实验五_单、多晶硅太阳能电池的性能表征
多晶硅太阳能电池的制备及性能分析
多晶硅太阳能电池的制备及性能分析多晶硅太阳能电池是利用多晶硅材料制成的太阳能电池，其具有高效的光电转换效率和长期的使用寿命，因此在太阳能领域中得到了广泛的应用。
本文将介绍多晶硅太阳能电池的制备过程和性能分析。
一、多晶硅太阳能电池的制备过程1. 多晶硅的晶化多晶硅太阳能电池的制备需要使用多晶硅材料。
多晶硅材料是由多个单晶硅颗粒组成的，具有高晶界密度和低晶界带来的高电导率等性质。
因此，制备多晶硅太阳能电池的第一步是将硅原料进行晶化，得到多晶硅材料。
多晶硅的晶化方法主要有四种：氧化法、分解法、毒素氯化氢等化学气相沉积法和气-液界面沉积法。
其中，氧化法是最为常用的方法。
该方法的具体步骤为：将粉末状的硅原料加入制备装置，加热至其中心温度高于硅的熔点，保持一定时间使其成为液态，然后冷却，使其再次成为固态，形成多晶硅材料。
2. 多晶硅的切片制备多晶硅太阳能电池需要将多晶硅材料切成薄片，以便进行后续的加工。
多晶硅的切片方法主要有两种：线锯法和磨料法。
线锯法是先将多晶硅材料用钢丝锯切割成薄片，再用化学溶液进行酸蚀去边。
磨料法则是在多晶硅材料上撒上磨料，通过磨削将其切割成薄片。
3. 多晶硅薄片的清洗多晶硅薄片在切片过程中会留下微小的缺陷和杂质，这些对太阳能电池的制备会产生影响。
因此，需要对多晶硅薄片进行清洗。
多晶硅薄片的清洗方法主要有两种：化学法和物理法。
化学法是将多晶硅薄片浸泡在各种酸或碱溶液中，通过化学反应清除杂质和缺陷。
物理法是利用喷雾和超声波等物理手段清洗多晶硅薄片。
4. 制备太阳能电池将清洗后的多晶硅薄片进行切割，形成多晶硅太阳能电池的芯片。
将芯片进行表面处理，覆盖p型和n型材料，并在表面涂覆透明导电膜。
制备好后的多晶硅太阳能电池即可使用。
二、多晶硅太阳能电池性能分析1. 光电转换效率光电转换效率是太阳能电池的重要性能指标，也是判断多晶硅太阳能电池性能的重要指标。
光电转换效率越高，代表着太阳能电池将太阳能转化为电能的效率越高。
新型多晶硅光伏电池的制备及性能评估
新型多晶硅光伏电池的制备及性能评估近年来，随着全球能源需求和环保意识的提高，太阳能发电已成为最具潜力的可再生清洁能源之一。
而作为太阳能发电的关键组件，光伏电池的制备和性能评估一直都是研究的热点。
本文将重点介绍新型多晶硅光伏电池的制备及性能评估。
1.多晶硅光伏电池制备技术多晶硅光伏电池是目前商业化程度最高的太阳能电池。
它具有制备工艺简单、产量高、生产成本低等优点。
其制备过程主要包括以下步骤：1）硅制备：多晶硅光伏电池的制备需要用到多晶硅材料，因此第一步是制备多晶硅。
一般采用的是氯化氢热还原法，将三氯化硅和氢气反应生成多晶硅。
2）硅棒拉制：多晶硅制备完成后，将多晶硅熔化后，通过拉棒机拉成硅棒，然后将硅棒切割成硅片。
3）硅片清洗：硅片会在制备过程中与空气接触，因此清洗非常重要。
清洗过程中需要使用电解液、酸碱溶液等对硅片进行清洗和腐蚀。
4）P-N接面制备：将硅片放入氧化炉中，在高温高压的条件下将硅片进行氧化处理，生成一层氧化硅。
然后，将硅片放入扩散炉中，在高温下，将掺杂的氯化硼、氯化铟等材料扩散到硅片上，形成P-N接面。
5）电极制备：在P-N接面两端制备电极，一般采用的是金属铝。
2.多晶硅光伏电池性能评估制备出多晶硅光伏电池后，需要对其进行性能评估。
电池的主要性能指标包括开路电压、短路电流、填充因子和转换效率。
1）开路电压：开路电压是指在没有负载时，电池输出的电压。
理想情况下，开路电压等于光电池的带隙能。
开路电压主要受光电池材料的带隙能和PN接面的品质影响。
2）短路电流：短路电流是指在外部电路接短路时，光伏电池输出的最大电流。
短路电流主要受太阳光的强度和载流子的密度影响。
3）填充因子：填充因子是指光伏电池输出电流和电压之积除以开路电压和短路电流之积。
这一指标反映了光伏电池电荷性能和电池的内阻。
4）转换效率：转换效率是指光伏电池将太阳能转换为电能的比例。
电池的转换效率越高，说明光电池的利用率越高，经济性和实用性就越好。
基于多晶硅的太阳能电池制备与性能研究
基于多晶硅的太阳能电池制备与性能研究随着全球能源需求的不断增加，替代化石燃料的可再生能源逐渐成为了人们的关注重点。
在这些可再生能源中，太阳能因为其广泛分布和清洁无污染的特点受到了人们的高度关注。
太阳能电池是将太阳辐射能直接转换为电能的装置，而多晶硅太阳能电池是目前最为常用的一种。
本文旨在阐述基于多晶硅的太阳能电池制备与性能研究，希望能对相关领域的研究者们有所启发。
1.多晶硅太阳能电池的原理多晶硅太阳能电池是利用多晶硅这种半导体材料的光电转换性质来进行电能的转换的。
多晶硅太阳能电池由多层正/负型材料的p-n结构组成，通过光生电子-空穴对的分离运动来产生电能。
当太阳能照射在多晶硅太阳能电池表面时，光能子把多晶硅的原子激发成电子和空穴，电子/空穴对随后通过内电场的作用被分离，形成电压和电流从而产生电能输出。
2.制备多晶硅太阳能电池的步骤制备多晶硅太阳能电池的主要步骤包括多晶硅晶片的生长、晶圆的切割、表面清洁、硅基膜涂覆、光阻与曝光、湿法刻蚀、正/负型区的扩散等。
其中，多晶硅晶片生长和晶圆切割是非常重要的前期准备步骤，决定了最终电池的质量和性能。
通常采用硅母晶生长法，首先将工业级纯硅熔化，然后制备出低晶化温度的小晶粒硅，待到其冷却结晶后会在温度梯度的作用下逐层沉积为多晶硅。
多晶硅制备后还需要经过化学和机械的处理，使得片面的高度与平整度达到制备太阳能电池的要求。
3.改进多晶硅太阳能电池性能的方法虽然多晶硅太阳能电池具有制备成本低和光电转换效率较高等优点，但其功率转换效率仍然有待进一步提高。
改进多晶硅太阳能电池性能的方法主要包括多晶硅晶粒尺寸控制、正/负型区的提高和表面反射率的降低等。
通过控制多晶硅晶粒尺寸，可以增强太阳辐射的吸收和光电子对的集中效应，从而提高光电转换效率。
正/负型区的提高可以通过扩展pn结结界面和增大内电场的方式来实现。
此外，采用抗反射涂层、光子晶体结构、表面纳米结构等技术也可以降低多晶硅太阳能电池的表面反射率和光的损耗，从而提高光的吸收效率并提高功率转换效率。
多晶硅太阳能电池的光电性能分析
多晶硅太阳能电池的光电性能分析随着能源危机的日益严重，人类已经开始关注可再生能源的研究和利用，太阳能作为一种最为广泛的可再生能源，具有极大的潜力进行开发利用。
而多晶硅太阳能电池作为目前市场上使用最为广泛的太阳能电池技术，其光电性能的分析与研究对于其实现高效能量转换具有重要作用。
一、多晶硅太阳能电池的结构特点及光电性能多晶硅太阳能电池主要由多晶硅薄膜、金属电极、掺杂剂等材料组成。
其中，多晶硅薄膜具有较高的光吸收率，可以吸收范围在400~1100nm波长范围内的多种光子。
金属电极作为电荷收集器，能够将从多晶硅薄膜中释放出的电子和空穴收集到电路中，从而产生电流。
而掺杂剂的加入，则是为了控制多晶硅薄膜中电子与空穴的浓度分布，从而提高电流和填充因子的效率。
多晶硅太阳能电池的主要光电性能指标包括光电转换效率、开路电压、短路电流和填充因子等。
其中，光电转换效率是指多晶硅太阳能电池将太阳辐射能转化为电能的能力，是反映太阳能光电转换器的重要指标。
开路电压和短路电流分别是在太阳电池被短路和开路情况下的最大输出电压和电流，它们决定了太阳电池的直接输出能力。
填充因子则是反映了电荷收集效率和电场效应的影响，是光电转换效率的一个重要参数。
多晶硅太阳能电池在光电性能方面的表现相对较好，其光电转换效率可达到20%以上，开路电压通常可达到0.5~0.6V，短路电流可达到30mA/cm2左右，填充因子可以高达0.8以上。
这些优秀的光电性能，使得多晶硅太阳能电池在高效能量转换和应用方面具有良好的应用前景。
二、多晶硅太阳能电池光电性能的影响因素多晶硅太阳能电池的光电性能的受到多种因素的影响，包括多晶硅薄膜的制备工艺、金属电极材料、掺杂剂的类型和浓度、光吸收深度等。
首先，在多晶硅薄膜的制备工艺中，薄膜厚度、晶格结构和缺陷等因素均会影响多晶硅太阳能电池的光电性能。
薄膜厚度一般控制在20~50μm之间，过厚或过薄都会影响电池的光电转换效率。
基于多晶硅的太阳能电池研究
基于多晶硅的太阳能电池研究一、引言随着能源危机的日益严重，太阳能的利用变得越来越重要。
太阳能电池就是将太阳光能转化为电能的装置，由于其取之不尽、用之不竭的特性，成为了未来能源的一个重要方向。
多晶硅太阳能电池，作为太阳能电池中应用最为广泛的一种，具有自身的特点和优势。
本文立足于多晶硅太阳能电池，旨在对其结构、制备、特性和应用进行综述。
二、多晶硅太阳能电池结构多晶硅太阳能电池，其基本结构如图1所示。
它由n型硅和p型硅两部分组成，n型硅通常作为电池底部，p型硅通常作为电池顶部。
在两种硅的界面上存在一个pn结，形成太阳能电池的基本单元。
在表面上涂布一层透明导电氧化物，如氧化锡、氧化铟锡等形成阳极，而另一面涂布一层金属，如铝、铜等，则成为太阳能电池的阴极。
三、多晶硅太阳能电池制备多晶硅太阳能电池的制备通常采用Czochralski法（CZ法）或者浮区法（FZ法）。
1. CZ法Czochralski法是制备多晶硅太阳能电池最常用的方法，生长多晶硅棒是该方法的核心步骤之一，其步骤如下：1）将高纯度硅熔体加入熔融炉中进行加热，直至达到熔点；2）将硅熔体在螺旋贝壳的真空下悬挂，以避免与周围环境接触，同时向硅液中注入要掺杂的杂质，如Arsenic（As）、Phosphorus（P）等；3）控制慢慢提升螺旋贝壳，硅熔液有序凝固，多晶硅生长；4）生长得到的硅棒进行机械或化学抛光，形成多晶硅棒。
2. FZ法浮区法的工艺步骤如下：1）将高纯度的硅棒放入炉中进行加热，直至达到熔点；2）锭头在保持悬浮的情况下，低软熔点的混合物在锭头下部形成一个石英瓶，加热此混合物使之融化，然后逐渐提升焦炉炉底，由于熔体的浮力，硅液一直维持在锅内，在液面上形成一个“浮区”；3）此后，无机材料，例如四氯化硅加入到浮液之中，而使杂质加入到多晶硅材料中；4）在发生补料（虚肥料）和修整（实修整）等不同的工艺环节后，最终能够成为一定纯度的多晶硅棒。
四、多晶硅太阳能电池性能多晶硅太阳能电池的输出性能由其发电效率、电流-电压性能、热稳定性、寿命等参数决定。
单晶硅太阳电池性能测试实验.
实验一、单晶硅太阳电池特性测试一、实验目的1.了解单晶硅太阳电池的工作原理和结构。
2.了解单晶硅太阳电池的外特性。
3.了解单晶硅太阳电池外特性的影响因素。
二、实验仪器1.单晶硅太阳电池板一块2.单晶硅太阳电池阵列一块3.光源(氙灯一套4.调压器一台5.数字万用表两块6.定值变阻若干7.光辐射计一块三、实验任务1. 模拟太阳光条件下,单晶硅太阳电池单电池的输出外特性曲线。
测量记录日期、时间和地点,绘制电池的外形结构图并记录电池几何参数 (用于计算电池面积 ,并记录太阳光当时辐射强度,按照图 1所示实验原理图接线。
(1 在室内太阳光模拟器下,分别测试光强为 1 sun (1000 W/m2 、 0.5 sun (500 W/m2下的电池短路电流(I sc 和空载电压(U oc ,以及输出外特性曲线。
(2 具体测量方法:分别在上述一定光强下,逐步改变电阻箱(负载的阻值 R L ,分别测量电池两端的 I 和 U 。
根据测量结果绘制上述不同条件下的电池外特性曲线。
图 1 单晶硅电池阵列外特性测试2. 自然太阳光条件下,单晶硅太阳电池单电池的输出外特性曲线。
(1选择户外有太阳光的地方,记录天气状况,测试时间,并测试太阳光辐射强度;(2改变单晶硅电池板与地平线的夹角,分别测量在 0o 、 30o 和 45o 夹角下,电池的短路电流(I sc 和空载电压(U oc 。
(3分别在上述夹角下,逐步改变电阻箱的阻值(即负载电阻 R L ,测量不同电阻值下的电池两端的 I 和 U ,以绘制上述不同条件下的电池外特性曲线。
3. 单晶硅太阳电池电池阵列板的的输出外特性测量记录日期、时间和地点;记录太阳电池阵列的结构与几何尺寸,应于估算电池面积;记录天气状况、太阳光当时辐射强度,按照图 1所示实验原理图接线。
(1在太阳光照下,水平放置电池阵列板,先测试出在当前光照下的短路电流(I sc 和空载电压(U oc ,在逐步改变负载,测量电池阵列的输出外特性。
太阳能电池特性测量实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除太阳能电池特性测量实验报告篇一：实验报告--太阳能电池伏安特性的测量实验报告姓名：张伟楠班级：F0703028学号：5070309108实验成绩：同组姓名：张家鹏实验日期：08.03.17指导教师：批阅日期：太阳能电池伏安特性的测量【实验目的】1.了解太阳能电池的工作原理及其应用2.测量太阳能电池的伏安特性曲线【实验原理】1．太阳电池的结构以晶体硅太阳电池为例，其结构示意图如图1所示．晶体硅太阳电池以硅半导体材料制成大面积pn结进行工作．一般采用n+/p同质结的结构，即在约10cm×10cm面积的p型硅片（厚度约500μm）上用扩散法制作出一层很薄（厚度~0.3μm）的经过重掺杂的n型层．然后在n型层上面制作金属栅线，作为正面接触电极．在整个背面也制作金属膜，作为背面欧姆接触电极．这样就形成了晶体硅太阳电池．为了减少光的反射损失，一般在整个表面上再覆盖一层减反射膜．图一太阳电池结构示意图2．光伏效应图二太阳电池发电原理示意图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eg，则在p区、n区和结区光子被吸收会产生电子–空穴对．那些在结附近n区中产生的少数载流子由于存在浓度梯度而要扩散．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，存在一空间电荷区，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．这些扩散到结界面处的少数载流子（空穴）在内建电场的作用下被拉向p区．同样，如果在结附近p区中产生的少数载流子（电子）扩散到结界面处，也会被内建电场迅速被拉向n区．结区内产生的电子–空穴对在内建电场的作用下分别移向n区和p区．如果外电路处于开路状态，那么这些光生电子和空穴积累在pn结附近，使p区获得附加正电荷，n区获得附加负电荷，这样在pn结上产生一个光生电动势．这一现象称为光伏效应（photovoltaiceffect,缩写为pV）．3．太阳电池的表征参数太阳电池的工作原理是基于光伏效应．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Iph．同时，由于pn结二极管的特性，存在正向二极管电流ID，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（1）式中VD为结电压，I0为二极管的反向饱和电流，Iph为与入射光的强度成正比的光生电流，其比例系数是由太阳电池的结构和材料的特性决定的．n称为理想系数（n值），是表示pn结特性的参数，通常在1~2之间．q为电子电荷，kb为波尔茨曼常数，T为温度．如果忽略太阳电池的串联电阻Rs，VD即为太阳电池的端电压V，则（1）式可写为（2）当太阳电池的输出端短路时，V=0（VD≈0），由（2）式可得到短路电流即太阳电池的短路电流等于光生电流，与入射光的强度成正比．当太阳电池的输出端开路时，I=0，由（2）和（3）式可得到开路电压（3）当太阳电池接上负载R时，所得的负载伏–安特性曲线如图2所示．负载R可以从零到无穷大．当负载Rm使太阳电池的功率输出为最大时，它对应的最大功率pm为（4）式中Im和Vm分别为最佳工作电流和最佳工作电压．将Voc与Isc的乘积与最大功率pm之比定义为填充因子FF，则（5）FF为太阳电池的重要表征参数，FF愈大则输出的功率愈高．FF取决于入射光强、材料的禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电阻等．太阳电池的转换效率η定义为太阳电池的最大输出功率与照射到太阳电池的总辐射能pin之比，即（6）图三太阳电池的伏–安特性曲线4．太阳电池的等效电路图四太阳电池的等效电路图太阳电池可用pn结二极管D、恒流源Iph、太阳电池的电极等引起的串联电阻Rs和相当于pn结泄漏电流的并联电阻Rsh组成的电路来表示，如图3所示，该电路为太阳电池的等效电路．由等效电路图可以得出太阳电池两端的电流和电压的关系为（7）为了使太阳电池输出更大的功率，必须尽量减小串联电阻Rs，增大并联电阻Rsh．【实验数据记录、实验结果计算】◆实验中测得的各个条件下的电流、电压以及对应的功率的表格如下：表11.根据以上数据作出各个条件下太阳能电池的伏安特性曲线2.各个条件下，光伏组件的输出功率p随负载电压V的变化【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】◆各个条件下太阳能电池的伏安特性曲线图的分析与讨论从图中的曲线可以明显看出：1.光照距离越近，也即是光强越大，电池产生的电动势越大（但不能断定是否有上界）；2.研究电动势的大小，两个电池并联，电动势几乎不变，电池串联，电动势大致增大一倍；3.研究电池电阻的大小，在I-V图里，函数线越陡，电阻越小，函数线越平坦，电阻越大。
太阳能电池特性测量
太阳能电池特性实验仪能源短缺和地球生态环境污染已经成为人类面临的最大问题。
本世纪初进行的世界能源储量调查显示，全球剩余煤炭只能维持约216年，石油只能维持45年，天然气只能维持61年，用于核发电的铀也只能维持71年。
另一方面，煤炭、石油等矿物能源的使用，产生大量的CO 2、SO 2等温室气体，造成全球变暖，冰川融化，海平面升高，暴风雨和酸雨等自然灾害频繁发生，给人类带来无穷的烦恼。
根据计算，现在全球每年排放的CO 2已经超过500亿吨。
我国能源消费以煤为主，CO 2的排放量占世界的15%，仅次于美国，所以减少排放CO 2、SO 2广义地说，太阳光的辐射能、水能、风能、生物质能、潮汐能都属于太阳能,它们随着太阳和地球的活动，周而复始地循环，几十亿年内不会枯竭，因此我们把它们称为可再生能源。
太阳的光辐射可以说是取之不尽、用之不竭的能源。
太阳与地球的平均距离为1亿5千万公里。
在地球大气圈外，太阳辐射的功率密度为1.353kW /m 等温室气体，已经成为刻不容缓的大事。
推广使用太阳辐射能、水能、风能、生物质能等可再生能源是今后的必然趋势。
2，称为太阳常数。
到达地球表面时，部分太阳光被大气层吸收，光辐射的强度降低。
在地球海平面上，正午垂直入射时，太阳辐射的功率密度约为1kW /m 2太阳能发电有两种方式。
光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成蒸气，再驱动汽轮机发电，太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高。
光—电直接转换方式是利用光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。
，通常被作为测试太阳电池性能的标准光辐射强度。
太阳光辐射的能量非常巨大，从太阳到地球的总辐射功率比目前全世界的平均消费电力还要大数十万倍。
每年到达地球的辐射能相当于49000亿吨标准煤的燃烧能。
太阳能不但数量巨大，用之不竭，而且是不会产生环境污染的绿色能源，所以大力推广太阳能的应用是世界性的趋势。
单晶硅太阳能电池检验标准
单晶硅太阳能电池检验标准单晶硅太阳能电池检验标准单晶硅太阳电池检验标准………………………………EV A检验标准……………………………………………钢化玻璃检验标准………………………………………TPT检验标准……………………………………………铝型材检验标准…………………………………………涂锡焊带检验标准………………………………………双组分有机硅导热灌封胶检验标准……………………有机硅橡胶密封剂检验标准……………………………组件质量检测标准………………………………………EV A检验标准晶体硅太阳电池囊封材料是EV A，它乙烯与醋酸乙烯脂的共聚物，化学式结构如下（CH2—CH2）—（CH—CH2）|O|O — O — CH2EV A是一种热融胶粘剂，常温下无粘性而具抗粘性，以便操作，经过一定条件热压便发生熔融粘接与交联固化，并变的完全透明，长期的实践证明：它在太阳电池封装与户外使用均获得相当满意的效果。
固化后的EV A能承受大气变化且具有弹性，它将晶体硅片组“上盖下垫”，将硅晶片组包封，并和上层保护材料玻璃，下层保护材料TPT（聚氟乙烯复合膜），利用真空层压技术粘合为一体。
另一方面，它和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率，起着增透的作用，并对太阳电池组件的输出有增益作用。
EV A厚度在0.4mm～0.6mm之间，表面平整，厚度均匀，内含交联剂，能在150℃固化温度下交联，采用挤压成型工艺形成稳定胶层。
EV A主要有两种：①快速固化②常规固化，不同的EV A层压过程有所不同采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度为0.4mm的EVA膜层作为太阳电池的密封剂，使它和玻璃、TPT之间密封粘接。
用于封装硅太阳能电池组件的EV A，主要根据透光性能和耐侯性能进行选择。
1. 原理EV A具有优良的柔韧性，耐冲击性，弹性，光学透明性，低温绕曲性，黏着性，耐环境应力开裂性，耐侯性，耐化学药品性，热密封性。
EV A的性能主要取决于分子量（用熔融指数MI表示）和醋酸乙烯脂（以V A表示）的含量。
多晶硅太阳能电池组件在不同光谱下的发电性能分析
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实验五 单晶和多晶硅太阳能电池的性能表征
一、太阳能电池的结构及工作原理
当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应称为光生伏打效应。
当太阳光或其他光照射单晶和多晶硅半导体p-n结时，就会在p-n结的两边出现电压，叫光生电压，这就是单晶和多晶硅半导体p-n节的光生伏打效应；使p-n 结短路，就会产生电流。
图1a、b、c为商品太阳能电池的结构示意图。
a b
c d
图1太阳能电池的结构及工作原理
a.电池外型结构；
b.电池纵向层剖析；
c.太阳能芯片电路连接方式；
d.光电流产生的原理
单晶硅的原子是接照一定的规律排列的。
硅原子的外层电子亮层中有4个电子，每个原子的外层电子都有固定的位置，并受原子核的约束。
它们在外来能量的激发下，如在太阳光辐射时，就会摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并同时在它原来的地方留出一个空位，即半导体物理学中所谓的"空穴"。
由于电子带负电，空穴就表现为带正电。
电子和空穴就是单晶硅中可以运动的电荷。
在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。
如果在晶体硅中搂入能够俘获电子的硼、铝、嫁或铟等杂质元素，那么它就成为空穴型半
导体，简称p 型半导体。
如果有硅晶体中掺入能够释放电子的氮、磷、砷或碲等杂质元素，那么它就成了电子型的半导体，简称n 型半导体。
若把这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交界面处便会形成p-n 结，并在结的两边形成内建电场，又称势垒电场（图1c ）。
由于此处电阻特别高，所以也称为阻挡层。
当太阳光照射p-n 结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子−空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向n 型区，空穴被驱向p 型区，从而使n 区有过剩的电子，p 区有过剩的空穴；于是，就在p-n 结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。
二、太阳能电池SC 的性能测试的实验原理
衡量一块SC 的光电性能主要通过以下5个技术参数：开路电压V OC 、短路电流密度J SC 、填充因子ff 、单色光光电转换效率IPCE(incident photon-current efficiency)及总的光电转换效率η。
通过I -V 曲线测量，可以测量短路电流I sc 或短路电流密度J sc 、开路电压V oc 、峰值功率电流I mp 测量和峰值功率电压V mp 测量（峰值功率P max ），光电转换效率η和填充因子ff 。
1．开路电压V OC
开路电压V OC （Open-circuit V oltage ）是指电池在太阳光的照射下，电路处于开路状态时，电池两级间的电势差。
对于SC 来说，单一单晶硅片电池开路电压值一般为0.5-0.9V 。
2．短路光电流密度J SC
短路光电流密度J SC (Short-circuit Current Density)是指电池在太阳光的照射下，电路处于短路状态时，单位面积通过的光电流，单位为mA/cm 2。
3．填充因子ff
填充因子ff (Fill Factor)的定义为：电池在工作中实际的最大输出功率除以短路光电流与开路电压的乘积，其定义式可写为：
max max ()sc oc sc oc
P J V ff J V J V ×==×× 其中P max 为最大输出功率，其值为光电流密度J 与光电压V 乘积的最大值。
填充因子是衡量SC 性能的重要参数之一，它所表示的物理意义为SC 由于存在内部电阻而导致的能量损失。
由上定义式可知，ff 的值应恒小于1，且越接近1表示电池的光电性能越佳，即损耗在内阻上的能量小。
4．单色光光电转换效率IPCE
IPCE （Monochromatic Incident Photon-to-current Conversion Efficiency ）也称入射单色光子-电子转换效率。
设单位时间内，照射到SC 上的波长为λ的单色光总光子数为n p ，SC 经照射在外电路中产生电流的电子总数为n e ，则n p 与n e 的比值即为IPCE 的定义。
IPCE 亦是衡量SC 光电性能的重要参数。
从决定因素来看，它又可以写为下式：
IPCE = LHE(λ)×Φinj ×Φcoll
由上式可知，IPCE 的值由三项的乘积共同决定，其中LHE(λ)为Light Harvesting Efficiency ，即光吸收效率，Φinj 和Φcoll 分别为电子注入(Injection)量子产率及电子收集(Collection)效率；
在实际的实验中，IPCE 值的计算通常采用下式：
2sc 21204(eV nm)(mA/cm )IPCE(%)(nm)(W/cm )
J I λ×=× 其中λ、I 分别表示入射光的波长及光通量。
这样，在测得电池的短路光电流密度J SC 后便可计算出IPCE 值。
5．光电转换效率η
光电转换效率η是衡量SC 性能好坏的最终标准。
其定义式为：
2sc oc 20(mA/cm )(V)(%)(mW/cm )
J V ff I η××= J SC 、V OC 、ff 均可由J -V 曲线求得，I 0为入射太阳光的光通量，通常取值为100 mW/cm 2 。
从定义式可知，分母可视为常数，因此欲取得较高的光电转换效率关键是活的较大值的短路电流密度、开路电压以及填充因子。
6．J -V 曲线
J -V 曲线（或I -V 曲线）对于评价SC 的光电性能至关重要，如图2b 所示。
0.00.10.20.30.40.50.60.00
0.020.04
0.060.08
0.100.12P /m W J /m A /c m 2E /V 0.0000.0050.010
0.0150.0200.025a
0.00.10.20.30.40.50.6
0.000.02
0.040.060.080.100.12
P m ax
(0.294, 0.0724)
I sc V oc
J /m A /c m 2E /V b
图2 标准太阳能电池的J -V 和P-V 曲线(V oc = 0.52 V; I sc =0.103 mA)
首先可以从J -V 曲线中得知的信息即为曲线与纵轴、横轴的交点，分别对应着SC 工作时的短路光电流及开路电压，从而读出J sc 和V oc 的值。
其次，通过J -V 曲线图可以计算填充因子ff 的值。
在图2b 曲线的拐点处P 点(P -V 曲线的峰值点，图2a)即为电池在实际工作中的最大输出功率，并组成一个矩形，面积为S 1。
同理，由短路电流及开路电压同样组成一个矩形，面积为S 2。
则S 1与S 2的比值即为太阳电池填充因子ff 的值。
即ff = S 1/S 2。
因此，J -V 曲线中包含了DSC 的三个性能参数：J sc 、V oc 及ff 。
而这三个值是计算IPCE 及η的基础。
三、实验材料仪器
单、多晶硅太阳能电池能板和CorreTest CS350电化学工作站，单晶硅标准太阳能电池（2.0 cm × 2.0 cm ）；Solar-500氙灯模拟太阳能光源，FZ400光功率计。
四、实验步骤
1．打开Solar-500氙灯模拟太阳能光源，预热15分钟，待光强度稳定后，使用光功率计调节光辐射的功率为100 mW/cm 2；
2．从电脑桌面启动CorreTest CS350电化学工作站软件，把单晶硅标准太阳能电池与测试仪器相连，分别进行开路电位、线性扫描伏安法和交流阻抗测试。
3．在一张硬壳纸上刻出一个2 cm×2 cm 窗口，并使用它将太阳能电池能板盖住后，将待测的太阳能电池与测试仪器相连，分别进行开路电位、线性扫描伏安法和交流阻抗测试。
五、结果与讨论
1．开路电位（Open Circuit Potential V oc ）
2．线性扫描伏安法（Linear Scan Voltammetry LSV ） 0123450.0
2.0x10-64.0x10-6
6.0x10-68.0x10-61.0x10-51.2x10-5
J /A /c m 2E /V a
0123450.02.0x10-64.0x10-66.0x10-68.0x10-6
1.0x10-5
1.2x10-5P /W J /A /c m 2E /V 0.0
5.0x10-61.0x10
-51.5x10-5
2.0x10-5
2.5x10-5P m ax (
3.13, 5.91E -06)P m ax (3.13, 1.84E -5)b
图3 单晶硅太阳能电池板（2.0 cm × 2.0 cm ）的J -V 和P-V 曲线(V oc = 4.75 V; I sc =0.010 mA)
3．交流阻抗（Electronic Impedance Spectrometry EIS）
五、问题与思考
1. 分别计算单、多晶太阳能电池能板的填充因子ff和光电转换效率η？
2. 使用交流阻抗测定单、多晶太阳能电池怎样优化测试条件？。