电池效率怎么看

如何提⾼光伏电池的光电转换效率？

如何提⾼太阳能电池的光电转换效率呢？

⾸先我们需要知道太阳电池的⼯作原理。光伏发电的基础是光⽣伏特效应，它是指当某种结构的半导体器件受到光照射

时将产⽣直流电压（或电流），当光停⽌照射后电压（或电流）则⽴即消失的现象。这个半导体器件的结构⼤体上就是

⼀个⼤⾯积的平⾯的p-n结。在光照射下，能量⼤于半导体禁带宽度的光⼦，使得半导体中原⼦的价电⼦受到激发，在p

区、空间电荷区和n区都会产⽣光⽣电⼦-空⽳对，也称光⽣载流⼦。这样形成的电⼦-空⽳对由于热运动，向各个⽅向迁

移。

光⽣电⼦-空⽳对在空间电荷区中产⽣后，⽴即被内建电场分离，光⽣电⼦被推进n区，光⽣空⽳被推进p区。在空间电

荷区边界处总的载流⼦浓度近似为0。在n区，光菠萝果 ⽣电⼦-空⽳产⽣后，光⽣空⽳便向p-n结边界扩散，⼀旦到达p-n结

边界，便⽴即受到内建电场的作⽤，在电场⼒作⽤下作漂移运动，越过空间电荷区进⼊p区，⽽光⽣电⼦（多数载流

⼦）则被留在n区。p区中的光⽣电⼦也会向p-n结边界扩散，并在到达p-n结边界后，同样由于受到内建电场的作⽤⽽

在电场⼒作⽤下作漂移运动，进⼊n区，⽽光⽣空⽳（多数载流⼦）则被留在p区。

因此在p-n结两侧形成了正、负电荷的积累，形成与内建电场⽅向相反的光⽣电场。这个电场除了⼀部分抵消内建电场

以外，还使p型层带正电，n型层带负电，因此产⽣了光⽣电动势。如图（1）所⽰。

图（1）和图（2）

⼀、影响太阳能电池光电转换效率的因素

知道了太阳电池的⼯作原理，下⾯我们来讨论究竟是什么因素影响了太阳电池的光电转换效率。我们知道，太阳电池的

⼯作过程⼤致可以有四个部分，即：1、照射到电池表⾯的光⼦（能量⼤于半导体的禁带宽度）被吸收，产⽣电⼦空⽳

对；2、电⼦空⽳对被内建电场分离，在PN结两端产⽣电势；3.将PN结⽤导线连接，形成电流；4、在太阳电池两端连

接负载，实现了将光能向电能的转换。所以，在这四个过程中，就相应的出现了光电转换效率的影响因素，即吸收过程

中的光学损失，光伏转换过程的光激发电⼦空⽳对的复合，电流输出过程的损耗等。下⾯我们逐⼀介绍。

1、光学损失

由于光照射到电池板上，在正反两⾯发⽣的反射、折射等现象，或者能量⼩于或⼤于半导体的禁带宽度的光⼦未被吸

收，以及电极、栅线等的阻隔，从⽽降低了电池的短路电流。仅这⼀项损失就使标准电池的转换效率局限⾄44％左右。

光学损失的⽰意图如图（2）所⽰。

2、光激发电⼦空⽳对的复合

复合损失不仅影响电流收集（短路电流）⽽且影响正向偏压注⼊电流（开路电压）。

复合经常是按照它在电池中发⽣的区域分类。如在表⾯的复合称为表⾯复合；电池内部的复合称为体复合，体复合是电

池的主要的复合；在耗尽区的复合被称为耗尽区复合。

3、电流输出过程的损失

太阳山水的成语 能电池的等效电路如图（3）所⽰。根据电路知识，太阳能电池等效好作文大全 为⼀个理想电流源、⼀个正向⼆极管、⼀个串

联电阻和⼀个并联电阻。所以，在负载⼀定的条件下，串联电阻越⼤，并联电阻越⼩，那么电流在输出的过程中的损耗

联电阻和⼀个并联电阻。所以，在负载⼀定的条件下，串联电阻越⼤，并联电阻越⼩，那么电流在输出的过程中的损耗

就越⼤，即流经负载上的电流就越⼩。这就是电流在传输过程中的损失。

⼆、提⾼太阳电池效率的主要措施

针对以上三种引起太阳电池转换效率下降的因素，我们设计太阳电池的主要原则是：

•尽可能的增加电池的光收集能⼒和被电池吸收的光转变为载流⼦数量.

•尽⼒提⾼p-n结对光⽣载流⼦的收集能⼒

•尽可能的减少正向偏压下暗电流

•尽可能降低电流流出太阳电池时的电阻损失

1、为了尽量减少光学损失，我们主要有以下措施：

电池表⾯的上接触⾯积尽可能的⼩(尽管这可能会提⾼串联电阻）

•光照⾯使⽤减反射膜

•利⽤表⾯刻蚀减少反射

•增加电池厚度提⾼光吸收（尽管由于载流⼦复合吸收的光不⼀定贡献电流）

•表⾯刻蚀与陷光结构增加光在电池中的光路

（1）选取禁带宽度合适的材料

太阳光的光谱的利⽤范围是0.8—1.6eV。因此如果能够有⼀种材料，制成半导后的禁带宽度恰好在这个范围，那么红外

线、紫外线和可见光都能被吸收。因此，发明了多结太阳电池，即两个甚⾄是两个以上不同禁带宽度的pn结叠加在⼀

起，从⽽更加有效地吸收太阳光。然⽽，这造成了成本的提⾼，在此不赘述。

（2）陷光结构（lighttrapping）降低光学损失

器件厚度的优化不能仅仅考虑光吸收。如果吸收的光不在pn结的扩散长度之内，那么产⽣的光⽣载流⼦会因为复合⽽损

失掉。对于吸收能⼒相同的电池，更薄的电池的电压将会更⾼。

因此，典型的优化的电池具有陷光结构，此时光路长度将会是没有陷光结构的电池的⼏倍。光路长度是指⼀个未被吸收

的光⼦在它逃离器件之前在电池内⾛的距离。光路长度常常⽤器件厚度表⽰，例如⼀个没有陷光结构的电池可能有⼀个

器件厚度的光路长度，⽽⼀个具有陷光结构的电池可能有50个器件厚度的光路长度，这暗⽰着光将在电池内部来回好多

次。陷光效果的取得：当⼊射光照射在⼀个有⾓度的表⾯时，⼊射光传播的⾓度会发⽣变化

绒⾯结构不仅可以降低反射，⽽且可以使得光重复倾斜地在电池内传输，从⽽增加光路长度。

（3）背反射膜LambertianRearReflectors

背反射是为了将到达电池背表⾯即将要逃离出电池的光再反射到电池内部，增加吸收。原理图如图（4）所⽰

2、减少电⼦—空⽳对的复合

采⽤具有合适性能的半导体材料(尤其是光⽣载流产寿命长的材料)可以将载流产复合损失降⾄最低，也就是减少材料缺

陷从⽽消除载流⼦复合通道。载流⼦寿命此时决定于⼼池内部的辐射复合，它是光激发过程的逆过程。

为了减少复合，我们希望：结末端的少⼦数量，越多越好;材料内的扩散长度；低的扩散长度意味着少⼦由于复合将很快

从结末端消失，要使复合最⼩化，取得⾼的电压，需要⾼的扩散长度。扩散长度与材料类型、制备⼯艺过程和掺杂有

关，⾼的掺杂降低扩散长度。掺杂不能太⾼，也不能太低（同时影响电流和电压）；在⼀个扩散长度范围内的局域复合

源，越少越好。

因此，我们的措施是利⽤钝化技术减少表⾯缺陷可以有效降低表⾯复合。（电⼦⼯业常⽤的有⼆氧化硅层钝化层）。商

业化电池，⼀般采⽤氮化硅为钝化层（siliconnitride）或氧化硅。由于钝化层通常是绝缘的，因此在电池上任何有欧姆

接触的地⽅（引出电流的地⽅）不能采⽤钝化层，⼀般采⽤提⾼掺杂来降低前接触部分的表⾯复合。

3、电极设计

电极就是与P-N结两端形成紧密欧姆接触的导电材料。这样的材料应该满⾜：与硅可形成青少年读物 牢固的接触⽽且接触电阻⼩、

导电性优良、遮挡⾯积⼩、收集效率⾼等要求。所⽰设计原则：让电池的输出最⼤，即电池的串联电阻尽可能⼩且电池

的光照作⽤⾯积尽可能⼤。商品化电池⽣产中⼤量被采⽤的⼯艺是铝浆印刷。

4、减⼩串联电阻，增⼤并联电阻

串联电阻主要是由硅⽚基体电阻、扩散⽅块电阻、栅线电阻、烧结后的接触电阻等组成。因此提⾼硅⽚的质量，可以

减⼩它决定鞋子广告 的基体电阻；另外⾦属栅线要窄和厚，即能减少对光的遮挡，⼜能保持低的电阻形成良好的p-n结，结深0.5

微⽶左右；电极形成好的欧姆接触等也可以减⼩串联电阻，从⽽增⼤负载上的功率。

并联电阻是由边缘漏电、体内杂质和微观缺陷、PN结局部短路等组成。边缘良好的绝缘、材料缺陷少、形成良好的p-n

结等可以提⾼并联电阻。

当然，我所讲的只是提⾼太阳电池转换效率的⽅法中的冰⼭⼀⾓。随着科学技术的⼤⼒发展，越来越多的制作⼯艺被⽤

来制作太阳电池，转换效率也在不断地提⾼。有理由相信，在不久的将来，太阳能电池的转换效率会越来越⾼，清洁

的、⽆穷⽆尽的太阳能新能源的更加⼴泛的应⽤将不再是梦想！

参考⽂献：

《太阳能电池基础与应⽤》熊邵珍朱美芳主编

《太阳电池基础与⼯艺》ppt王晓晶编

《如何提⾼太阳能电池的转换效率》汤志强编

今⽇科普：光伏逆变器是光伏发电系统主要部件之⼀，连接光伏⽅阵和电⽹，将太阳能电池发出的直流电转化为符合电

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