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　　北京有色金屬研究總腕，北京， ］00088）

　　摘 要

　　本文通過(guò)一種簡(jiǎn)單的太陽(yáng)電池等效電路對(duì)非晶硅太陽(yáng)電池弱光性能進(jìn)行了分析，認(rèn)為串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻是影響弱光條件下非晶硅太陽(yáng)電池填充因子的主要因素，增大并聯(lián)電阻是改善弱 光 性

　　能的必要條件。

　　Ig74年研制成功非晶硅太陽(yáng)電池cD，由于成奉低，可以大面積制造，引起了廣泛關(guān)注，在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，非晶硅太陽(yáng)電池的性能有了較大提高。目前，單結(jié)電池轉(zhuǎn)換效率達(dá) 12 ，疊層電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到13．7％一 15．6 。

　　早期用于計(jì)算器的非晶硅太陽(yáng)電池，不能在較弱的光強(qiáng)下工作，目前雖然弱光非晶硅太陽(yáng)電池已商品化，但關(guān)于非晶硅太陽(yáng)電池在弱光下性能的研究還很少。奉文分析了影響非晶硅太陽(yáng)電池弱光性能的因素，并對(duì)弱光條件下填充因子的變化進(jìn)行了解釋和討論。

　　二、非晶硅太陽(yáng)電池等效電路

　　在無(wú)光照情況下，太陽(yáng)電池的電流一電壓關(guān)系常用二報(bào)管電流公式表示；

　　。（e 一 ）（1）

　　其中，n為二報(bào)管品質(zhì)因子，對(duì)非晶硅太陽(yáng)電池通常取 2。 這是理想的二極管特性。實(shí)際的非晶硅太陽(yáng)電池常常有串聯(lián)電阻 R，和 并聯(lián)電阻R 其等效電路常用圖 l表示 。

　　，工

　　圖 l 太陽(yáng)電池等效電路

　　因太陽(yáng)電池在靜態(tài)下工作，故 pn結(jié)電容可略去。在光照條件下，太陽(yáng)電池電流一電壓關(guān)

　　系用式 （2）表示：

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　　162 太 陽(yáng) 能 學(xué) 報(bào)

　　，=LI一，口（e——『-一1）一。= （2）

　　太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率為

　　= P= P = 每P 、㈩

　　式中，P 是入射到太陽(yáng)電池表面的輻射功率密度，，， 和 分別為太陽(yáng)電池的短路電流和開(kāi)路電壓，P 為最大輸出功率， 和 分別為最大功率點(diǎn)的電流和電壓，F(xiàn)F為填充因子， J 為光電流。

　　Rs和R 的存在將消耗部分輸出功率，使電流一電壓曲線變差 在最大功率點(diǎn)R 和R 的功率損耗分別為， R 和 （ 一， 尺 ）／R ，這時(shí)填充因子可近似寫(xiě)成 ”：

　　FF（R ，R ）：上 生

　　=［卜 一醬一+

　　~FF（O，。，［一告 一］㈩

　　其中，F(xiàn)F（O，co）=， ／， 它皂R 為O、R 為無(wú)窮大，即理想 p—n結(jié)情況的填充因

　　子 通常非晶硅太陽(yáng)電池R 很小，R 很大，式 （4）中第四項(xiàng) R ／ R 相對(duì)第=項(xiàng) R ／V很小，第五項(xiàng) 2R ／R 相對(duì)第三項(xiàng) ／Z R 很小，可忽略不計(jì)。

　　對(duì)于R 不太大，R 不太小的情況，式（4）可近似為FF（R FF（O L［J一訾y 一了』導(dǎo)』自J］（5）

　　其中，， 、 V 分別為實(shí)際電池的最大輸出功率點(diǎn)的電流和電壓。從式 （5）可見(jiàn)，最大功率點(diǎn)的

　　電流和電壓及串、井聯(lián)電陽(yáng)影響電池的填充因子。通常非晶硅太陽(yáng)電池的短路電流與光強(qiáng)成正比，而開(kāi)路電壓受光強(qiáng)的影響較小，因而可以認(rèn)為在弱光情況下電流是影響太陽(yáng)電池填充因子的主要因素。從式 （5）看出，當(dāng)入射光由強(qiáng)變?nèi)鯐r(shí)，， 由大變小， 變化不大，式中第二項(xiàng)絕對(duì)值變小，第三項(xiàng)絕對(duì)值變大，R 太大或R 太小對(duì)太陽(yáng)電池的填充因子都很不利。

　　三、實(shí) 驗(yàn)

　　我們研制的非晶硅太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)為玻璃／SnO：／p（a—Sic：H）／i（a—Si：H）／n（a—Si：H）／Al。p． i、n各層由射頻電容耦合輝光放電沉積而成，沉積在單室進(jìn)行。p層為摻硼氫化非

　　晶碳化硅，i層為本征非晶硅，厚度在3000A到5000^。n層為摻磷非晶硅。在p層與i層之間沉

　　積一層SiC緩變層 ，以減少p層與 i層之 間的界面缺陷 背電極蒸鍍A1，系統(tǒng)真空度為l0 帕

　　背電極面積由光學(xué)顯微鏡測(cè)量。電池轉(zhuǎn)換效率用太陽(yáng)模擬器測(cè)量，條件為AM1．5，輻射功率

　　為 100mW／c 。光強(qiáng)為 10’L 和 lOL 條件下的太陽(yáng)電池，一 曲線也用太陽(yáng)模擬器測(cè)量。

　　四、結(jié)果與討論

　　經(jīng)過(guò)光老化的非晶硅太陽(yáng)電池樣蜀編號(hào)為 1和 2的卜一 特性曲線如圖 2所示。測(cè)試 條件

　　為AM 1．5，輻射光功率密度為l00mW／cm*。