太阳能电池光电转换原理及技术改进详解

最大，即： Pm=ImUm

一般称M点为该太阳能电池的最佳工作点（或称最大功率点），Im为最佳工作电流，Um为最佳工作电压，Rm为最佳负载电阻，Pm为最大输出功率。

⑶ 填充因数

1.最大输出功率与（Uoc×Isc）之比称为填充因数（FF），这是用以衡量太阳能电池输出特性好坏的重要指标之一。

2.填充因数表征太阳能电池的优劣，在一定光谱辐照度下，FF愈大，曲线愈“方”，输出功率也愈高。4、太阳能电池的效率、影响效率的因素

⑴ 太阳能电池的效率:

太阳能电池受照射时，输出电功率与入射光功率之比η称为太阳能电池的效率，也称光电转换效率。一般指外电路连接最佳负载电阻RL时的最大能量转换效率。

在上式中，如果把At换为有效面积Aa（也称活性面积），即从总面积中扣除栅线图形面积，从而算出的效率要高一些，这一点在阅读国内外文献时应注意。

美国的普林斯最早算出硅太阳能电池的理论效率为21.7%。20世纪70年代，华尔夫（M.Wolf）又做过详尽的讨论，也得到硅太阳能电池的理论效率在AM0光谱条件下为20%~22%，以后又把它修改为25%（AM1.0光谱条件）。

估计太阳能电池的理论效率，必须把从入射光能到输出电能之间所有可能发生的损耗都计算在内。其中有些是与材料及工艺有关的损耗，而另一些则是由基本物理原理所决定的。

⑵ 影响效率的因素

综上所述，提高太阳能电池效率，必须提高开路电压Uoc、短路电流ISC和填充因子FF这三个基本参量。而这3个参量之间往往是互相牵制的，如果单方面提高其中一个，可能会因此而降低另一个，以至于总效率不仅没提高反而有所下降。因而在选择材料、设计工艺时必须全盘考虑，力求使3个参量的乘积最大。1.材料能带宽度:

开路电压UOC随能带宽度Eg的增大而增大，但另一方面，短路电流密度随能带宽度Eg的增大而减小。结果可期望在某一个确定的Eg处出现太阳电池效率的峰值。用Eg值介于1.2～1.6eV的材料做成太阳电池，可望达到最高效率。薄膜电池用直接带隙半导体更为可取，因为它能在表面附近吸收光子。

2.温度 :

少子的扩散长度随温度的升高稍有增大，因此光生电流也随温度的升高有所增加，但UOC随温度的升高急剧下降。填充因子下降，所以转换效率随温度的增加而降低。

3.辐照度:

随辐照度的增加短路电流线性增加，最大功率不断增加。将阳光聚焦于太阳电池，可使一个小小的太阳电池产生出大量的电能。

4.掺杂浓度:

对UOC有明显影响的另一因素是半导体掺杂浓度。掺杂浓度越高，UOC越高。但当硅中杂质浓度高于1018/cm3时称为高掺杂，由于高掺杂而引起的禁带收缩、杂质不能全部电离和少子寿命下降等等现象统称为高掺杂效应，也应予以避免。

5.光生载流子复合寿命:

对于太阳电池的半导体而言，光生载流子的复合寿命越长，短路电流会越大。达到长寿命的关键是在材料制备和电池的生产过程中，要避免形成复合中心。在加工过程中，适当而且经常进行相关工艺处理，可以使复合中心移走，而且延长寿命。

6.表面复合速率:

低的表面复合速率有助于提高Isc，前表面的复合速率测量起来很困难，经常假设为无穷大。一种称为背电场（BSF）的电池设计为，在沉积金属接触前，电池的背面先扩散一层P+附加层。

7.串联电阻和金属栅线:

串联电阻来源于引线、金属接触栅或电池体电阻，而金属栅线不能透过阳光，为了使Isc最大，金属栅线占有的面积应最小。一般使金属栅线做成又密又细的形状，可以减少串联电阻，同时增大电池透光面积。8.采用绒面电池设计和选择优质减反射膜:

依靠表面金字塔形的方锥结构，对光进行多次反射，不仅减少了反射损失，而且改变了光在硅中的前进方向并延长了光程，增加了光生载流子产量；曲折的绒面又增加了PN结的面积，从而增加对光生载流子的收集率，使短路电流增加5%～10%，并改善电池的红光响应。

9.阴影对太阳电池的影响:

太阳电池会由于阴影遮挡等造成不均匀照射，输出功率大大下降。

目前,太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。但是在目前阶段，它的成本还很高，发出1kW电需要投资上万美元，因此大规模使用仍然受到经济上的限制。

但是，从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光—电转换装置的发明，各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。