效率计算公式

其物理含义如下：IL：光生电流；Id：饱和暗电流；Rsh：并联电阻（电池边缘漏电和结区漏电会降低并联电阻值）；Rs：串联电阻（金属浆料电阻、烧结后的接触电阻、半导体材料电阻和横向电阻）；PN结：单二极管（理想因子n=1）或双二极管（另一个并联的二极管n=2）。由此，我们可以得出电流的输出为：或注：在表达式q/(nkT)中理想因子为n，可取1或者2。n=1反映体内或表面通过陷阱能级的复合；n=2描述载流子在电荷耗尽区（也就是结区）复合。3太阳电池的电特性测量：测出的太阳电池的电特性为一曲线，相当于外接一个0~∞变化的电阻时太阳电池的电流电压输出曲线。具体如下图所示：同时可根据该曲线计算出开路电压Voc、短路电流Isc、最佳工作点电压Vmp、最佳工作点电流Imp、最大功率点Pmax、填充因子FF和光电转换效率Eff及串联电阻Rs、并联电阻Rsh。其中，Rs和Rsh采用近似计算。计算Rsh时，忽略ID,并取RsRsh,则Rsh为在Isc处的斜率的负倒数，即Rsh=-1/(dI/dV)，也可由电池的暗IV特性得出；计算Rs时，认为Rsh很高，且理想因子介于1和2之间，则在Voc处，I=0，有取Voc处的斜率可以得出Rs。可用Rs=(V2-Voc)/Isc,V2为Isc对横轴的对称点的水平延长线与IV曲线延长线的交点对应的电压值。较准确的计算为Rs=(V2-Voc)/Imp,V2为Imp对横轴的对称点的水平延长线与IV曲线延长线的交点对应的电压值。另外，参考国标《晶体硅光伏器件的I-V实测特性的温度和辐照度修正方法》GB/T6495.4-1996idtIEC891:1987，测量IV曲线时，要修正到标准状态参数（E=100mW/cm2,T=25℃,AM=1.5）下的值，修正公式为：I1，V1为实测点的坐标，I2，V2为修正特性对应点的坐标，Isc：试样的实测短路电流（等同于I1）；IMR：标准太阳电池实测短路电池，在测量IMR时，如有必要应对标准电池的温度作修正；ISR：标准太阳电池在标准的或其他想要的辐照度下的短路电流；T1：试样的实测温度；T2：标准温度，或其他想要的温度；α和β：试样在标准的或其他想要的辐照度下，以及在关心的温度范围内的电流和电压温度系数（β为负数）；RS：试样的内部串联电阻；K：曲线修正系数。在我们的分类测量软件中，由于测量软件编写的公式略有不同使得T1为标准温度或其他想要的温度，导致β为正数。这样ISR、T1分别为：100mW/cm2，21℃（一线测试仪）或25℃（二线测试仪，这是由于太阳模拟器的高度不同而确定的）。其他参数为：α和β、K、RS分别为：0.0001A/℃，0.0024V/℃，0.0000125Ohm/℃，0.02Ohm。对照上述标准中关于温度系数、内部串联电阻和曲线修正系数的测定，参考我们公司送检的各种组件的测量结果（按IEC61215标准测量）：ForSTP-080modules(8pieces),αIsc=0.0022A/℃，αImax=0.0002A/℃，βVoc=-0.0793V/℃，βVmax=-0.0886V/℃，Coef.Pmax=-0.3938W/℃。因此，单个电池的αc介于0.0022-0.0002A/℃之间，βc介于-0.0022~-0.00246V/℃。对于组件的αIsc可能存在较大的问题，βc与理论值（-0.0023V/℃）较为接近。对于K和RS应专门测量后确定。扩散工艺培训1、什么是扩散？扩散的作用是什么？扩散是一种由热运动所引起的杂质原子和基体原子的输运过程。由于热运动，把原子从一个位置输运到另一个位置，使基体原子与杂质原子不断地相互混合，从而改变基片表面层的导电类型。扩散是常规硅太阳电池工艺中，形成PN结的主要方法。2、硅太阳电池主要的扩散杂质源：硅太阳电池所用的主要的扩散杂质源有气态源、液态源、固态源等。气态源-磷化氢PH3磷化氢是无色、易燃、有剧毒的气体。考虑到安全问题没有在硅太阳电池的扩散中被使用。固态源-五氧化二磷P2O5P2O5为固体，有很强的吸水性，作为杂质源操作在使用和保存时保持一定的状态是不可能的，用来扩散重复性差。液态源-三氯氧磷POCL3POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源，它是无色透明液体，具有刺激性气味。如果纯度不高则呈红黄色。其比重为1.67，熔点2℃，沸点107℃，在潮湿空气中发烟。POCl3很容易发生水解，POCl3极易挥发，高温下蒸汽压很高。为了保持蒸汽压的稳定，通常是把源瓶放在20℃的恒温箱中。POCL3有巨毒，换源时应在抽风厨内进行，且不要在尚未倒掉旧源时就用水冲，这样易引起源瓶炸裂。POCl3在高温下（600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应式如下：5POCl3=3PCl5+P2O5生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：2P2O5+5Si=5SiO2+4P由上面反应式可以看出，POCl3热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来O2存在的情况下，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其反应式如下：4PCl5+5O2=2P2O5+10Cl2生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可见，在磷扩散时，为了促使POCl3充分的分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气，在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：4POCl3+3O2=2P2O5+6Cl2POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散，反应式如前所示：2P2O5+5Si=5SiO2+4PPOCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具有大的结面积的太阳电池是非常重要的。磷扩散装置如附图2-1所示，源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶，因为POCl3易吸水汽而变质，使扩散表面浓度上不去，其反应式如下：2POCl3+3H2O=P2O5+6HCl所以如果发现POCl3出现淡黄色时就不能再用了。图2-1三氯氧磷扩散装置示意图磷扩散的系统应保持清洁干燥，如果石英管内有水汽存在，就会使管内P2O5水解生成偏磷酸（HPO3），使扩散管炉口内出现白色沉积物和粘滞液体，粘滞液体的会在工艺运行进舟和出舟时滴落在硅片上，造成返工片，粘滞液体的吸附性还比较强，会吸附杂质，而对扩散管内的洁净度产生影响，因此，长时间扩散后对扩散管定期进行HF浸泡清洗。3、什么是PN结PN结是太阳能电池的心脏。需要强调指出，PN结是不能简单地用两块不同类型（p型和n型）的半导体接触在一起就能形成的。要制造一个PN结，必须使一块完整的半导体晶体的一部分是P型区域，另一部分是N型区域。也就是在晶体内部实现P型和N型半导体的接触。制造PN结，实质上就是想办法使受主杂质在半导体晶体内的一个区域中占优势（P型），而使施主杂质在半导体内的另外一个区域中占优势（N型），这样就在一块完整的半导体晶体中实现了P型和N型半导体的接触。我们制作太阳电池的硅片是P型的，也就是说在制造硅片时，已经掺进了一定量的硼元素，使之成为P型硅片。如果我们把这种硅片放在一个石英容器内，同时将含磷的气体通入这个石英容器内，并将此石英容器加热到一定的温度，这时施主杂质磷可从化合物中分解出来，在容器内充满着含磷的蒸汽，在硅片周围包围着许许多多的磷的分子。我们用肉眼观察硅片时，认为硅片是密实的物体，实际上硅片也是像海绵一样充满着许多空隙，硅原子并不是排列得非常严实，它们的之间存在着很大的缝隙。因此磷原子能从四周进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散。当硅晶体中掺入磷后，磷原子就以替代的方式占据着硅的位置。理想晶体中原子的排列是很整齐的，然而在一定的温度下，构成晶体的这些原子都围绕着自己的平衡位置不停地振动，其中总有一些原子振动的比较厉害，可以具有足够高的能量，克服周围原子对它的作用，离开原来的位置跑到其它地方去，这样就在原来的位置上留下一个空位。替位或扩散是指杂质原子进入晶体后，沿着晶格室位跳跃前进的一种扩散。这种扩散机构的特征是杂质原子占据晶体内晶格格点的正常位置，不改变原材料的晶体结构。在靠近硅晶片表面的薄层内扩散进去的磷原子最多，距表面愈远，磷原子愈少。也就是说，杂质浓度（磷浓度）随着距硅表面距离的增加而减少。从以上分析中我们可以看到，浓度差别的存在是产生扩散运动的必要条件，环境温度的高低则是决定扩散运动快慢的重要因素。环境温度愈高，分子的运动越激烈，扩散过程进行得就越快。当然，扩散时间也是扩散运动的重要因素，时间愈长，扩散浓度和深度也会增加。硅晶片是P型的，如果扩散进去的磷原子浓度高于P型硅晶片原来受主杂质浓度，这就使得P型硅晶片靠近表面的薄层转变成为N型了。由于愈靠近硅晶片表面，硼原子的浓度愈高，因此可以想象：在距离表面为的地方，那里扩散进去的磷原子浓度正好和硅晶体中原来的硼原子浓度相等。在与表面距离小于的薄层内，磷原子浓度高于原来硅晶片的硼原子浓度，因此这一层变成了N型硅半导体。在与表面距离大于的地方，由于原来硅晶片中的硼原子浓度大于扩散进去的磷原子浓度，因此仍为P型。由此可见，在与表面距离处，形成了N型半导体和P型半导体的交界面，也就是形成了PN结。即为PN结的结深。这样我们就可以利用杂质原子向半导体晶片内部扩散的方法，改变半导体晶片表面层的导电类型，从而形成P、N结，这就是用扩散法制造P-N结的基本原理。4、结深对扩散的要求是获得适合于太阳电池pn结需要的结深和扩散层方块电阻，浅结死层小，电池短波响应好，而浅结引起串联电阻增加，只有提高栅电极的密度，才能有效提高电池的填充因子，这样，增加了工艺难度，结深太深，死层比较明显，如果扩散浓度太大，则引起重掺杂效应，使电池开路电压和短路电流均下降，实际电池制作中，考虑到各个因素，太阳电池的结深一般控制在0.3～0.5m。5、恒定源扩散与恒量源扩散固体中的扩散方程可写成下式：（5-1）式中的表示杂质浓度，是坐标和时间的函数。坐标指杂质原子进入硅中的深度，即距离表面的距离，单位取厘米，时间单位取秒，上式已假定D是一个常数。事实上，扩散系数D是表征扩散速度的物理常数，随着固体的温度上升而变大，同时还受到杂质浓度、晶体结构等因素的影响。在扩散过程中，硅片周围的杂质浓度恒定，不随时间而改变，硅片表面的杂质浓度Ns保持不变，始终等于源相中的杂质浓度，称这种情况为恒定源扩散，根据边界条件，(5-1)式的解为：（5-2）只要知道杂质在硅中的扩散系数D和表面浓度，利用（5-2）式可作出该杂质在硅中的分布曲线，如图5-5所示，称这种分布为余误差分布。图5-5余误差分布根据（5-2）式，当距离=时，浓度为。如果浓度等于基体晶片的掺杂浓度N0，此时的即为PN结的深度，简称为结深。设表面浓度Ns=1020个/cm3，基体浓度N0=1016个/cm3代入（5-2）式得到与D，t之间的关系为：=5.4（5-3）（5-3）式中常数5.4随N0/Ns的比值而变化，近似计算时，N0/Ns=10-3-10-5内皆可采用上式。在扩散前，用预扩散或沉积法，使硅片表面具有一定量的杂质源Q，整个扩散过程中不再加源，因而整个扩散过程中杂质源总量Q保持不变，随着扩散深度增加，表面浓度不断下降，称这种情况为恒量源扩散。根据边界条件，（5-1）式的解为：（5-4）根据（5-4）式作出该杂质在硅中的分布曲线，如图5-6所示，称这种分布为高斯分布。因为处的掺杂浓度等于基体掺杂浓度，（5-4）式变为：=（5-5）上式给出恒量源情况下与D、t之间的关系。图5-6高斯分布实际扩散过程常介于上述两种分布之间，根据不同工艺或近似高斯分布或近似余误差分布。常规太阳电池工艺中，因为扩散较浅，常采用余误差分布近似计算。6、方块电阻在扩散工艺中，方块电阻是反