太陽能儲能電池轉換效率受什么因素影響?
儲能鋰電池對社會民生發展的作用越來越大,因為太陽能的轉化成電能儲存在電池中,給晚上用電器使用,這樣可以很好的節省電能費用,提高國民收入,提升生活質量。那么太陽能儲能電池轉換效率受什么因素影響?
1.禁帶寬度
Voc隨E。的增大而增大,但另一方面,Isc隨E的增大而減小。結果是可期望在某一個確定的E。隨處出現太陽電池效率的峰值。
2.溫度
隨溫度的增加,效率n下降。Isc對溫度T不很敏感,溫度主要對Voc起作用。
對于Si,溫度每增加1C,Voc下降室溫值的0.4%,也因而降低約同樣的百分數。例如,一個硅電池在20C時的效率為20%,當溫度升到120C時,效率僅為12%。又如GaAs電池,溫度每升高1℃,Voc降低1.7mv或降低0.2%。
3.復合壽命
希望載流子的復合壽命越長越好,這主要是因為這樣做Isc大。少子長壽命也會減小暗電流并增大Voc。在間接帶隙半導體材料如Si中,離結100m處也產生相當多的載流子,所以希望它們的壽命能大于1μs。在直接帶隙材料,如GaAs或Gu,S中,只要10ns的復合壽命就已足夠長了。
達到長壽命的關鍵是在材料制備和電池的生產過程中,要避免形成復合中心。在加工過程中,適當而且經常進行工藝處理,可以使復合中心移走,因而延長壽命。
4.光強
將太陽光聚焦于太陽電池,可使一個小小的太陽電池產生出大量的電能。設想光強被濃縮了X倍,單位電池面積的輸入功率和Jsc都將增加X倍,同時Voc也隨著增加(kT/q)1nX倍。因而輸出功:
率的增加將大大超過X倍,而且聚光的結果也使轉換效率提高了。。
5.摻雜濃度及剖面分布
對Voc有明顯的影響的另一因素是摻雜濃度。雖然N,和N。出現在V。定義的對數項中,它們的數量級也是很容易改變的。摻雜濃度愈高,V。.愈高。一種稱為重摻雜效應的現象近年來已引起較多的關注,在高摻雜濃度下,由于能帶結構變形及電子統計規律的變化,所有方程中的N,和N。都應以(N1)fr和(N。)。ee代替。如圖2.18。既然(N1)eft和(N。)cff顯現出峰值,那么用很高的N。和N。不會再有好處,特別是在高摻雜濃度下壽命還會減小。
目前,在Si太陽電池中,摻雜濃度大約為1016cm-3,在直接帶隙材料制做的太陽電池中約為1017cm3,為了減小串聯電阻,前擴散區的摻雜濃度經常高于1019cm-3,因此重摻雜效應在擴散區是較為重要的。
當N,和N。或(N1)f和(N。)f不均勻且朝著結的方向降低時,就會建立起一個電場,其方向能有助于光生載流子的收集,因而也改善了Isc。這種不均勻摻雜的剖面分布,在電池基區中通常是做不到的;而在擴散區中是很自然的。
6.表面復合速率
低的表面復合速率有助于提高Isc,并由于Io的減小而使V。c改善。前表面的復合速率測量起來很困難,經常被假設為無窮大。一種稱為背表面場(BSF)電池設計為,在沉積金屬接觸之前,電池的背面先擴散一層P+附加層。
7.串聯電阻
在任何一個實際的太陽電池中,都存在著串聯電阻,其來源可以是引線、金屬接觸柵或電池體電阻。不過通常情況下,串聯電阻主要來自薄擴散層。PN結收集的電流必須經過表面薄層再流入最靠近的金屬導線,這就是一條存在電阻的路線,顯然通過金屬線的密布可以使串聯電阻減小。串聯電阻R。的影響是改變I-V曲線的位置。