填充因子FF分析和总结.docx

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：

P

?? m

I V

? m m

I V FF

? sc oc

(7.14)

P P P

in in in

式中，P 是在整个太阳能电池正面光入射面积的总入射光功率；P

in m

是太阳

能电池最大输出电功率，I和V就是对应于P时的电流和电压，即P=I?V；

m m m m m m

I是短路电流；V是开路电压；FF是填充因子。对于地面上应用，标准测

sc oc

试条件是光谱AM1.5G，入射光功率100mW/cm2，温度25oC。

从上式可知道，三个参数I，V和FF，能决定电池的效率?。

sc oc

影响电池性能V，I，FF的因素:

oc sc

V: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,

oc

电池结构形式,并联电阻等;

I: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

sc

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

要获得较高的短路电流I。太阳能电池有源材料和太阳能电池结构

sc

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。

要获得较高的开路电压V。太阳能电池内部必需正向暗电流I较低

而并联电阻R

sh

oc o

较高。

要获得较高的填充因子FF。太阳能电池必需正向暗电流I较低，理

o

想因子“n”接近于1，串联电阻R必需较低(1cm2的太阳能电池面积

s

应该R?1?)，而并联电阻R必须较高(?104?.cm2)。

s sh

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出功率除以理想目标的输出功率(Isc?Voc)，

即

(7.10)

因而

FF?

I V

m m

I V

sc oc

(7.11)

P ?V I FF

m ocsc

理想情况下，FF只是开路电压V

oc

的函数，可用下面的近似经验公式计算：

(7.12)

FF??oc

ln(?

?

oc

?0.72)

?oc

?

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，

o oc

? ? q V

oc nkT oc

(7.13)

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(7.10)可见，FF是太阳能电池I?V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Isc,Voc保持恒定,研究填充因子FF(实际上是Rs,Rsh)对效率η的影响.

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(Imp×Vmp)相对于理想情况下矩形面积(Isc×

Voc)的测量。

为了获得高的开路电压Voc,电池必须有低的暗电流Io,高的并联电阻Rsh;为了获得高的短路电流Isc(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Io,理想因子”n”接近于1,串联电阻必须很低(1Ω·cm2),并联电阻Rsh必须大(6

我们假定Isc,Voc保持恒定,研究填充因子FF(实际上是Rs,Rsh)对效率η的影响.

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(Imp×Vmp)相对于理想情况下矩形面积(Isc×

Voc)的测量。

为了获得高的开路电压Voc,电池必须有低的暗电流Io,高的并联电阻Rsh;为了获得高的短路电流Isc(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Io,理想因子”n”接近于1,串联电阻必