太阳能光伏电池（简称光伏电池）用于把太阳的光能直接转化为电能。目前地面光伏系统大量使用的是以硅为基底的硅太阳能电池，可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转换效率低，但价格更便宜。

太阳能电池实质上就是一个pn结，由于pn结势垒区内存在较强的内建电场，结两边的光生少数载流子受该场的作用，定向移动产生正向电流。

图1 太阳能电池结构示意图（图片来源Trina solar）

图1示意地画出了硅pn结太阳能电池的结构，其包含上部电极，n型半导体，p型半导体以及下部电极和背电场。

我们通过对成品电池片模拟太阳光的光照，测试相关性能。通常情况下，表征光伏电池性能的数据包括：

Temperature：测试温度

E：测试光强

Pmpp：最佳工作点处工作功率

Umpp：最佳工作点处工作电压

Impp：最佳工作点处工作电流

Uoc：开路电压

Isc：短路电流

Rs：串联电阻

Rsh：并联电阻

FF：填充因子

Ncell：转化效率

Iap：操作点的电流

Irev1：反向电压为6伏时的反向电流

Irev2：反向电压为12伏时的反向电流

Pmpp_2：光强为500时最佳工作点的功率

Uoc_2：光强为500时最佳工作点的电压

Isc_2：光强为500时最佳工作点的电流

FF_2：光强为500时的填充因子

NCell_2：光强为500时的转化效率

电池输出功率Wp是标准太阳光照条件下，即：欧洲委员会定义的101标准，辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。Wp=Wpeak（瓦），表示太阳能电池的峰值功率。每天随着太阳光辐照度的不同，太阳能电池输出的功率也不同，Wp表示的是最大输出功率。

开路电压，短路电流，串联电阻，并联电阻，填充因子，转化效率及暗电流是影响光伏电池效率的重要因素。高的短路电流，开路电压，填充因子能有效的提高电池片转化效率。 我们可以通过工艺调试进行相关工艺优化，以提高电池的转化效率。

如何提高开路电压？

合理控制测试温度、原材料、电流电压特性（温度、掺杂浓度、短路电流、暗电流）

1.开路电压受测试机温度影响。

受测试机温度影响，随着温度的升高，开路电压会下降。

为了保证测试数据的稳定性及可比性，我们的测试温度有一定要求，我们控制在20-26℃。

2.开路电压受原材料--硅片厚度的影响。

当硅片厚度在200um以上时，开路电压和硅片厚度是独立关系。

当硅片厚度小于200um时，随着硅片厚度的降低，开路电压随之减少！

3.适当的提高掺杂浓度能很好的提高开路电压，当浓度过大，引起重掺杂时，会使禁带宽度收缩，开路电压反而减小。重掺杂还会影响有效载流子浓度，减少少子寿命。此外，暗电流会降低开路电压，同时还会降低短路电流。

如何提高短路电流？

1. 提高吸光。

增大光强直接增大了注入的太阳光光子流的数量。直接的提高了可激发电子空穴对数目，很好的提高了短路电流。增大电池吸光能提高太阳光的吸收，前清洗的绒面做到了光的二次吸收，一定程度上增大了太阳光的吸收。进行绒面改善能提高电池的转化效率。后清洗减少刻边宽度，增大电池表面的可利用面积，提高了电池短路电流，进而改善了转化效率。

PECVD的减反射膜，增大了表面光的二次吸收，提高的太阳光的二次利用，增大了短路电流。

丝网端的正面电极也遮住了一定的光的吸收，正面电极一般遮住了约10%的太阳光，增大栅线的高宽比，选择合适的栅线数目能从一定程度上提高太阳能电池的转化效率。

此外，电池片过薄，会有一部分光透过电池片，造成光的损失，目前采用全背面印刷铝浆对这部分损失有很大削弱。 由于背面的漂移场的存在，使一部分原本透过电池片的光子再次回到硅片机体内，增大了光子的再次吸收。

2. 多激发电子空穴对

控制禁带宽度。太阳电池的特性极大的受到顶区和基区性能的影响。硅是一种非竖直跃迁的材料，他的吸收系数随着波长的变化较为缓慢。在光子能量达到硅的禁带宽度时，吸收系数在100每平方厘米之内，因此光谱中有很大一部分的光子将透过PN结，在基区内被吸收。由此可见，硅太阳电池的性能一定程度上取决于基区情况。材料的禁带宽度越大，电池的开路电压越高，但由于能量小于禁带宽度的光子不能激发电子空穴对，因此随着材料的禁带宽度的增大，太阳光中产生光电流的光子比例也相应得降低，从而减弱光电流。

减少“死层”。在扩散区中，由于不活泼磷原子处于晶格间隙位置，会引起晶格缺陷，而且，由于磷和硅的原子半径不匹配，高浓度的磷会造成晶格缺陷。因此，在硅电池表层中，少数载流子的寿命极低，表层吸收短波光子所产生的光生载流子对电池的光电流输出贡献甚微，此表层称为‘死层’。‘死层’的存在是不可避免的，但是可以利用一些方法来减少‘死层’的影响。为了改善电池的短波光谱响应，可以将发射结结深做的很浅，以减少‘死层’的影响。消除死层，提高了短波光谱在顶区的光电效应。

采用浅结工艺。制备浅结的器件能够相当可观的提高光电流，附加漂移场又能进一步增大光电流。当结深减少时，由于降低了复合损失，此外基区提供的光电流比顶区提供的大，因此顶区中高的表面复合速度和低的少子寿命对光电流的影响显得没那么重要了。增加基区的电阻率，减少电离杂质的散射，有利于增大扩散长度和少子寿命，从而改善了光电流。

3. 降低暗电流

所谓暗电流指的是光伏电池在无光照时，由外电压作用下P-N结内流过的单向电流。通过前面讨论知道降低暗电流可以有效的提高开路电压和短路电流。暗电流分为注入电流，隧道电流和复合电流三种。

在非平衡PN结中，有载流子越过势垒高度从N区注入P区或从P区注入N区而形成的电流，称为注入电流。载流子不必越过势垒高度，可以直接穿过禁带进入另一区域形成的电流，这种电流称为隧道电流。在势垒中，存在着电子和空穴的复合，产生复合电流。

电池片的暗电流密度是注入电流密度，隧道电流密度和复合电流密度三者之和。一般通过减少复合电流的方法来减少暗电流。

工艺端能通过适当工艺手法减少复合电流的大小。前清洗通过去除机械损伤层，减少硅片的表面态，能适当的减少表面复合。切片油污，金属离子等是较强的复合中心， 去除油污，金属离子等能适当的改善复合电流，表面的洁净度对扩散有很大的帮助。

PECVD的钝化能很好的减少硅片的表面态，减少硅片的晶格缺陷等，它的表面钝化及体钝化大大减少了复合中心，很好的减少了暗电流，提升了开路电压及短路电流。

丝网端的背场，利用杂质在金属中的溶解度大于在硅中的溶解度。背场有很好的吸杂作用，进一步减少了复合中心的存在，同时，背场的存在能很好的进行再次钝化，很好的去除悬挂键，减少了复合电流。

什么是填充因子？

填充因子即太阳电池的最大功率与开路电压和短路电流乘积之比，用FF表示。

FF＝Pm /IscVoc＝ImVm /IscVoc。

转化效率Eff＝Pm /MS，Pm＝FF IscVoc。

对于标准状况下，M＝1000W/m2＝100mW/cm2。

影响FF的主要因素是串联电阻Rs和并联电阻Rsh，通常情况下，Rs越小FF越大，Rsh越大，FF越大。

串联电阻Rs是指材料的体电阻，薄层电阻，电极接触电阻以及电极本身传导电流所构成的总串联电阻。

Rs主要有以下几个组成部分：

P型基体电阻：主要与基体的掺杂浓度和基体厚度有关。

N型重掺层电阻：主要与扩散浓度有关，在太阳电池掺杂浓度范围内，扩散浓度越大，n型层电阻越小。

电极的金属电阻：这与Ag浆、Al浆和AgAl浆的本来特性，以及烧结的质量有关。

电极和硅片的接触电阻：接触电阻受n型层和p型层掺杂浓度影响较大，掺杂浓度越高，接触电阻越小。N型层的掺杂浓度受扩散影响，p型层的掺杂浓度除与基体掺杂浓度有关外，还与银铝浆的特性有关。另外，接触电阻受烧结的影响较大，烧结不好，前电极没能烧穿SiNx层，或者Ag－Si合金形成的不好都会影响接触电阻的大小。

影响Rsh的因素主要有：

电池边缘漏电：这主要是刻蚀不够，或者是过刻导致。

p－n结漏电：扩散前，硅片如果表面有沾污，沾污的地方可能没扩散到，这种情况就能导致漏电。烧结温度过高，导致p－n结烧穿也会导致漏电。

复合影响：包括表面复合和体复合。

大的短路电流，开路电压和填充因数可以获得高的转化效率，前面已经讨论了个参数的影响因素。死层，大的表面复合速度，低寿命，大的串联电阻和小的旁路电阻会降低效率。防止死层，减少结深，加入漂移场，改善寿命，降低接触电阻损失是改善太阳能电池效率的重要途径。