第二节降低复合第二节降低复合•复合损失复合损失及影响电流收集(Isc)又影响复合损失及影响电流收集(),正向饱和电流(Voc)复合通常以其在电池中产生的区域进行分类电池表面(表面复合)和体内(体复合)是复合发生的面复合)和体内(体复合)主要区域耗尽区(耗尽区复合)是另外一个复合可以产生的区域体和表面复合见动画1见动画.•复合对Isc的影响为了让PN结能够收集到所有的光生载流子,要求表面和体复合都必须降到最低在硅太阳电池求表面和体复合都必须降到最低在硅太阳电池中,要收集到这样的电流通常要满足两个条件:1. 载流子必须产生在距离结区扩散长度以内,这样才能在复合前扩散到结区2. 如果存在局域态高复合中心(如未被钝化的表面态或者多晶器件中的晶界)那么载流子产生面态或者多晶器件中的晶界),那么载流子产生的地点必须离结区比较近(相对复合中心);对于低复合率的局域态而言(如钝化的表面)载于低复合率的局域态而言(如钝化的表面),载流子产生的地点可以离复合中心比较近,而且还可能在被复合前,扩散到结区被收集•太阳电池前表面或者背表面存在局域复合中心,会使得不同能量的光子具有不同的收集几率因为蓝光具有高吸收系数在收集几率。
因为蓝光具有高吸收系数,在前表面被吸收,那么如果前表面具有高复前表面被吸收合中心,蓝光产生的少数载流子就不可能被结收集到同样如果背表面复合严被PN结收集到同样,如果背表面复合严重,会主要影响那个红外光产生的载流子重要影响那个外光产的载流子的吸收,这是因为红外光能在器件的深处产生载流子太阳电池的量子效率()产生载流子太阳电池的量子效率(QE)可以表征复合对于光生电流的影响可以表征复合对于光电流的影响QE与复合与复合理想电池以及实际电池的QE示意图三种晶体硅电池的QE曲线其中埋栅电池和说明光损失及复合损失三种晶体硅电池的曲线其中埋栅电池和丝网印刷电池的曲线是IQE曲线,而PERL则是EQE曲线PERL电池红外光响应最好,这是因为其具有很好的背面钝化以及背面光陷•复合对Voc的影响开路电压指正向偏置下扩散电流正好等于光生电流时电池两端产生的电压正向于光生电流时电池两端产生的电压正向扩散电流取决于电池中复合的多少,增加复合可以提高正向偏置电流高复合增加了正向偏置扩散电流,结果导致开路电压了正向偏置扩散电流,的降低表征正向偏置下复合的材料参数是极管饱和电流复合受到结区边缘少是二极管饱和电流子数量多少限制,少子离开结区越快,就越早被复合。
开路电压受到以下参数的影响响:1.结区边缘少子数目从PN结另一端注入的少子数目等于平衡少子数目乘以与正向偏压和温度有关的指数因子因此,减少平衡少子浓度可以降低复合减少平衡少子浓度可以通过增加掺杂来获得2材料的扩散长度低扩散长度意味着少子离开结区.材料的扩散长度低扩散长度意味着少子离开结区边缘后很快被复合了,这样使得更多的载流子越过结区,从而增加了正向偏置电流因此如果要降低复合获得较高开路电压,那么就需要增加扩散长度扩散长度取决于材料的类型,和工艺经历的工艺过程,以及硅片的掺杂有关高掺杂会降低扩散长度,程,因而就需要在保证高扩散长度(影响Isc和Voc)以及获得高开路电压上找到一个平衡获得高开路电压上找到一个平衡3距离结区扩散长度以内存在局域态复合中心离. 距离结区扩散长度以内存在局域态复合中心离结区较近的地方存在高复合区(通常是表面或者晶界)会使得载流子快速扩散向该复合中心并且复合,这样就显著地增加了复合电流可以通过表面钝化减少表面复合前面提到掺杂和扩散长度之间的平衡如下图前面提到掺杂和扩散长度之间的平衡如下图:掺杂(ND)对扩散长度及Voc的影响,假设表面钝化OK•表面复合表面复合对Isc以及Voc都有严重的影响。
前表面高复合速率尤其对I有不利的影响因为前表面高复合速率尤其对sc有不利的影响,因为前表面为太阳电池中载流子产生率最高的区域降低前表面复合通常是生长一层钝化层(如SiO2)来减少前表面的悬挂键少前表面的悬挂键降低表面复合的技术由于硅太阳电池的钝化层通常都是绝缘体•由于硅太阳电池的钝化层通常都是绝缘体,因而一个需要金属欧姆接触的区域都不能个需要金属欧姆接触的区域都不能用SiO2钝化这样,在前表面接触下可以通过增加掺杂来减少表面复合然而通常高过增加掺杂来减少表面复合掺杂会严重地降低扩散长度,但由于金属掺杂会严重降低扩散长度接触区域不参与载流子的产生,因而对载流子收集的影响也就不重要了此外对流子收集的影响也就不重要了此外,对近结区的高复合表面而言,降低复合方法结区的高复合表面而言是尽可能地增加掺杂如果背表面距离结区在扩散长度以内那•,那么和前表面一样,我们可以用类似的方法么和前表面样降低背表面复合速率对Voc及Isc的影响背表面场()是指电池背面的高掺杂区域表面场(BSF)是指电池背面的高掺杂区域高掺杂和低掺杂区域的交接处表现如同PN结一样,会产生自建的电场,从而阻止少子流向背面这样轻掺区域的少子浓度子流向背面。
这样,就可以维持较高数量因此BSF具有钝化背就可以维持较高数量因此表面的净效应。