳能电池结构中侧向光伏效应

2.1非晶硅结构侧向光伏效应

非晶硅结构电池生产成本较低，其光电转化效率高，在制备非晶硅结构的过程中，非晶硅制备工艺较为简洁，因此在其制备过程中其制备具有产业化特点，在太阳能电池结构的制备过程中具有重要作用。非晶硅结构侧向光伏响应较低，在对其侧向光伏响应与测量的关系中，有学者发现通过对改变激光照射功率，其光谱响应范围会出现变化，就侧向光伏响应来讲，其响应与激光波长具有一定的影响，在较大光功率的照射过程中，伴随波长的增长光伏响应逐渐增加。受照射光功率的影响，侧向光伏响应与电极之间的间距存在着一定的依赖关系，但依赖关系同样具有差异性。

2.2单晶Si p-n结中的双极性侧向光伏效应

对于半导体来讲，在激光照射半导体从而产生电子与空穴的对立电场时，受半导体层级的影响，不同层级之间其电子与空穴具有差异性，同时受侧向光伏效应的原理所影响，研究人员往往重视半导体一侧的侧向光电压信息。在研究过程中，单晶Si p-n结在接受激光束照射时，受激光束照射点位置的影响，激光束从侧面照射时，半导体的上下表面会产生畸形相反的侧向光电压，且在不断的实践过程中得出结论，不同位置的激光束照射会产生不同的侧向光电压响应，这也在一定程度上影响着单晶Si p-n结中的双极性侧向光伏效应。

2.3 Cu（In，Ga）Se2异质结中的侧向光伏效应

Cu（In，Ga）Se2以黄铜矿结构为机体，在半导体类型中属于直接带隙半导体，在太阳能电池结构中的应用，其光吸收系数较高，因此在太阳能电池结构中的应用较为广泛。在此异质结的使用过程中，使Ga替代In的位置，晶体之间的晶格常数与原子之间的作用力会发生变化。受此结构带隙夜店与光吸收系数的影响，其在太阳能电池结构中的应用广泛，同时该结构具有抗辐射能力与较高的光电转换效率，这也就使得其在新能源薄膜太阳能电池结构中的使用较为广泛，是提升薄膜太阳能电池电池效率的有效途径。

2.4硫化锑异质结中的侧向光伏效应

硫化锑属于化合物半导体材料，在太阳能电池结构中的使用具有稳定性，且光电转换效率较高，基于此被认为是太阳能电池的理念材料。在对硫化锑性能的研究过程中，其在侧向光伏效应与光伏效应之间表现出了一定的区别，对此考虑硫化锑侧向光伏响应性能较高。在对硫化锑侧向光伏效应的研究中可知，以太阳能电池结构为研究对象，硫化锑侧向光伏实验性能较高，符合预期要求。

2.5 GaAs/Al0.3Ga0.7As异质结中的侧向光伏效应

对于光伏效应和侧向光伏效应，载流子寿命和内建电场高度是决定其性能的两个重要关键参数，因此，技术人员一直希望通过不同的调控方法或掺杂技术来提高内建电场高度和改善载流子寿命。然而，载流子寿命和内建电场高度的提升往往却不能同时发生，另外，随着掺杂浓度增加，载流子寿命会先缓慢增加，当载流子浓度越高时，寿命极值越高，之后随载流子浓度增加，寿命开始逐渐减小，然而在该掺杂过程中异质结界面势垒高度则始终保持增强，因此，通过该系列材料异质结样品的研究可以阐明势垒高度和载流子寿命各自对器件性能的影响和作用。

三、总结与展望

侧向光伏效应作为光电效应的一种，其在新能源太阳能电池结构中的应用具有重要作用。侧向光伏效应对光源与光学系统的要求较低，且光电转换效率较高，基于此在当下太阳能电池结构中的研究较为深入。文章就几种太阳能电池结构材料进行了分析，结果表明，侧向光伏效应与光伏效应在性能参数等方面性能具有一致性，能够实现在太阳能电池结构中的应用，但就其长远发展来讲，同样存在着一定的应用问题急需解决。

太阳能电池结构材料中存在着侧向光伏效应与侧向光电流与光电阻效应，但在当下的研究过程中只对侧向光伏效应进行了研究，缺乏对其他相应的联合研究，这也就使得其应用效率难以保障。薄膜太阳能电池作为当下新能源太阳能电池发展的主要形式，其具有外观灵活性特点，但就侧向光伏的研究来讲，其主要倾向于刚性结构材料，这也就导致材料使用具有一定的限制性，无法适用于全部太阳能电池结构的应用过程中。

参考文献：

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