填充因子FF.docx
《填充因子FF.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《填充因子FF.docx（11页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
填充因子FF
FF
7.4.6光-电能量转换效率
太阳能电池最重要的和综合性的特性参数是光-电能量转换效率，经常简称为效率，用符号表示，它的值是太阳能电池最大输出电功率与入射光功率之比，即:
PIVIVFF“_m_mm_»scoc*11
PPP
minm
式中，Pi"是在整个太阳能电池正面光入射面积的总入射光功率；代是太阳能电池最大输出电功率，In和W就是对应于Pn时的电流和电压，即Vn；J是短路电流；％是开路电压；FF是填充因子。
对于地面上应用，标准测试条件是光谱AM1.5G,入射光功率100mW/cm2,温度25"C。
■
从上式可知道，三个参数J,Vg和FF,能决定电池的效率。
影响电池性能Voc,I«,FF的因素：
\匕：
硅（Si）基片性质（晶向，p型/n型，电阻率，少子寿命等）,p/n结掺杂浓度,电池结构形式，并联电阻等；
11硅基片性质（少子寿命等），表面反射，光陷作用，硅片对光不全吸收,p/n结对载流子不全收集和收集面积等；
FF：
硅（Si）基片性质（电阻率，少子寿命等），电池结构.电极接触，串联电阻，并联电阻等.
为了获得高效率，这三个参数应尽可能高。
这就意味着
（1）要获得较高的短路电流Leo太阳能电池有源材料和太阳能电池结构应在紫外光，可见光和近红外光的光谱范围上，有较高，较宽和较平坦的光谱响应，内量子效率应接近于1。
（2）要获得较高的开路电压太阳能电池内部必需正向暗电流I。
较低而并联电阻為较髙。
（3）要获得较高的填充因子FF。
太阳能电池必需正向暗电流L较低，理
想因子“十接近于1,串联电阻&必需较低（lcm，的太阳能电池面积应该乩1）,而并联电阻也必须较高（10’.cm2）o
7.4.5填充因子FF
填充因子，FF,是太阳能电池品质（串联电阻和并联电阻）的量度。
填充因子FF定义为实际的最大输岀功率除以理想目标的输出功率（JVOL.）,即
因而
PnT丄FF
理想情况下，FF只是开路电压兀的函数，可用下面的近似经验公式计算:
厅上-叫+0.72）
%+1
这里的FF.事实上就是实际应用的FF。
。
式中，*定义为归一化开路电压,
%=爲人
上式只适用于理想情况下，即没有寄生电阻损失的情况。
数值可精确到四位数字。
由式可见，FF是太阳能电池IV特性曲线内所含最大功率面积与开路短路相应的矩形面积（理想形状）比较的量度。
很清楚，FF应尽可能接近于1（即100%）,但指数函数的p-n结特性会阻止它达到1。
FF越大，太阳能电池的质量越高。
FF的典型值通常处于60^85%,并由太阳能电池的材料和器件结构决定。
我们假定J.Voc保持恒定，研究填充因子FF（实际上是阳RJ对效率n
的影响.
Vocv
图2填充因子FF是面积之比。
实际上是在有光照的I—V曲线内最大矩形面积（JXVQ相对于理想情况下矩形面积（IscXVoc）的测量。
为了获得高的开路电压J电池必须有低的暗电流馬高的并联电阻R曲为了获得高的短路电流J（光电流）.电池材料和结构应该在紫光•可见光和近红外光谱范围有高的，宽的和平坦的光谱响应，内量子效率接近于1;为了获得高的填充因子FF,电池必须有低的暗电流I。
，理想因子”n”接近于1,串联电阻必须很低（〈1Q・<^）,并联电阻JU必须大（>6
我们假定保持恒定，研究填充因子FF（实际上是出，RQ对效率T1
的影响.
Vocv
图2填充因子FF是面积之比。
实际上是在有光照的I—V曲线内最大矩形面积（1旳XVJ相对于理想情况下矩形面积（IscX
Voc）的测量。
为了获得髙的开路电压电池必须有低的暗电流I。
，高的并联电阻Rsh；为了获得高的短路电流J（光电流），电池材料和结构应该在紫光，可见光和近红外光谱范围有高的，宽的和平坦的光谱响应，内量子效率接近于1;为了获得高的填充因子FF,电池必须有低的暗电流I。
，理想因子”n”接近于1,串联电阻必须很低（<1Q・cm?
）,并联电阻曲必须大（〉20Q-cm2）.
0Q・cm2）.
7.7.5填充因子FF随温度升高而减少
填充因子FF随着温度升高而减少。
对硅（Si）太阳能电池可表示为:
意思是温度每升髙It,填充因子FF的值会降低。
太阳能电池总是有寄生串联电阻&和寄生并联电阻J的，这两种电阻都会把填充因子FF和输出功率降低，也就是降低太阳能电池的效率。
7.&1寄生串联电阻
串联电阻&的组成，主要是：
（1）半导体内部的体电阻；
（2）电极用的金属与半导体表面层之间的接触电阻;
（3）电极用的金属本身的电阻；
（4）器件内部和外部线路互相连接的引线接触电阻。
图给出了太阳能电池IV特性随着寄生串联电阻&变化的曲线变化。
OitputVotagevoc
图随着串联电阻而变化的IV特性曲线。
串联电阻的增大使最大输出功率减少，因此太阳能电池效率降低。
因为填充因子FF决定着太阳能电池的输出功率水平，而最大输岀功率化与串联电阻&相关，可近似表示为：
«讥-忘J"1-蓉RJ"1-卜心）
Vm
如果太阳能电池的特征电阻站定义为:
V
Rch=产
那么，归一化串联电阻「定义为:
R,
r=
因而
FF=FFO（1rs）
有寄生电阻情况下引入FF°的符号。
FF（，是理想情况下的FF式。
或经验上而又更精确的表示为：
2
FF严吧（1-1.比）+吕
注意，本式只有当「＜和Q10才有效。
7•&2寄生并联电阻
并联电阻R.,的组成，主要是来自非理想的p-n结和p-n结附近的杂质，会引起p-n结部份地短路，特別是太阳能电池的边缘部份漏电现象，会使R•:
卜•值减少。
图随着并联电阻而变化的IV待性曲线。
并联电阻的减少使最大输
出功率减少，因此太阳能电池效率降低。
跟前面考虑串联电阻方法一样，归一化并联电阻s可定义为:
=J^h_
Rch
因而
或更精确的表示:
注意，本式只有当Gh＞时才有效O
表面发射极掺杂层一高或低的磷浓度-方块电阻（Emitter-
highorlowsurfacephosphorusconcentration）；
去除周边pn结和去磷硅玻璃（Removeedgejunctionandphosphorussiliconglass）；
串连电阻&（电极接触、金属指条宽度和纵横比大小）（Series
resistance（contact,fingeretc））；
正面减反射膜（ARcoating）；
金属电极接触的烧结（Firing）；
并联电阻Rsh（Shuntresistance）o
等效电路（EquivalentCircuit）
（在光照下的太阳电池）（IlluminatedSolarCell）
电池结构（损失的成分）CellStructure（LossComponents）
（1）金属电极接触的烧结对总串连电阻R$（特别是对叭）的影响；
（effectofcontactfiringontheoverallRseries（especially
onrc））
（2）金属电极接触的烧结对pn结质量（并联电阻IU和的影响;
（impactofcontactfiringonjunctionquality（RshUntand
JU）
Whatparametersaffectthe
ToimproveSPfillfactors,thefollowingmustbedetermined:
>effectofcontactfiringontheoverallRsenes（especiallyonpc）
>impactofcontactfiringonjunctionquality（RshuntandJO2）
水减少遮光损失，提升了短路电流几，从而提高了能量转换效率n
♦Reduceshadingloss,improveJscandincreasen
Finalfinger
Shading
几
Efficiency
Efficiency
width
■
•
短路电流J8C
能量转换效率
SolarfunStd
最后的金属指条宽
遮光所占的面
（mA/cm2）
n
能量转换效率n
度（um）
积（%）
（%）
（林洋的标准）（%）
150
0
120
100
升级会员 