硅片质量对太阳能电池性能的影响

尚德电力控股光春

1.引言

2007年全球商业化光伏电池市场中，由单晶硅和多晶硅组成的晶体硅太阳能

电池的市场份额达87.4%，是光伏市场的绝对主流产品，而且在可见的未来几年，这种局面不会改变。

1999年-2007年全球商业化光伏电池市场份额

硅片作为晶体硅太阳能电池的基础材料，其质量对电池性能具有很重要的影响。一方面，硅片的部缺陷和杂质会直接影响电池的效率和稳定性；另一方面，硅片的外观缺陷和表面质量对电池的制造和外观等也具有很重要的影响。

只有通过硅片供应商和电池片制造商的共同努力，不断改善和提高硅片质量，才能更好地为我们的客户提供高质量的电池和组件。

2. 单晶硅片质量对电池性能的影响

单晶硅由于其本身部完整的晶体结构，其电池效率明显高于多晶硅电池。然而，单晶硅部杂质和晶体缺陷的存在会严重影响太阳能电池的效率，比如：

(a)光照条件下B-O复合体的产生会导致单晶电池的早期光致衰减；

(b)部金属杂质和晶体缺陷（位错等）的存在会成为少数载流子的复合中心，影响其少

子寿命，导致电池性能的下降。

2．1少子寿命对电池性能的影响

少子寿命是指半导体材料在外界注入（光或电）停止后，少数载流子从最大值衰

减到无注入时的初值之间的平均时间。

少子寿命是用于表征材料的重金属沾污及体缺陷的重要参数，少子寿命值越大，相应的材料质量越好。少子寿命已成为生产线上常规测试的一个参数。

我们选取某供应商某批单晶硅片进行实验，将硅片按不同少子寿命区分后，

按正常电池工艺做成电池，其少子寿命和电池效率具有很好的对应关系，如下图所示。

2.2 早期光致衰减对电池性能的影响

早期光致衰减机理

P型掺硼晶体硅太阳电池的早期光致衰减现象最早在30多年前就有相关报道。大量的科学研究发现它与硅片中的硼氧浓度有关，大家基本一致的看法是光照或电流注入导致硅片中的硼和氧形成硼氧复合体，从而使少子寿命降低，但经过退火处理，少子寿命又可恢复，其反应为：

正是由于掺硼单晶硅在光照条件下硼氧复合体的生成，引起少子寿命的下降，最终导致

太阳电池和组件功率的下降。

关于这方面的详细研究，尚德公司已在第十届光伏大会上发表论文“P型晶体硅光伏电池和组件早期光致衰减问题的研究”。

光致衰减的危害

光伏组件的早期光致衰减

（一）会引起组件功率在使用的最初几天发生较大幅度的下降，使标称功率和实际功率不符，使组件供应商面临客户投诉或索赔。

（二）光伏组件的光致衰减主要是由电池衰减导致的，同一组件各个电池片由于光致衰减的不一致性造成原本分选时电性能一致的电池片，经过光照后，电性能会存在很大偏差，引起组件曲线异常和热斑现象，导致组件的早期失效。

低质电池光致衰减不一致性实例

我们将某供应商提供的质量较差的硅片做成的初始分选效率为16%的电池

片，经弱光光照1.5小时后(光源为节能灯)，发现电池片效率衰减很多，且离散性也很大，效率最高的为15.4%，最低的仅为13%，衰减比率达3.75%至18.75%。

低质硅片做成的同一档次电池经弱光光照后效率分布图上述经弱光光照的电池片重新分选检测后，按转换效率的分布情况做成14

块组件，经太光照1天和2天后的功率对比如下图所示。

试验结论：

１．此供应商的硅片制作的电池片本身衰减较为严重，如果电池片不经过光照和二次分选而直接做成组件，尤其是衰减较为严重的那部分电池片，会分散在各个组件，影响到组件的整体功率下降更多，并且将导致组件曲线异常和热斑。

２．上述结果也说明，普通的节能灯没有使该电池片衰减到稳定的程度，因此做成的组件在太光照后仍然出现了较大的衰减。但是通过光照后二次分选剔出了效率极低的电池片，并使得每个组件电池片效率均匀性基本一致。

３．初始分选效率16%的电池片理论上可做成172W的组件，但经过光致衰减后，最终的做成最大仅155.71W组件和最小仅143.78W的组件，衰减比率达9.47%至16.4%!因此，严格把控硅片质量是保证电池和组件性能稳定的根本措施。

早期光致衰减导致的组件台阶曲线和热斑现象

台阶曲线和热斑现象分析：

?光伏组件的核心组成部分就是太阳电池，如果太阳电池发生光致衰减，就必然导致光伏组件的输出功率下降，并极易在组件中引起热斑。

?若一串电池中产生的电流不一致时，通过这串电池的电流将在问题电池上引起热斑；若电池串与串之间电流不一致，在接了旁路二极管的组件特性曲线上可看到“台阶曲线”。

?通过测量光照前后组件的输出特性曲线和红外成像分析,可以考察组件的初始光致率减现象。

如果组件中电池的衰减不一致，将导致I－V曲线出现台阶。

对于出现台阶曲线的组件用红外成像检查，可发现有组件出现热斑，如右图所示，该组件温差大于20℃。

这种热斑的温度与周围电池的温度相差较大，过热的区域可引起EVA加快老化变黄，使该区域透光率下降，从而使热斑进一步恶化，导致组件的早期失效。

早期光致衰减的解决方案

（一）改善硅单晶质量

硅片自身的性质决定了太阳电池性能的早期光致衰减程度。

(A) 利用磁控直拉硅单晶工艺（MCZ）改进单晶硅棒产品质量；

(B) 使用掺磷的N型硅片；

尚德公司与供应商合作在掺Ga单晶方面做了大量研究工作，克服了相关技术难题，并于今年8月份联合供应商召开了掺Ga工艺推广会，把这一技术成果无偿提供给社会。

（二）电池片光照预衰减

通过对电池片进行光照预衰减,使电池的早期光致衰减发生在组件制造前，组件的衰减就完全可以控制在测量误差之。同时也大幅度地减少了光伏组件出现热斑的几率，提高了光伏组件的输出稳定性，为我们的用户带来更多的效益。

尚德公司利用光照预衰减设备，将衰减比率大的电池片全部进行光照预衰减，主动承担因电池衰减而造成的损失，保证了光伏组件输出稳定性和客户的利益。

2.3 位错对电池性能的影响

组件EL和电性能测试

我们对大量低档电池片及其组件进行了研究，某低档电池片做成的组件其EL测试如下左图所示。组件的电池片中存在着大量黑心和黑斑的情况。

电致发光EL（Electroluminescence）照片中黑心和黑斑反映的是在通电情况下该部分发出的1150nm红外光相对弱，故在EL相片中显示为黑心和黑斑，发光现象和硅衬底少数载流子寿命有关。由此可见，黑心和黑斑处硅衬底少数载流子寿命明显偏低。

组件电性能测试如下右图所示。由图可见，组件短路电流Isc（4.588A）和最大功率Pmax（143.028W）明显偏低；此类正常组件短路电流Isc一般为5.2A，最大功率Pmax

一般为175W以上。说明组件中

存在着大量低效率电池片，导致

组件功率的严重下降。

组件EL测试光照条件组件电性能测试

电池片EL和电性能测试

电池片EL测试如下图所示，其黑心和黑斑现象如组件EL测试所见。

光照条件电池电性能测试如下所示。

两片电池效率和Isc均明显偏低,而此类正常电池片效率约为17.5%左右，Isc为5.3A。

U oc

Cell

rev2

ev2

样片1 0.

613

026

6.99

6.67

1106

-1

041

样片2 0.

587

005

04.21

6.6

1399

-1

165

硅片少子寿命测试

电池经过去SiN膜、去正反电极、去铝背场和n型层，再经碘酒钝化后，硅片少子寿

太阳能EL检测仪是如何实现电池片缺陷检测的

太阳能EL检测仪是如何实现电池片缺陷检测的？ EL检测仪，又称场致发光测试，是跟据硅材料的电致发光原理对组件进行缺陷检测及生产工艺监控的专用测试设备。利用红外测试方式对电池片组件进行测试，达到EL成像模式，从而可以查看是否有电池片组件内部有电池片破裂、隐裂、黑心片、烧结断栅严重、虚焊、脱焊等情况再进入下道工序，因为通电发的光与PN结中离子浓度有很大的关系，也因此可以根据EL的电脑反映出来的图像来判断硅片内部的是否异常。从而保证太阳能电池组件的质量。然而硅片是太阳能电池片的载体，硅片质量的好坏直接决定了太阳能电池片转换效率的高低以及电池组件发电效率。太阳能电池片的是否有缺陷需要通过EL缺陷检测仪来判断，这样一道检测和分选的工序可以大大减少市面上不良太阳能电池片的流通和销售，从而较小层面的降低组件功率受损。因此对太阳能电池硅片质量检测在生产和实验中显得尤为重要。我们日常所能用得到的太阳能电池硅片有单晶硅片和多晶硅片，硅片在生产过程中由于制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同或多或少地存在一些缺陷。多晶硅片常见的缺陷有边缘不纯、位错缺陷，单晶硅片常见的缺陷有漩涡缺陷。硅片缺陷的存在会极大地降低电池片的发电效率，减少电池组件的使用寿命，甚至影响光伏发电系统的稳定性。为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，从而生产出质量合格的电池组件。日常实验和应用中，我们较常用的电池硅片缺陷检测就是采用EL缺陷检测仪。EL缺陷检测仪通过1-1.5倍Isc的电流后硅片会发出1000-1100nm的红外光对太阳能电池硅片进行缺陷检测，那么太阳能电池硅片会有哪几种缺陷情况存在呢？跟着小编一起往下看：缺陷种类一：黑心片通过EL照片反映出的黑心片主要形成原因是该区域没有1150红外光发出，故导致红外相片中反映出黑心片的效果图。这种黑心片的形成是由于其中心部位的电阻率偏高。和它硅衬底少数载流子浓度有关。缺陷种类二：黑团片在生产过程中，由于硅片厂家一再在强调缩短晶体定向凝固时间，熔体潜热释放与热场温度梯度失配，晶体生长速率加快，过大的热应力导致硅片内部位错缺陷。缺陷种类三：短路黑片（非短路黑片）组件单串焊接过程中造成的短路；组件层压前，混入了低效电池片造成的后果形成的短路黑片；而边缘发亮的黑片我们称之为非短路黑片，它主要是由于硅片使用上错用N型片，造成PN结反，短路的电池片不能对外提供功率，输出功率和IV测试曲线也随之降低。造成整个组件功率和填充因子受影响。缺陷种类四：断栅片

太阳能电池硅片缺陷检测

硅片缺陷自动检测仪中科院上海光机所研制成功“硅片缺陷自动检测仪”样机（图1），灵敏度优于180纳米（图2），检测速度30片/小时（8英寸硅片），拥有6项专利（3项发明），具有自主知识产权。该类型设备市场非常大，目前我国完全依赖进口，单台价格达千万元人民币以上。该样机研制成功，对于改变我国IC专用检测设备长期依赖进口局面、研制和开发国产化设备取得重要进展。该技术还可用于检测卫星用太阳能电池帆板碎片(图3)以及光学元件表面疵病。 An Automated Wafer Defects Detection System An automated wafer defects detection system has been developed in Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, CAS. The photograph of this detector is shown in figure 1. The apparatus can detect defects of size of 180nm on wafer surface, with velocity of 30 pieces per hour for 8 inch wafer. The oscilloscope signal is shown in figure 2. This type of detecting apparatus will have large demand in China in future. It entirely depends on importing now and its unit price outvalues ten millions yuan. Therefore, the successful development of this detecting apparatus (having 6 Chinese patents) is very important to change the situation of depending on importing and manufacture home-made products. This detecting technology can also be used to detect flaws on surfaces of solar cell array and large-caliber optical elements. The oscilloscope signal of detecting solar cell array is shown in figure 3.

红外热像仪检测太阳能电池综合缺陷

红外热像仪检测太阳能电池综合缺陷仪器设备：NEC H2640 一、背景应用石油、天然气、煤炭等矿产资源随着社会经济的发展变得越来越稀缺。与此同时产生的粉尘、CO2、SO2 对环境、大气造成严重的破坏。因而寻找新的洁净能源改善现有能源架构就非常重要和紧迫了。图1 调查研究表明，地球上每年蕴含的太阳能、地热能、风能、潮汐能、水能分别如下图所示。人类都已经开始开发应用。图2 从蕴能的角度看，太阳能无异是最丰富，最易开发利用的资源。太阳能热水器已经广泛的应用到地球回归线以内的广大地区，而太阳能发电也正蓬勃的发展起来，有利于解决地球能源不足和温室效应的问题。但是太阳能发电也存在转换效率低，生产成本高，生产工艺复杂等诸多因素困扰。今天我们就是要针对太阳能电池片和组件综合缺陷检测给出红外检测方案。二、太阳能电池系统生产及检测太阳能电池生产过程如下图所示，在组装环节，我们使用电池片PV Cell 焊接、层压成为组件Modules。

图3 在出厂前需要进行电池组件缺陷进行测试，现在主要使用的方法有1、电池板电性能测试；2、EL 隐裂可视化检测；3、层压后红外检测。我们主要介绍红外检测电池板综合缺陷。当太阳能电池板通反向电流时，电池板会发热，电池板缺陷部分阻抗比较大，所以发热量也大，我们就是通过红外热像仪观察电池板的热区和冷区来。通常情况下正常区域面积较大，过热区域是太阳能电池板的缺陷所在，过冷区域是太阳能电池板的短路区域。因而过热和过冷都是有问题的。三、案例应用下面以太阳能电池组件综合缺陷红外热成像检测为例进行说明，检测在暗房内进行，以避免太阳光的干扰。首先选择有电性能缺陷的单片电池片做实验，单片电池片表面为硅材料，没有层压玻璃薄膜。使用恒流电流源对电池片接通反向1A 电流，电池片逐渐升温，其中缺陷部位升温较快，当电池片的整体温度达到40℃时，缺陷部位的温度已经达到60℃左右。如图4 所示，电池片右上方区域存在过热区域。图4 在对几组电池片完成实验后我们将恒流电流源反向接通到太阳能电池组件上，电流大小 9A。从红外热像仪观察，组件升温缓慢，但是仍然出现了热区和冷区，出现缺陷的位置与客户划定的缺陷区域吻合。下图5 是组件的检测。电池组件存在过热和过冷区域，该电池存在缺陷并有部分短路。

单晶硅中可能出现的各种缺陷分析

单晶硅中可能出现的各种缺陷分析缺陷，是对于晶体的周期性对称的破坏，使得实际的晶体偏离了理想晶体的晶体结构。在各种缺陷之中，有着多种分类方式，如果按照缺陷的维度，可以分为以下几种缺陷：点缺陷：在晶体学中，点缺陷是指在三维尺度上都很小的，不超过几个原子直径的缺陷。其在三维尺寸均很小，只在某些位置发生，只影响邻近几个原子，有被称为零维缺陷。线缺陷：线缺陷指二维尺度很小而们可以通过电镜等来对其进行观测。面缺陷：面缺陷经常发生在两个不同相的界面上，或者同一晶体内部不同晶畴之间。界面两边都是周期排列点阵结构，而在界面处则出现了格点的错位。我们可以用光学显微镜观察面缺陷。体缺陷：所谓体缺陷，是指在晶体中较大的尺寸范围内的晶格排列的不规则，比如包裹体、气泡、空洞等。一、点缺陷点缺陷包括空位、间隙原子和微缺陷等。 1、空位、间隙原子点缺陷包括热点缺陷（本征点缺陷）和杂质点缺陷（非本征点缺陷）。 1.1热点缺陷其中热点缺陷有两种基本形式：弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷。单晶中空位和间隙原子在热平衡时的浓度与温度有关。温度愈高，平衡浓度愈大。高温生长

的硅单晶，在冷却过程中过饱和的间隙原子和空位要消失，其消失的途径是：空位和间隙原子相遇使复合消失；扩散到晶体表面消失；或扩散到位错区消失并引起位错攀移。间隙原子和空位目前尚无法观察。 1.2杂质点缺陷 A、替位杂质点缺陷，如硅晶体中的磷、硼、碳等杂质原子 B、间隙杂质点缺陷，如硅晶体中的氧等 1.3点缺陷之间相互作用一个空位和一个间隙原子结合使空位和间隙原子同时湮灭（复合），两个空位形成双空位或空位团，间隙原子聚成团，热点缺陷和杂质点缺陷相互作用形成复杂的点缺陷复合体等。 2、微缺陷 2.1产生原因如果晶体生长过程中冷却速度较快，饱和热点缺陷聚集或者他们与杂质的络合物凝聚而成间隙型位错环、位错环团及层错等。Cz硅单晶中的微缺陷，多数是各种形态的氧化物沉淀，它们是氧和碳等杂质，在晶体冷却过程中，通过均质成核和异质成核机理形成。 2.2微缺陷观察方法 1）择优化学腐蚀：择优化学腐蚀后在横断面上呈均匀分布或组成各种形态的宏观漩涡花纹（漩涡缺陷）。宏观上，为一系列同心环或螺旋状的腐蚀图形，在显微镜下微缺陷的微观腐蚀形态为浅底腐蚀坑或腐蚀小丘（蝶形蚀坑）。在硅单晶的纵剖面上，微缺陷通常呈层状分布。 2）热氧化处理：由于CZ硅单晶中的微缺陷，其应力场太小，往往需热氧化处理，使微缺陷缀饰长大或转化为氧化层错或小位错环后，才可用择优腐蚀方法显示。 3）扫描电子显微技术，X射线形貌技术，红外显微技术等方法。 2.3微缺陷结构

太阳能电池基本特性测定试验

太阳能电池基本特性测定实验太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。我们开设此太阳能电池的特性研究实验，通过实验了解太阳能电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。【实验目的】 1. 无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线； UI U I曲线图；并测量太阳能变化关系，画出2. 有光照时，测量电池在不同负载电阻下，对IUP FF；及填充因子电池的短路电流、开路电压、最大输出功率SCaxOCm IU L的关系，求出它们的近似函数关系。与光照度 3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压SCOC 【实验仪器】白炽灯源、太阳能电池板、光照度计、电压表、电流表、滑线变阻器、稳压电源、单刀开关连接导线若干供参考．】【实验原理区，pn区流向结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由太阳光照在半导体

(工艺技术)太阳能电池与硅片划片切割工艺的研究

太阳能电池与硅片划片切割工艺的研究一半导体其主要特性导电能力介于导体和绝缘体之间的物体，则叫做半导体，如锗、硅、砷化镓、硫化镉等，其电阻率为10-５～107Ω·m 半导体性能上具有如下两个显著的特点。 (1)电阻率的变化受杂质含量的影响极大，例如，纯硅中磷杂质的浓度在1026～1019m-3范围内变化时，它的电阻率就会从10-5Ω·m变到104Ω·m；室温下在纯硅中掺人百万分之一的硼，硅的电阻率就会从2.14X103Ω·m减小到0.004Ω·m左右。如果所含杂质的类型不同，导电类型也不同。 (2)电阻率受光和热等外界条件的影响很大，温度升高或光照时，均可使半导体材料的电阻率迅速下降。例如，锗的温度从200℃升高到300℃，其电阻率降低一半左右。一些特殊的半导体，在电场和磁场的作用下，其电阻率也会发生变化。半导体材料的种类很多，按其化学成分，可分为元素半导体和化合物半导体；按其是否含有杂质，可分为本征半导体和杂质半导体。杂质半导体按其导电类形，又分为n型半导体和p型半导体。二、半导体硅的晶体结构自然界物质存在的形态有气态物质、液态物质和固态物质。固态物质可根据它们的质点(原子、离子和分子)排列规则的不同，分为晶体和非晶体两大类。具有确定的熔点的固态物质称为晶体，如硅、砷化镓、冰及一般金属等；没有确定的熔点、加热时在某一温度范围内就逐渐软化的固态物质称为非晶体，如玻璃、松香等。所有晶体都是由原子、分子、离子或这些粒子集团在空间按一定规则排列而成的。这种对称的、有规则的排列，叫晶体的点阵或晶体格子，简称为晶格。最小的晶格，称为晶胞。晶胞的各向长度，称为品格常数。将晶格周期地重复排列起来，就构成为整个晶体。晶体又分为单晶体和多晶体。整块材料从头到尾都按同一规则作周期性排列的晶体，称为单晶体。整个晶体由多个同样成分、同样晶体结构的小晶体(即晶粒)组成的晶体，称为多晶体。在多晶体中，每个小晶体中的原子排列顺序的位向是不同的。非晶体没有上述特征，组成它们的质点的排列是无规则的，而是“短程有序、长程无序’’的排列. 三、太阳能电池工作原理与特性太阳能电池的分类和结构，太阳能电池的工作原理和特性。 (一)、太阳能电池的分类太阳能电池多为半导体材料制造，发展至今，已经种类繁多，形式各样。可用各种方法对太阳能电池进行分类，如按照结构的不同分类，按照材料的不同分类，按照用途的不同分类，按照工作方式的不同分类，等等。下面对按照结构和材料进行的分类加以介绍。 (1) 按照结构的不同可分为如下各类 1．同质结太阳能电池由同一种半导体材料所形成的p—n结或梯度结称为同质结。用同质结构成的电池称为同质结太阳能电池，如硅太阳能电池。四太阳能电池的结构因生产制造太阳能电池的基体材料和所采用的工艺方法的不同，太阳能电池的结构也就多种多样。这里以常规硅太阳能电池为例简述太阳能电池的结构。图 3—16是一个p型硅材料制成的／／p型结构常规太阳能电池的示意图。①p层为基体，厚度为o．2～0．5mm。基体材料称为基区层，简称基区。②p层上面是n

#什么是太阳能电池量子效率,如何测试

什么是太阳能电池量子效率,如何测试请教大家,什么是太阳能电池量子效率啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池量子效率和太阳能电池光谱响应,太阳能电池IPCE有什么区别啊?spectral response, IPCE, Incident Photon to Charge Carrier Efficiency 太阳能电池这些特性如何测试啊? 什么是太阳能电池量子效率?如何测试啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池的量子效率是指太阳能电池的电荷载流子数目和照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率。因此，太阳能电池的量子效率和太阳能电池对照射在太阳能电池表面的各个波长的光的响应有关。太阳能电池的量子效率和光的波长或者能量有关。如果对于一定的波长，太阳能电池完全吸收了所有的光子，并且我们搜集到由此产生的少数载流子（例如，电子在P型材料上），那么太阳能电池在此波长的量子效率为1。对于能量低于能带隙的光子，太阳能电池的量子效率为0。理想中的太阳能电池的量子效率是一个正方形，也就是说，对于测试的各个波长的太阳能电池量子效率是一个常数。但是，绝大多数太阳能电池的量子效率会由于再结合效应而降低，这里的电荷载流子不能流到外部电路中。影响吸收能力的同样的太阳能电池结构，也会影响太阳能电池的量子效率。比如，太阳能电池前表面的变化会影响表面附近产生的载流子。并且，由于短波长的光是在非常接近太阳能电池表面的地方被吸收的，在前表面的相当多的再结合将会影响太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。类似的，长波长的光是被太阳能电池的主体吸收的，并且低扩散深度会影响太阳能电池主体对长波长光的吸收能力，从而降低太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。用稍微专业点的术语来说的话，综合器件的厚度和入射光子规范的数目来说，太阳能电池的量子效率可以被看作是太阳能电池对单一波长的光的吸收能力。太阳能电池量子效率，有时也被叫做IPCE，也就是太阳能电池光电转换效率(Incident-Photon-to-electron Conversion Efficiency)。太阳能电池（光伏材料）光谱响应测试、量子效率QE（Quantum Efficiency）测试、光电转换效率IPCE (Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency) 测试等。广义来说，就是测量光伏材料在不同波长光照条件下的光生电流、光导等。测试原理用强度可调的偏置光照射太阳能电池，模拟其不同的工作状态，同时测量太阳能电池在不同波长的单色光照射下产生的短路电流,从而得到太阳能电池的绝对光谱响应和量子效率。

太阳能电池片的相关参数

硅太阳能电池的性能参数主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子和转换效率等。 ①短路电流(isc)：当将太阳能电池的正负极短路、使u=0时，此时的电流就是电池片的短路电流，短路电流的单位是安培(a)，短路电流随着光强的变化而变化。 ②开路电压(uoc)：当将太阳能电池的正负极不接负载、使i=0时，此时太阳能电池正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是伏特(v)。单片太阳能电池的开路电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.5～ 0.7v。 ③峰值电流(im)：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是安培(a)。 ④峰值电压(um)：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是v。峰值电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.45～0.5v，典型值为 0.48v。 ⑤峰值功率(pm)：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳能电池片正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：pm===im×um。峰值功率的单位是w(瓦)。太阳能电池的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和电池片的工作温度，因此太阳能电池的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员会的101号标准，其条件是：辐照度lkw／㎡、光谱aml.5、测试温度25℃。

⑥填充因子(ff)：填充因子也叫曲线因子，是指太阳能电池的最大输出功率与开路电压和短路电流乘积的比值。计算公式为ff=pm/(isc×uoc)。填充因子是评价太阳能电池输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明太阳能电池输出特性越趋于矩形，电池的光电转换效率越高。串、并联电阻对填充因子有较大影响，太阳能电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子的系数越大。填充因子的系数一般在0.5～0.8之间，也可以用百分数表示。 ⑦转换效率(η)：转换效率是指太阳能电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的太阳能量功率的比值。即： η=pm(电池片的峰值效率)/a（电池片的面积）×pin（单位面积的入射光功率），其中pin=lkw／㎡=100mw／cm2。组件的板形设计一般从两个方向入手。一是根据现有电池片的功率和尺寸确定组件的功率和尺寸大小；二是根据组件尺寸和功率要求选择电池片的尺寸和功率。电池组件不论功率大小，一般都是由36片、72片、54片和60片等几种串联形式组成。常见的排布方法有4片×9片、6片×6片、6片×12片、6片×9片和6片×10片等。下面就以36片串联形式的电池组件为例介绍电池组件的板型设计方法。

缺陷太阳电池EL图像及伏安特性分析

现代科学仪器 Modern Scientific Instruments 第5期2010年10月 N o.5 O c t. 2010105 缺陷太阳电池EL 图像及伏安特性分析肖娇　徐林　曹建明（上海交通大学物理系太阳能研究所上海 200240）摘　要　本文基于电致发光（Electroluminescence,EL）的理论，利用红外检测的方法，通过CCD 近红外相机实验检测出了晶体硅太阳电池中存在的隐性缺陷，如隐裂、断栅、电阻不均匀、花片等，并将可见光下电池图像与EL 图像进行对比。对存在缺陷的太阳电池进行了伏安特性测试，得出隐裂缺陷对太阳电池伏安特性、填充因子、效率等性能的影响，也证明电致发光技术检测太阳电池缺陷的准确性。关键词　太阳电池；电致发光；电池缺陷；伏安特性中图分类号　O474 Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ　Ｉｍａｇｅｓ　ａｎｄ　Ｉ－Ｖ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｄｅｆｅｃｔｉｖｅ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｓｏｌａｒ　Ｃｅｌｌｓ Xiao Jiao, Xu Lin, Cao Jianming (Solar Energy Institute, Physics Dept, Shanghai JiaoTong University, Shanghai, 200240, China) Abstract Based on Electroluminescence (EL) theory, the micro-cracks of crystalline silicon solar cells were detected by the near-infrared CCD camera, such as the cracks, off-grid, non-uniform resistance, ? ower slice. Then we compared the EL images with the images under visible light. I-V characteristic of the defective solar cells was tested, and we got that the defects would affect the I-V curve, ? ll factor, ef ? ciency of the solar cell, meanwhile EL technology is proved to be an accurate measurement to detect solar cells. Key words Solar cell; Electroluminescence;Solar cell defects; I-V characteristic 收稿日期：2010-06-23 作者简介：肖娇，女，上海交通大学硕士研究生，主要从事太阳能光伏检测设备的研发目前工业化晶体硅太阳电池在制造过程中通常采用丝网印刷、高温烧结、互联、层压封装等生产工艺，其中丝网印刷的机械应力、焊接的热应力、高温烧结的热应力、层压封装的机械应力等不可避免会引入一些缺陷，包括隐裂、碎片、断栅、虚焊等，这类缺陷的存在极大地影响了太阳电池的光电转化效率和电池的寿命。据估计，每条组件生产线每年由于缺陷带来的直接经济损失约为60万美元，故有效的检测手段是非常必要的。本文运用基于电致发光（Electroluminescence ,EL）的检测方法，有效地检测出了太阳电池中可能存在的缺陷，是一种有效的检测电池、组件的方法。对检测出来的各类缺陷电池进行伏安特性曲线、填充因子、效率、串联电阻等各项性能测试，结果表明存在缺陷的电池漏电流较大，填充因子、效率减少较严重，性能测试结果和EL 检测方法得出的结论一致. 1　电致发光实验理论基础在太阳电池中，少子的扩散长度远远大于势垒宽度，因此电子和空穴通过势垒区时因复合而消失的几率很小，继续向扩散区扩散。在正向偏压下，p-n 结势垒区和扩散区注入了少数载流子。这些非平衡少数载流子不断与多数载流子复合而发光，这就是太阳电池电致发光的基本原理[1]。发光成像有效地利用了太阳电池间带中激发电子载流子的辐射复合效应。在太阳能电池两端加入正向偏压, 其发出的光子可以被灵敏的CCD 相机获得,即得到太阳电池的辐射复合分布图像。但是电致发光强度非常低,而且波长在近红外区域，要求相机必须在900-1100nm 具有很高的灵敏度和非常小的噪声。图1为电致发光的光谱图[2]。 2　CCD 红外相机试验方法实验样品为国产多晶硅太阳电池，采用由加拿大生产的INFILITY 近红外相机，ELECTROOPTIC 公司生产的红外相机镜头，其波谱响应范围为800nm ～1100nm。在试验过程中，利用直流稳压电源给多晶硅电池加正向偏压，控制正向偏压大小为

太阳能电池性能参数

太阳能电池性能参数 1、开路电压开路电压UOC：即将太阳能电池置于AM1.5光谱条件、100 mW/cm2的光源强度照射下，在两端开路时，太阳能电池的输出电压值。 2、短路电流短路电流ISC：就是将太阳能电池置于AM1.5光谱条件、100 mW/cm2的光源强度照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流值。 3、最大输出功率太阳能电池的工作电压和电流是随负载电阻而变化的，将不同阻值所对应的工作电压和电流值做成曲线就得到太阳能电池的伏安特性曲线。如果选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最大，即可获得最大输出功率，用符号Pm表示。此时的工作电压和工作电流称为最佳工作电压和最佳工作电流，分别用符号Um和Im表示。 4、填充因子太阳能电池的另一个重要参数是填充因子FF（fill factor），它是最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比。 FF：是衡量太阳能电池输出特性的重要指标，是代表太阳能电池在带最佳负载时，能输出的最大功率的特性，其值越大表示太阳能电池的输出功率越大。FF 的值始终小于1。串、并联电阻对填充因子有较大影响。串联电阻越大，短路电流下降越多，填充因子也随之减少的越多；并联电阻越小，其分电流就越大，导致开路电压就下降的越多，填充因子随之也下降的越多。 5、转换效率太阳能电池的转换效率指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率，等于太阳能电池的输出功率与入射到太阳能电池表面的能量之比。太阳能电池的光电转换效率是衡量电池质量和技术水平的重要参数，它与电池的结构、结特性、材料性质、工作温度、放射性粒子辐射损伤和环境变化等有关。

图2.4.1 太阳能电池输出特性曲线

太阳能电池重点答案(前4章)

第一章 1.法国物理学家Edmond Becquerel 于1839 年首先观察到光伏效应。 2.1883 年美国科学家Charles fritts 制造了历史上第一个太阳能光电池。 3.1954 年贝尔实验室的科学家研制出了第一块现代太阳能电池，转换效率达到6%，这是太阳能电池发展史上一个重要里程碑。 4.2000 年德国首先颁布可再生能源法。 5.光子的能量？能量（eV）与波长（μm）的关系。（计算）答：光子的能量：E(J) = hf = hc/λ 能量与波长的关系：E (eV ) = 1.24 / λ（μm）。光的能量与波长成反比。 6.太阳的能量主要来源于太阳内核发生核聚变反应（氢转换成氦），这些能量以电磁波的形式向四方辐射：太阳表面温度高达6000 k。 7.太阳光照射在距离D 处的球面，入射到物体的光强为？（计算）答：（式中，Isun为太阳的表面辐射功率强度） 8.大气效应主要在哪些方面影响着地球表面的太阳辐射？答： 1）由大气吸收、散射和反射引起的太阳辐射能量的减少。 2）由于大气对某些波长的较为强烈地吸收和散射而导致光谱含量的变化。 3）当地大气层的变化引起入射光能量、光谱和方向的额外改变。引起的太阳辐射能量的减少：导致光谱含量的变化。（特殊的气体包括：臭氧（O3），二氧化碳（CO2）和水蒸气（H2O）都能强烈地吸收能量与其分子键能相近的光子。从而改变太阳的光谱含量，使得辐射光谱曲线深深地往下凹。然而空气分子和尘埃，却是通过对光的吸收和散射成为辐射能量减少的主要因素） 9.什么叫光学大气质量？太阳在相对水平面成30?的高度，其相应的大气光学质量是多少？答：光线通过大气层的路程，太阳在头顶正上方时，路程最短。我们把实际路程与此最短路程的比称之为大气光学质量。简称AM。大气光学质量表达式：（θ为太阳和头顶正上方成角度）当太阳在头顶上方时，AM=1，称为大气光学质量1的辐射。当太阳在相对水平面成30?时， 10.地球表面的标准光谱称为AM1.5，辐射能量密度为1000 W/m2；地球大气层外的标准光谱称为 AM0，辐射能量密度为1366 W/m2。 11.北半球，正午时分太阳高度角？式中各量表示什么？答：北半球正午时分太阳高度角表达式：式中ф为观测位置所处的纬度；δ为偏向角，大小取决于所在一年中的天数，北半球：春分日和秋分日偏向角为0°，夏至日偏向角为23.45°，冬至日偏向角为-23.45°。在赤道地区（纬度为0?），春分日和秋分日：太阳处在头顶时高度角为90?；在北回归线处（大约在纬度23.5?），夏至日，太阳在头顶正上方，其高度为90?。第二章 1.硅的晶体结构为金刚石结构。 2.求晶面的密勒指数？答：选一格点为原点，并作出沿三轴线，在某族晶面中必有一个离原子最近的晶面，假设它在3个坐标轴上的截面距分别为h1',h2',h3',用（h1,h2,h3）来标志这个晶面系－密勒指数：注意：若晶面系和某轴线平行，截面距将为∞。所对应的指数为0。

太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率

太阳能电池板太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率. 1.效率越大,相同面积的太阳能电池板输出功率也就越大, 用高效率的太阳能电池板可以节省安装面积, 但是价格更贵. 2.太阳能电池的功率, 在太阳能电池板的背面标牌中, 有关于太阳能电池板的输出参数, 如VOC开路电压,ISC短路电流,VMP工作电压,IMP工作电流, 等. 但我们只需要用工作电压和工作电流就可以了, 这两个相乘就可以得这块太阳能电池板的输出功率. 太阳能电池板介绍：采用高质量单晶/多晶硅材料,经精密设备树脂封装生产出来的太阳能板,有良好的光电转换效果,外形美观,使用寿命长。太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一。太阳能电池组件可组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关，面积越大，在相同光照条件下的输出功率也越大。 2.太阳能电池板的种类 (1)单晶硅太阳能电池目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。 (2)多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12%左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。

太阳能电池基本特性测定实验

太阳能电池基本特性测定实验目对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。太阳能是一种新能源，一是利利用太阳能发电目前有两种方法，前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。太阳能的利用和太阳能电池的特性研究二是太阳能电池。用热能产生蒸气驱动发电机发电，为此，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。是21 世纪的热门课题，介绍太阳能电池的电学性质我们尝试在普通物理实验中开设了太阳能电池的特性研究实验，联系科并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的普通物理实验，和光学性质，技开发实际，有一定的新颖性和实用价值，能激发学生的学习兴趣。】实验目的【无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线1. IPU FF、开路电压及填充因子、最大输出功率2. 测量太阳能电池的短路电流SCaxmOC IJJU的关系，求出它与相对光强3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压SC0OC们的近似函数关系。【实验仪器】光具座、滑块、白炽灯、太阳能电池、光功率计、遮光罩、电压表、电流表、电阻箱

】【实验原理, 在没有光照时太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子的能量转化为电能。UI的关系为可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压与通过的电流qU???? 1?I?Ie nKT (1) ??0??In qK,1。是二极管的反向饱和电流,是玻尔兹曼常量是理想二极管参数,理论值为其中0q T为热力学温度。（可令）为电子的电荷量,??nKT EEE?由半导体理论知,二极管主要是由如图所示的能隙为的半导体所构成。CVC E当入射光子能量大于能隙时，光子被半导体所吸为半导体价电带。为半导体导电带，V空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一电子-收，并产生电子-空穴对。现象称为光伏效应。光电流示意图 IPU, 和外太阳能电池的基本技术参数除短路电流和开路电压还有最大输出功率 SCaxOCm P IUFFFF。最大输出功率也就是定义为的最大值。填充因子填充因子axm P?FF max (2) UI OCSC FFFF,说明太阳能电池对光的利用值越大是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。率越高。】【实验内容及步骤U?I特性（直流偏压从1.在没有光源（全黑）的条件下，测量太阳能电池正向偏压时的V00?3.））设计测量电路图，并连接。（1 1 图q I UI?I?U的值。和曲线并求出常数关系数据，利用测得的正向偏压时（2）画出??0nKT 注意此时光源到太阳能电池距在不加偏压时，用白色光照射，测量太阳能电池一些特性。2.cm20

EL和PL测试分析在太阳电池生产中的应用

EL和PL测试分析在太阳电池生产中的应用摘要：采用电阻率为1.5-2.0Ω•cm的P型156*156cm的多晶硅片经制绒、扩散、湿法刻蚀、PECVD沉积和丝网印刷等工序制备了转换效率为17.25%的多晶太阳电池。利用光致发光（PL）和少子寿命测试仪对原硅片的缺陷和寿命进行了测量和表征；同时，对高效率多晶硅片和普通太阳电池的电学参数和电致发光（EL）等特性进行了分析对比。结果表明，PL检测为制备高效电池提供了保障，而EL检测为丝网印刷质量、烧结等提供了后续的检测手段。因此，有效利用一定的检测手段对分析太阳电池转换效率以及生产工艺的优化和改进会起到重要的作用。关键词: EL；PL；太阳电池；少子寿命一、引言目前，随着环境的不断恶化和能源日益紧缺，加强环境保护和开发清洁能源已成为世界各国高度关注的问题。作为一种重要的光电能量转换器件，太阳电池的研究受到了人们的热切关注。近年随着太阳电池新技术、新工艺和新结构的开发和利用使太阳电池行业得到了迅猛发展。多晶硅太阳电池因工序流程简单、工艺成熟和制造成本低，使其在太阳能电池市场占据着较大的比例。为了更快的推动绿色能源发展，降低太阳电池成本和提高电池转换效率已成为行业发展和竞争的两个主要目标。EL和PL测试对原硅片和太阳电池性能测试分析中起到了重要的作用。二、实验方法取高效率和普通多晶硅片各5片，测试硅片的PL图对原硅片的质量进行表征和分析以及沉积氮化硅后硅片的少子寿命。随后各取200片硅片，经相同的制绒、扩散、PECVD以及丝网印刷和测试工序完成太阳电池的制备。最后，两批太阳电池片在标准测试条件下进行了电学性能和EL测试。三、结果与讨论

硅太阳能电池的主要性能参数

硅太阳能电池的主要性能参数本信息来源于太阳能人才网|https://www.360docs.net/doc/7510641032.html, 原文链接：硅太阳能电池的性能参数主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子和转换效率等。 ①短路电流(isc)：当将太阳能电池的正负极短路、使u=0时，此时的电流就是电池片的短路电流，短路电流的单位是安培(a)，短路电流随着光强的变化而变化。 ②开路电压(uoc)：当将太阳能电池的正负极不接负载、使i=0时，此时太阳能电池正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是伏特(v)。单片太阳能电池的开路电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.5～0.7v。 ③峰值电流(im)：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是安培(a)。 ④峰值电压(um)：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是v。峰值电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.45～0.5v，典型值为0.48v。 ⑤峰值功率(pm)：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳能电池片正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：pm===im ×um。峰值功率的单位是w(瓦)。太阳能电池的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和电池片的工作温度，因此太阳能电池的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员会的101号标准，其条件是：辐照度lkw／㎡、光谱aml.5、测试温度25℃。 ⑥填充因子(ff)：填充因子也叫曲线因子，是指太阳能电池的最大输出功率与开路电压和短路电流乘积的比值。计算公式为ff=pm/(isc×uoc)。填充因子是评价太阳能电池输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明太阳能电池输出特性越趋于矩形，电池的光电转换效率越高。串、并联电阻对填充因子有较大影响，太阳能电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子的系数越大。填充因子的系数一般在0.5～0.8之间，也可以用百分数表示。 ⑦转换效率(η)：转换效率是指太阳能电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的太阳能量功率的比值。即： η=pm(电池片的峰值效率)/a（电池片的面积）×pin（单位面积的入射光功率），其中pin=lkw ／㎡=100mw／cm2。电池组件的板型设计在生产电池组件之前，就要对电池组件的外型尺寸、输出功率以及电池片的排列布局等进行设计，这种设计在业内就叫太阳能电池组件的板型设计。电池组件板型设计的过程是一个对电池组件的外型尺寸、输出功率、电池片排列布局等因素综合考虑的过程。设计者既要了解电池片的性能参数，还要了解电池组件的生产工艺过程和用户的使用需求，做到电池组件尺寸合理，电池片排布紧凑美观。组件的板形设计一般从两个方向入手。一是根据现有电池片的功率和尺寸确定组件的功率和尺寸大小；二是根据组件尺寸和功率要求选择电池片的尺寸和功率。电池组件不论功率大小，一般都是由36片、72片、54片和60片等几种串联形式组成。常见的排布方法有4片×9片、6片×6片、6片×12片、6片×9片和6片×10片等。下面就以36片串联形式的电池组件为例介绍电池组件的板型设计方法。

太阳能电池的特性测量

实验目的 1. 测量不同照度下太阳能电池的伏安特性、开路电压U 0和短路电流I s 。 2. 在不同照度下，测定太阳能电池的输出功率P 和负载电阻R 的函数关系。 3. 确定太阳能电池的最大输出功率P max 以及相应的负载电阻R max 和填充因数。原理当光照射在距太阳电池表面很近的pn 结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度E g ，则在p 区、n 区和结区光子被吸收会产生电子-空穴对（如图1）。那些在 pn 结附近n 区中产生的少数载流子由于浓度梯度而要扩散。只要少数载流子离pn 结的距离小于它的扩散长度，总有一定几率扩散到结界面处。在p 区与n 区交界面的两侧即结区，存在一空间电流区，也称为耗尽区。在耗尽区中，正负电荷间形成一电场，电场方向由n 区指向p 区，这个电场称为内建电场。只有p 区的光生电子和n 区的光生空穴和结区的电子空穴对（少子）扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向n 区，光生空穴被拉向p 区，即电子空穴对被内建电场分离。这导致在n 区边界附近有光生电子积累，在p 区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡pn 结的内建电场方向相反的光生电场，其方向由p 区指向n 区。这一现象称为光伏效应（Photovoltaic effect ）。图1 太阳能电池的工作原理太阳能电池的工作原理是基于光伏效应的。当光照射太阳电池时，将产生一个由n 区到p 区的光生电流I s 。同时，由于pn 结二极管的特性，存在正向二级管电流I D ，此电流方向从p 区到n 区，与光生电流相反。因此，实际获得的电流I 为两个电流之差： )()(D S U I ΦI I -= （1）如果连接一个负载电阻R ，电流I 可以被认为是两个电流之差，即取决于辐照度Φ的负方向电流I s ，以及取决于端电压U 的正方向电流I D 。由此可以得到太阳能电池伏安特性的典型曲线（见图2）。在负载电阻小的情况下，太阳能电池可以看成一个恒流源，因为正向电流I D 可以被忽略。在负载电阻大的情况下，太阳能电池相当于一个恒压源，因为如果电压变化略有下降那么电流I D （U ）迅速增加。