有关非晶硅太阳电池的性能分析实验实例

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　　北京有色金属研究总腕，北京， ］00088）

　　摘 要

　　本文通过一种简单的太阳电池等效电路对非晶硅太阳电池弱光性能进行了分析，认为串联电阻和并联电阻是影响弱光条件下非晶硅太阳电池填充因子的主要因素，增大并联电阻是改善弱 光 性

　　能的必要条件。

　　Ig74年研制成功非晶硅太阳电池cD，由于成奉低，可以大面积制造，引起了广泛关注，在不长的时间内，非晶硅太阳电池的性能有了较大提高。目前，单结电池转换效率达 12 ，叠层电池转换效率达到13．7％一 15．6 。

　　早期用于计算器的非晶硅太阳电池，不能在较弱的光强下工作，目前虽然弱光非晶硅太阳电池已商品化，但关于非晶硅太阳电池在弱光下性能的研究还很少。奉文分析了影响非晶硅太阳电池弱光性能的因素，并对弱光条件下填充因子的变化进行了解释和讨论。

　　二、非晶硅太阳电池等效电路

　　在无光照情况下，太阳电池的电流一电压关系常用二报管电流公式表示；

　　。（e 一 ）（1）

　　其中，n为二报管品质因子，对非晶硅太阳电池通常取 2。 这是理想的二极管特性。实际的非晶硅太阳电池常常有串联电阻 R，和 并联电阻R 其等效电路常用图 l表示 。

　　，工

　　图 l 太阳电池等效电路

　　因太阳电池在静态下工作，故 pn结电容可略去。在光照条件下，太阳电池电流一电压关

　　系用式 （2）表示：

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　　162 太 阳 能 学 报

　　，=LI一，口（e——『-一1）一。= （2）

　　太阳电池的转换效率为

　　= P= P = 每P 、㈩

　　式中，P 是入射到太阳电池表面的辐射功率密度，，， 和 分别为太阳电池的短路电流和开路电压，P 为最大输出功率， 和 分别为最大功率点的电流和电压，FF为填充因子， J 为光电流。

　　Rs和R 的存在将消耗部分输出功率，使电流一电压曲线变差 在最大功率点R 和R 的功率损耗分别为， R 和 （ 一， 尺 ）／R ，这时填充因子可近似写成 ”：

　　FF（R ，R ）：上 生

　　=［卜 一酱一+

　　~FF（O，。，［一告 一］㈩

　　其中，FF（O，co）=， ／， 它皂R 为O、R 为无穷大，即理想 p—n结情况的填充因

　　子 通常非晶硅太阳电池R 很小，R 很大，式 （4）中第四项 R ／ R 相对第=项 R ／V很小，第五项 2R ／R 相对第三项 ／Z R 很小，可忽略不计。

　　对于R 不太大，R 不太小的情况，式（4）可近似为FF（R FF（O L［J一訾y 一了』导』自J］（5）

　　其中，， 、 V 分别为实际电池的最大输出功率点的电流和电压。从式 （5）可见，最大功率点的

　　电流和电压及串、井联电阳影响电池的填充因子。通常非晶硅太阳电池的短路电流与光强成正比，而开路电压受光强的影响较小，因而可以认为在弱光情况下电流是影响太阳电池填充因子的主要因素。从式 （5）看出，当入射光由强变弱时，， 由大变小， 变化不大，式中第二项绝对值变小，第三项绝对值变大，R 太大或R 太小对太阳电池的填充因子都很不利。

　　三、实 验

　　我们研制的非晶硅太阳电池结构为玻璃／SnO：／p（a—Sic：H）／i（a—Si：H）／n（a—Si：H）／Al。p． i、n各层由射频电容耦合辉光放电沉积而成，沉积在单室进行。p层为掺硼氢化非

　　晶碳化硅，i层为本征非晶硅，厚度在3000A到5000^。n层为掺磷非晶硅。在p层与i层之间沉

　　积一层SiC缓变层 ，以减少p层与 i层之 间的界面缺陷 背电极蒸镀A1，系统真空度为l0 帕

　　背电极面积由光学显微镜测量。电池转换效率用太阳模拟器测量，条件为AM1．5，辐射功率

　　为 100mW／c 。光强为 10’L 和 lOL 条件下的太阳电池，一 曲线也用太阳模拟器测量。

　　四、结果与讨论

　　经过光老化的非晶硅太阳电池样蜀编号为 1和 2的卜一 特性曲线如图 2所示。测试 条件

　　为AM 1．5，辐射光功率密度为l00mW／cm*。