硅太阳能电池的设计课件

第四章：第四章：硅太阳能电池的设计硅太阳能电池的设计2024/7/81 4.1 基础太阳能基础太阳能 电池设计电池设计 4.2 光学设计光学设计 4.3 复合效应的复合效应的 降低降低 4.4 电阻损耗电阻损耗 4.5 太阳能电池太阳能电池 的结构的结构第四章：硅太阳能电池的设计2023/8/131 4.1 太太阳阳能能电电池池的的设设计计包包括括明明确确电电池池结结构构的的参参数数以以使使转转换换效效率率达达到到最最大大，以以及及设设置置一一定定的的限限制制条条件件。这这些些条条件件由由太太阳阳能能电电池池所所处处的的制制造造环环境境所所决决定定。例例如如，如如果果用用于于商商业业，即即以以生生产产最最具具价价格格优优势势的的电电池池为为目目标标，则则需需要要着着重重考考虑虑制制造造电电池池的的成成本本问问题题。然然而而，如如果果只只是是用用于于以以获获得得高高转转换换效效率率为为目目标标的的实实验验研研究究，则则主主要要考虑的便是最高效率而不是成本。考虑的便是最高效率而不是成本。2024/7/82 4.1.1 基础太阳能电池设计基础太阳能电池设计 太阳能电池的设计包括明确电池结构 4.1.1 基础太阳能电池设计基础太阳能电池设计硅太阳能电池效率的演变硅太阳能电池效率的演变 4.1.1 基础太阳能电池设计硅太阳能电池效率的演 4.1.1 基础太阳能电池设计基础太阳能电池设计 理理论论上上，光光伏伏电电池池的的最最高高转转换换效效率率能能达达到到90%以以上上。然然而而，这这一一数数字字的的获获得得是是以以几几个个假假设设为为前前提提的的，这这些些假假设设在在实实际际上上很很难难或或根根本本不不可可能能达达到到，至至少少在在现现今今人人类类的的科科技技水水平平和和对对器器件件物物理理的的理理解解上上很很难难达达到到。对对于于硅硅太太阳阳能能电电池池来来说说，其其在在一一个个太太阳阳照照射射下下，比比较较实实际际的的理理论论最最高高效效率率值值大大约约为为26%-28%。现今现今实验室测得的实验室测得的硅太阳能电池的最高效率为硅太阳能电池的最高效率为24.7%。理理论论值值与与实实际际测测量量值值之之间间的的差差距距主主要要来来自自两两个个方方面面因因素素。首首先先，在在计计算算理理论论最最大大效效率率时时，人人们们假假设设所所有有入入射射光光子子的的能能量量都都被被充充分分利利用用了了，即即所所有有光光子子都都被被吸吸收收，并并且且是是被被禁禁带带宽宽度度与与其其能能量量相相等等的的材材料料吸吸收收了了。为为了了获获得得这这种种理理论论效效果果，人人们们想想出出一一种种由由无无限限多多层层材材料料禁禁带带宽宽度度不不同同的的电电池池叠叠加加在在一一起起的模型，每一层都只吸收能量与其禁带宽度相等的光子。的模型，每一层都只吸收能量与其禁带宽度相等的光子。4.1.1 基础太阳能电池设计 理 第第二二个个因因素素是是假假设设入入射射光光有有高高聚聚光光比比。并并假假设设温温度度和和电电阻阻效效应应对对聚聚光光太太阳阳能能电电池池的的影影响响很很小小，而而光光强强的的增增加加能能适适当当增增加加短短路路电电流流。因因为为开开路路电电压压VOC受受短短路路电电流流的的影影响响，VOC随随着着光光强强呈呈对对数数上上升升。再再者者，因因为为填填充充因因子子也也随随着着VOC的的提提高高而而提提高高，所所以以填填充充因因子子同同样样随随着着光光强强的的增增加加而而提提高高。因因光光强强的增加而额外上升的的增加而额外上升的VOC和和FF使聚光太阳能电池获得更高的效率。使聚光太阳能电池获得更高的效率。为为获获得得最最高高效效率率，在在设设计计单单节节太太阳阳能能电电池池时时，应应注意几项原则：注意几项原则：1.提高能被电池吸收并生产载流子的光的数量。提高能被电池吸收并生产载流子的光的数量。2.提高提高pn结收集光生载流子的能力。结收集光生载流子的能力。3.尽量减小黑暗前置电流。尽量减小黑暗前置电流。4.提取不受电阻损耗的电流。提取不受电阻损耗的电流。2024/7/8UNSW新南威尔士大学5 4.1.1 基础太阳能电池设计基础太阳能电池设计 第二个因素是假设入射光有高聚光被顶端被顶端电极所电极所阻挡阻挡表面反射表面反射被电池的背面反射被电池的背面反射 光光的的损损耗耗主主要要以以降降低低短短路路电电流流的的方方式式影影响响太太阳阳能能电电池池的的功功率率。被被损损耗耗的的光光包包括括本本来来有有能能力力在在电电池池中中产产生生电电子子空空穴穴对对，但但是是被被电电池池表表面面反反射射走走的的光光线线。对对于于大大多多数数太太阳阳能能电电池池来来说说，所所有有的的可可见见光光都都能能产产生生电电子子空空穴穴对对，因因此它们都能被很好地吸收。此它们都能被很好地吸收。2024/7/8UNSW新南威尔士大学6 4.2.1 光学特性光学特性 光的损耗光的损耗被顶端电极所阻挡表面反射被电池的背面反射 有很多有很多减少光损失减少光损失的方法：的方法：尽尽量量使使电电池池顶顶端端电电极极覆覆盖盖的的面面积积达达到到最最小小（尽尽管管这这样样可可能能导导致致串串联联电电阻阻的的增增加加）。这这一一点点在在串串联联电电阻阻一一节节中中有有详详细细讨论讨论。在电池上表面加减反射膜在电池上表面加减反射膜表面制绒表面制绒增增加加电电池池的的厚厚度度以以提提高高吸吸收收（尽尽管管任任何何在在与与pn结结的的距距离离大大于于扩扩散散长长度度的的区区域域被被吸吸收收的的光光，都都因因载载流流子子的的复复合合而而对对短短路电流没有贡献）路电流没有贡献）通过表面制绒与光陷阱的结合来增加电池中光的路径长度通过表面制绒与光陷阱的结合来增加电池中光的路径长度2024/7/8UNSW新南威尔士大学7 4.2.1 光学特性光学特性 光的损耗光的损耗有很多减少光损失的方法：2023/8/13UNSW新南威尔士 加加在在太太阳阳能能电电池池上上表表面面的的减减反反射射膜膜与与在在其其他他光光学学器器件件（如如相相机机镜镜头头）上上的的膜膜相相似似。它它们们包包含含了了一一层层很很薄薄的的介介电电材材料料层层，膜膜的的厚厚度度经经过过特特殊殊设设计计，光光在在膜膜间间发发生生干干涉涉效效应应，避避免免了了像像在在半半导导体体表表面面那那样样被被反反射射出出去去。这这些些避避免免被被反反射射出出去去的的光光与与其其它它光光发发生生破破坏坏性性干干扰扰，导导致致被被反反射射出出电电池池的的光光强强为为零零。除除了了减减反反射射膜膜，干干涉涉效效应应还还能能在在水水面面上上的的油油膜膜上上看看到到，它能产生彩虹般的彩色带。它能产生彩虹般的彩色带。2024/7/8UNSW新南威尔士大学8 4.2.2 光学特性光学特性 减反射膜减反射膜 加在太阳能电池上表面的减反射膜与在 4.2.2 光学特性光学特性 减反射膜减反射膜使用厚度为四分之一波长的减反射膜来减少表面反射。使用厚度为四分之一波长的减反射膜来减少表面反射。(a)破坏性破坏性干涉导致干涉导致反射光为反射光为零零(b)建设性建设性干涉导致干涉导致所有的光所有的光都被反射都被反射所有光所有光传入半传入半导体导体没有光没有光传入半传入半导体导体 4.2.2 光学特性 减反射膜使用厚 减减反反射射膜膜的的厚厚度度经经过过特特殊殊设设计计，刚刚好好为为入入射射光光波波长长的的四四分分之之一一。计计算算过过程程如如下下，对对于于折折射射率率为为n1的的薄薄膜膜材材料料，入入射射光光真真空空中中的的波波长长为为0 0，则则使使反反射射最最小小化化的薄膜厚度为的薄膜厚度为 d1 1=0 0/（4 4n1 1）如如果果减减反反射射膜膜的的折折射射率率为为膜膜两两边边的的材材料料的的折折射射率率的几何平均数，反射将被进一步降低。即的几何平均数，反射将被进一步降低。即2024/7/810 4.2.2 光学特性光学特性 减反射膜减反射膜 减反射膜的厚度经过特殊设计，刚好 4.2.2 光学特性光学特性 减反射膜减反射膜 尽尽管管，通通过过上上面面的的公公式式，选选用用相相应应厚厚度度、折折射射率率膜膜和和相相应应波波长长的的光光，能能使使反反射射的的光光减减少少到到零零，但但是是每每一一种种厚厚度度和和折折射射率率只只能能对对应应一一种种波波长长的的光光。在在光光伏伏应应用用中中，人人们们设设计计薄薄膜膜的的厚厚度度和和反反射射率率，以以使使波波长长为为0.6m的的光光的的反反射射率率达达到到最最小小。因因为为这这个个波波长长的的能能量量最接近太阳光谱能量的峰值。最接近太阳光谱能量的峰值。如如果果镀镀上上多多层层减减反反射射膜膜，能能减减少少反反射射率率的的光光谱谱范范围围将将非非常常宽宽。但但是是，对对于于多多数数商商业业太太阳阳能能电电池池来来讲讲，这样的成本通常太高。这样的成本通常太高。4.2.2 光学特性 减反射膜 4.2.2 光学特性光学特性 减反射膜减反射膜裸硅裸硅覆盖有折射率为覆盖有折射率为2.3的最优化抗反膜玻璃的硅的最优化抗反膜玻璃的硅（仅）覆盖玻璃的硅（仅）覆盖玻璃的硅Comparison of surface reflection from a silicon solar cell,with and without a typical anti-reflection coating.4.2.2 光学特性 减反射膜裸硅覆 在在硅硅表表面面制制绒绒，可可以以与与减减反反射射膜膜相相结结合合，也也可可以以单单独独使使用用，都都能能达达到到减减小小反反射射的的效效果果。因因为为任任何何表表面面的的缺缺陷陷都都能能增增加加光光反反弹弹回回表表面面而而不不是是离离开开表表面面的的概概率率，所所以以都都能能起起到到减减小小反射的效果。反射的效果。2024/7/8UNSW新南威尔士大学13 4.2.3 光学特性光学特性 表面制绒表面制绒 在硅表面制绒，可以与减反射膜 4.2.3 光学特性光学特性 表面制绒表面制绒 表表面面制制绒绒有有几几种种方方法法。一一块块单单晶晶硅硅衬衬底底可可以以沿沿着着晶晶体体表表面面刻刻蚀蚀便便能能达达到到制制绒绒效效果果。如如果果表表面面能能恰恰当当符符合合内内部部原原子子结结构构的的话话，硅硅表表面面的的晶晶体体结结构构将将变变成成由由金金字字塔塔构构成成的的表表面面。下下图图画画出出了了一一个个这这样样的的金金字字塔塔结结构构，而而紧紧接接着着的的是是用用电电子子显显微微镜镜拍拍摄摄的的硅硅表表面面制制绒绒。这这种种制制绒绒方方式式叫叫“随随机机型型金金字字塔塔”制制绒绒，通通常常在在单晶硅电池制造上使用。单晶硅电池制造上使用。右右图图便便是是组组成成晶晶硅硅太太阳阳能能电电池池制制绒绒表表面面的的金金字塔结构字塔结构。单晶硅单晶硅制绒表面的电子显微镜扫描照片制绒表面的电子显微镜扫描照片 4.2.3 光学特性 表面制绒 另另一一种种表表面面制制绒绒方方式式叫叫“倒倒金金字字塔塔型型”制制绒绒。这这种种制制绒绒方方法是往硅表面下面刻蚀，而不是从表面往上刻蚀，如图所示。法是往硅表面下面刻蚀，而不是从表面往上刻蚀，如图所示。4.2.3 光学特性光学特性 表面制绒表面制绒单晶硅单晶硅制绒表面的电子显微镜扫描照片制绒表面的电子显微镜扫描照片 另一种表面制绒方式叫“倒金字塔型”制绒。这 4.2.3 光学特性光学特性 表面制绒表面制绒多晶硅多晶硅制制绒表面的绒表面的电子显微电子显微镜照片镜照片 刻刻蚀蚀多多晶晶硅硅表表面面时时，上上面面讲讲到到的的两两种种方方法法都都不不能能使使用用，因因为为只只有有在在由由晶晶体体表表面面构构成成的的表表面面才才能能完完成成有有效效的的形形态态。而而多多晶晶硅硅表表面面上上，只只有有一一小小部部分分面面积积才才有有方方向向。但但是是多多晶晶硅硅制制绒绒可可以以使使用用光光刻刻技技术术和和机机械械雕雕刻刻技技术术，即即使使用用切割锯或激光把表面切割成相应的形状。切割锯或激光把表面切割成相应的形状。4.2.3 光学特性 表面制绒多晶硅制绒表面的 像像减减小小表表面面反反射射一一样样，充充分分的的吸吸收收入入射射光光也也是是获获得得高高转转换换效效率率的的必必要要途途径径之之一一。而而吸吸收收光光的的多多少少则则取取决决于于光光路路径径的的长长度度和和吸吸收收系系数数。下下面面的的动动画画展展示示了了硅硅太太阳阳能能电电池池对对光光的的吸吸收收是是如如何随着电池厚度变化的。何随着电池厚度变化的。2024/7/8UNSW新南威尔士大学17 对对于于厚厚度度超超过过10mm的的硅硅电电池池来来说说，入入射射光光能能量量大大于于禁禁带带宽宽度度的的部部分分基基本本全全部部被被吸吸收收。总总电电流流的的100%指指的的是是所所有有能能被被硅硅吸吸收收的的光光都都被被吸吸收收了了。当当硅硅材材料料厚厚度度为为10微微米米时时，只只有有30%的的可可吸吸收收光光被被吸吸收收。损损失失的的光光子用橙色和红色表示。子用橙色和红色表示。4.2.4 光学特性光学特性电池厚度电池厚度 像减小表面反射一样，充分的吸收 4.2.5 光学特性光学特性 光陷阱光陷阱 最最佳佳的的电电池池厚厚度度并并不不单单单单是是由由吸吸收收所所有有的的光光这这一一需需要要决决定定的的。例例如如，如如果果光光在在与与pn结结距距离离小小于于扩扩散散长长度度的的区区域域被被吸吸收收，但但产产生生的的载载流流子子却却被被复复合合了了。此此外外，就就像像复复合合引引起起的的电电压压损损失失一一节节所所讲讲那那样样，如如果果电电池池的的厚厚度度变变薄薄但但是是吸吸收收的的光光线线不不变变，开开路路电电压压将将比比厚厚电电池池的的大大。经经过过结结构构优优化化的的太太阳阳电电池池通通常常拥拥有有比比电电池池实实际际厚厚度度长长几几倍倍的的光光路路径径长长度度，所所谓谓电电池池光光路路径径长长度度是是指指没没被被吸吸收收的的光光在在射射出出电电池池前前在在电电池池内内所所走走的的距距离离。通通常常称称它它为为器器件件厚厚度度。举举例例说说，一一个个没没有有光光陷陷阱阱结结构构的的电电池池，它它的的光光路路径径长长度度可可能能只只相相当当于于电电池池实实际际厚厚度度，而而经经过过光光陷陷阱阱结结构构优优化化的的电电池池的的路路径径长长度度能能达达到到厚厚度度的的50倍倍，这这意意味着光线能在电池内来回反弹许多遍。味着光线能在电池内来回反弹许多遍。2024/7/8UNSW新南威尔士大学18 4.2.5 光学特性 光陷阱 4.2.5 光学特性光学特性 光陷阱光陷阱 通通常常，使使光光子子入入射射在在倾倾斜斜面面上上，随随之之改改变变光光子子在在电电池池内内运运动动的的角角度度，便便能能达达到到光光陷陷阱阱的的效效果果。一一个个经经过过制制绒绒的的表表面面不不仅仅能能像像前前面面所所讲讲的的那那样样减减少少反反射射，还还能能使使光光斜斜着着入入射射电电池池，因因此此光光的的路路径径长长度度比比厚厚度度大大。光入射到半导体的折射角度可以通过折射定律求得：。光入射到半导体的折射角度可以通过折射定律求得：n1sin1=n2sin 2 其其中中，12分分别是是入入射射角角和和折折射射角角，而而n1为光光入入射介射介质的折射率，的折射率，n2光射出介光射出介质的折射率。的折射率。4.2.5 光学特性 光陷阱 对对上上面面的的折折射射定定律律公公式式进进行行调调整整，则则可可计计算算光光在在电电池池入入射射的角度（即折射角）：的角度（即折射角）：2024/7/820 对对于于经经过过表表面面制制绒绒的的单单晶晶硅硅太太阳阳能能电电池池，由由于于晶晶体体表表面面的的存在而使得角度存在而使得角度1等于等于36，如下，如下图所示所示光在经制绒的太阳能电池上的反射和入射光在经制绒的太阳能电池上的反射和入射 4.2.5 光学特性光学特性 光陷阱光陷阱 对上面的折射定律公式进行调整，则可计算光在 4.2.5 光学特性光学特性 光陷阱光陷阱 如如果果光光线线从从折折射射率率大大的的介介质质入入射射到到折折射射率率小小的的介介质质，将将有有可可能能发发生生全全反反射射。此此时时的的入入射射角角为为临临界界角角，在在上上面面的的方方程程中，设中，设2为0，得：，得：利利用用全全内内反反射射，可可以以把把光光困困在在电电池池内内面面，使使穿穿入入电电池池的的光光成成倍倍增增加加，因因此此厚厚度度很很薄薄的的电电池池也也能能拥拥有有很长的光路径长度。很长的光路径长度。4.2.5 光学特性 光陷阱 朗朗伯伯背背反反射射层层是是一一种种特特殊殊的的背背反反射射层层，它它能能使使反反射射光光的的方方向向随随机机化化。电电池池背背反反射射层层的的高高反反射射率率减减小小了了背背电电极极对对光光的的吸吸收收和和光光穿穿出出电电池池的的几几率率，并并把把光光反反弹弹回回电电池池体体内内。方方向向的的随随机机化化使使得得许许多多反反射射光光都都被被全全反反射射回回去去。有有些些被被反反射射回回电电池池顶顶端端表表面面的的光光与与表表面面的的角角度度大大于于临临界界角角，则则又又再再次次被被全全反反射射回回电电池池内内。这这样样一一来来，光光被被吸吸收收的的机机会会就就大大大大增增加加了了，因因为为光光的的路路径径长长度度能能达达到到4n2，n为为半半导导体体的的折折射射率率(Yablonovitch and Cody,1982)。使使光光的的路路径径长长度度长长达达电电池池厚厚度度的的50倍倍，因因此此这是一个十分有效的围困光线的技术。这是一个十分有效的围困光线的技术。4.2.6 光学特性光学特性朗伯背反射层朗伯背反射层 朗伯背反射层是一种特殊的背反朗伯背反射层如下图所描述：朗伯背反射层如下图所描述：4.2.6 光学特性光学特性朗伯背反射层朗伯背反射层UNSW新南威尔士大学新南威尔士大学小于临界角入射小于临界角入射的光逃出电池的光逃出电池光被全光被全反射并反射并围困在围困在电池内电池内入射光入射光电池底部的随机散射电池底部的随机散射顶顶角角等等于于临临界界角角的的椎椎体体内内的的光光损损失失掉了掉了朗伯背反射层如下图所描述：4.2.6 光学特 复复合合效效应应同同时时造造成成光光生生电电流流（即即短短路路电电流流）和和前前置置偏偏压压注注入入电电流流（即即开开路路电电压压）的的损损失失。人人们们通通常常依依据据发发生生在在电电池池内内的的区区域域不不同同来来对对复复合合进进行行分分类类。一一般般来来说说，发发生生在在电电池池表表面面（表表面面复复合合）和和电电池池体体内内（体体复复合合）的的复复合合是是主主要要的的复复合合形形式式。而而耗尽区耗尽区则是另外一个会发生复合的区域。则是另外一个会发生复合的区域。24 4.3.1 减少复合效应减少复合效应复合损耗复合损耗 复合效应同时造成光生电流（即短路 为为了了让让pn结结能能够够吸吸收收所所有有的的光光生生载载流流子子，表表面面复复合合和和体体复复合合都都要要尽尽量量减减到到最最小小。对对于于硅硅太太阳阳能能电电池池，要要达达到到这这样样的的效果，所需条件为：效果，所需条件为：载载流流子子必必须须在在与与pn结结距距离离小小于于扩扩散散长长度度的的区区域域产产生生，才才能能扩扩散到散到pn结并被收集。结并被收集。对对于于局局部部高高复复合合区区域域（比比如如，没没有有钝钝化化的的表表面面和和多多晶晶硅硅的的晶晶界界），光光生生载载流流子子与与pn结结的的距距离离必必须须小小于于与与高高复复合合区区域域的的距距离离。相相反反，在在局局部部低低复复合合区区域域（比比如如钝钝化化的的表表面面），光光生生载载流流子子可可以以与与低低复复合合区区域域距距离离更更近近些些，因因为为它它依依然然能能扩扩散散到到pn结并被收集，而不会复合。结并被收集，而不会复合。2024/7/8UNSW新南威尔士大学25 4.3.2 减少复合效应减少复合效应复合引起的电流损失复合引起的电流损失 为了让pn结能够吸收所有的光生载 4.3.2 减少复合效应减少复合效应复合引起的电流损失复合引起的电流损失 电电池池的的前前表表面面和和背背表表面面存存在在局局部部复复合合区区域域，意意味味着着能能量量不不同同的的光光子子将将有有不不同同的的收收集集概概率率。蓝蓝光光的的吸吸收收率率很很高高，并并且且在在距距离离前前表表面面非非常常近近处处被被吸吸收收，所所以以如如果果前前表表面面是是个个高高复复合合区区域域的的话话，那那么么蓝蓝光光产产生生的的载载流流子子就就不不怎怎么么可可能能被被pn结结收收集集。类类似似的的，如如果果电电池池的的背背表表面面的的复复合合效效应应很很强强，将将主主要要影影响响由由红红外外光光产产生生的的载载流流子子（红红外外光光在在电电池池深深处处产产生生载载流流子子）。太太阳阳能能电电池池的的量量子子效效率率量量化化了了复复合合效效应应对对光光生生电电流流的的影影响响。下图描述了太阳能电池的量子效率。下图描述了太阳能电池的量子效率。4.3.2 减少复合效应复合引起的电流损失 2024/7/8UNSW新南威尔士大学27理想和实际太阳能电池的典型量子效率，描述了复合损失和光损失的影响理想和实际太阳能电池的典型量子效率，描述了复合损失和光损失的影响前表面的反前表面的反射和复合射和复合体内和背面的体内和背面的复合加上没被复合加上没被吸收的光吸收的光 4.3.2 减少复合效应减少复合效应复合引起的电流损失复合引起的电流损失2023/8/13UNSW新南威尔士大学27理想和实际太阳能 4.3.2 减少复合效应减少复合效应复合引起的电流损失复合引起的电流损失 三三种种不不同同类类型型的的晶晶体体硅硅太太阳阳能能电电池池的的量量子子效效率率曲曲线线。埋埋栅栅和和丝丝网网印印刷刷曲曲线线表表示示的的是是电电池池的的内内部部量量子子效效率率，而而PERL曲曲线线则则表表示示电电池池的的外外部部量量子子效效率率。PERL电电池池对对红红外外光光的的响响应最好，因为被良好地钝化，有高效率的背表面反射。应最好，因为被良好地钝化，有高效率的背表面反射。丝网印刷丝网印刷埋栅埋栅PERL 4.3.2 减少复合效应复合引起的电流损失 开开路路电电压压是是指指当当前前置置扩扩散散电电流流与与短短路路电电流流大大小小相相当当时时的的光光电电压压。前前置置扩扩散散电电流流的的大大小小取取决决于于pn结结处处复复合合效效应应的的大大小小，即即扩扩散散电电流流随随着着复复合合的的提提高高而而上上升升。结结果果是是，高高复复合合提提高高了了前前置置扩扩散散电电流流反反过过来来却却降降低低了了开开路路电电压压。能能表表示示在在前前置置电电压压下下的的复复合合大大小小的的材材料料参参数数是是“二二极极管管饱饱和和电电流流”。而而复复合合的的大大小小由由pn结结边边缘缘的的少少数数载载流流子子的的数数量量控控制制，即即它它们们离离开开pn结结的的速速度度有有多多快快，复复合合的的速速度度就就有有多多快快。所所以以，黑黑暗暗前前置置电电流流以及开路电压将受到下面几个因素影响以及开路电压将受到下面几个因素影响：pn结结边边缘缘的的少少数数载载流流子子数数量量。从从pn结结另另一一边边注注入入的的少少数数载载流流子子数数量量，等等于于在在平平衡衡状状态态下下的的少少数数载载流流子子数数量量乘乘以以一一个个由由电电池池电电压压和和温温度度决决定定的的指指数数因因子子。因因此此，尽尽量量减减少少平平衡衡少少数数载载流流子子浓浓度度将将减减少少复复合合。而而减减少少平平衡衡少少数数载载流流子子浓浓度度可可以以通通过过增加掺杂增加掺杂来实现。来实现。4.3.3 减少复合效应减少复合效应复合引起的电压损失复合引起的电压损失 开路电压是指当前置扩散电流与材材料料的的扩扩散散长长度度。短短的的扩扩散散长长度度意意味味着着少少数数载载流流子子由由于于复复合合，在在pn结结边边缘缘处处快快速速消消失失，以以使使得得更更多多的的载载流流子子通通过过电电池池，提提高高前前置置电电流流。因因此此，必必须须有有长长的的扩扩散散长长度度才才能能尽尽量量减减少少复复合合并并获获得得高高电电压压。而而扩扩散散长长度度怎怎取取决决于于电电池池材材料料的的类类型型、制制造造电电池池片片的的过过程程和和掺掺杂杂的的情情况况。高高掺掺杂杂导导致致低低扩扩散散长长度度，因因此此需需要要找找到到长长扩扩散散长长度度(它它同同时时影影响响着着电电流流和和电电压压)与与高高电电压压之之间间的平衡。的平衡。与与pn结结距距离离小小于于扩扩散散长长度度的的区区域域存存在在局局部部复复合合区区。靠靠近近pn结结的的高高复复合合区区（通通常常为为表表面面或或晶晶界界）使使得得载载流流子子迅迅速速的的移移向向它它，接接着着被被复复合合，因因此此大大幅幅度度提提高高复复合合电电流流。通通过过表表面面钝钝化化能能够够降低表面复合的影响。降低表面复合的影响。2024/7/8UNSW新南威尔士大学30 4.3.3 减少复合效应减少复合效应复合引起的电压损失复合引起的电压损失材料的扩散长度。短的扩散长度意味着少数载流子由于复合，在pn 4.3.3 减少复合效应减少复合效应复合引起的电压损失复合引起的电压损失 在在假假设设良良好好表表面面钝钝化化的的前前提提下下，掺掺杂杂（ND）对对扩扩散散长长度度和和开开路路电电压压的影响。的影响。扩散长度扩散长度开路电压开路电压下图显示对两种参数的权衡。下图显示对两种参数的权衡。4.3.3 减少复合效应复合引起的电压损失 表面复合强烈影响短路电流的同时，也强烈影响着开路电压。表面复合强烈影响短路电流的同时，也强烈影响着开路电压。电电池池前前表表面面的的高高复复合合率率对对短短路路电电流流产产生生非非常常不不利利的的影影响响，因因为为前前表表面面是是电电池池中中载载流流子子生生成成率率非非常常高高的的区区域域。要要降降低低此此区区域域的的高高复复合合率率，可可以以通通过过在在表表面面镀镀上上钝钝化化层层（通通常常为为二二氧氧化化硅硅）的的方方式式来减小硅表面的悬挂键。来减小硅表面的悬挂键。4.3.4 减少复合效应减少复合效应表面复合表面复合对对电电池池背背部部进进行行重重掺掺杂杂，让让少少数数载载流流子子（这里为电子）远离高复合率的背电极（这里为电子）远离高复合率的背电极在在电电极极下下面面重重掺掺杂杂，让让少少数数载载流流子子远远离离高高复合率的前端电极复合率的前端电极pn结的电场结的电场 二氧化硅二氧化硅“钝化钝化”表面并表面并减少表面复合减少表面复合 降低表面复合影响的技术降低表面复合影响的技术 表面复合强烈影响短路电流的同 因因为为硅硅太太阳阳能能电电池池的的钝钝化化层层通通常常为为绝绝缘缘体体，所所以以有有金金属属电电极极的的区区域域便便不不能能被被二二氧氧化化硅硅钝钝化化。取取而而代代之之的的，是是在在表表面面电电极极下下面面重重掺掺杂杂，以以减减小小表表面面复复合合的的影影响响。尽尽管管这这样样的的重重掺掺杂杂通通常常会会严严重重减减小小扩扩散散长长度度，但但是是由由于于电电极极区区域域并并不不参参与与载载流流子子的的生生成成，因因此此它它对对载载流流子子的的收收集集的的影影响响并并不不大大。此此外外，当当高高复复合合率率的的电电池池表表面面非非常常接接近近于于pn结结时时，要要使使复复合合的的影影响响达达到到最最小小，就就必必须须尽尽可可能能的的增增加加掺掺杂杂的的浓浓度度。类类似似的的方方法法也也使使用用在在减减少少背背表表面面复复合合率率对对电电压压和和电电流流的的影影响响上上，如如果果背背表表面面与与pn结结的的距距离离小小于于扩扩散散长长度度。“背背电电场场”由由电电池池背背面面的的高高掺掺杂杂区区域域组组成成。在在高高掺掺杂杂和和低低掺掺杂杂区区的的交交界界处处形形成成了了类类似似pn结结的的场场，相相当当于于引引入入一一个个阻阻止止少少数数载载流流子子到到背背面面的的屏屏障障。而而低低掺掺杂杂区区域域的的少少数数载载流流子子浓浓度度也也因因此此保保持持在在了了一一个个高高水水平平，此此背背电电场场也也取取得得了了钝化背面的效果。钝化背面的效果。4.3.4 减少复合效应减少复合效应表面复合表面复合 因为硅太阳能电池的钝化层通常为绝 除除了了使使吸吸收收最最大大化化和和复复合合最最小小化化之之外外，设设计计一一个个高高效效率率太太阳阳能能电电池池的的最最后后一一个个条条件件，便便是是使使寄寄生生电电阻阻造造成成的的损损耗耗降降到到最最低低。并并联联电电阻阻和和串串联联电电阻阻都都会会降降低低电电池池的的填填充充因因子子和和效效率率。有有害害的的低低并并联联电电阻阻是是一一种种制制造造缺缺陷陷，而而不不是是参参数数设设计计的的问问题题。然然而而，由由顶顶端端电电极极电电阻阻和和发发射射区区电电阻阻组组成成的的串串联联电电阻阻就就跟跟并并联联电电阻阻有有所所不不同同，必必须须小小心心设设计计电电池池结结构构的的类类型型和尺度以和尺度以优化优化电池的效率。电池的效率。2024/7/8UNSW新南威尔士大学34 4.4.1 顶端电极的设计顶端电极的设计串联电阻串联电阻 除了使吸收最大化和复合最小化之外 4.4.1 顶端电极的设计顶端电极的设计串联电阻串联电阻母母栅栅子栅子栅网格线网格线 电电池池的的串串联联电电阻阻有有几几个个部部分分组组成成，如如下下图图所所示示。在在这这些些成成分分中中，发发射射区区和和顶顶端端电电极极（包包括括子子栅栅电电阻阻和和母母栅栅电电阻阻）对对串串联联电阻的贡献最大，因此也是最需要优化的区域。电阻的贡献最大，因此也是最需要优化的区域。太阳能电池中电阻组成及电流流向太阳能电池中电阻组成及电流流向 4.4.1 顶端电极的设计串联电阻母栅子栅网格 金金属属顶顶端端电电极极是是用用来来收收集集电电池池产产生生的的电电流流的的。“母母栅栅”直直接接与与外外部部电电路路连连接接，而而“子子栅栅”负负责责从从电电池池内内部部收收集集电电流流并并传传送送到到母母栅栅。在在顶顶端端电电极极的的设设计计中中，关关键键是是要要取取得得一一个个平平衡衡，即即窄窄的的电电极极网网线线所所造造成成的的高高电电阻阻与与宽宽电电极极网网线线造造成成的的遮遮光光面积增加的平衡。面积增加的平衡。2024/7/8UNSW新南威尔士大学36子子栅栅母栅母栅 4.4.1 顶端电极的设计顶端电极的设计串联电阻串联电阻太阳能电池顶端触极设计。太阳能电池顶端触极设计。母栅和子栅连接并将产生母栅和子栅连接并将产生的电流传到外电极。的电流传到外电极。金属顶端电极是用来收集电池产生 通通常常，光光生生电电流流从从电电池池体体内内垂垂直直移移动动到到电电池池表表面面，然然后后横横向穿过重掺杂表面，直到被顶端电极收集。向穿过重掺杂表面，直到被顶端电极收集。电电池池体体内内的的电电阻阻和和电电流流被被假假设设为为一一个个常常数数。电电池的体电阻被定义为：池的体电阻被定义为：Rb=bw/A 考考虑到到电池的厚度。池的厚度。式式中中b为电池池的的体体电阻阻率率（电导率率的的倒倒数数）（硅硅电池池通通常常为0.5-5.0cm），），A为电池面池面积，w为电池主体区域的池主体区域的宽度。度。2024/7/8UNSW新南威尔士大学37 4.4.2 顶端电极的设计顶端电极的设计体电阻体电阻 通常，光生电流从电池体内垂直移 对对于于发发射射（区区）层层，其其电电阻阻率率和和厚厚度度都都是是不不知知道道的的，使使得得人人们们很很难难通通过过电电阻阻率率和和厚厚度度来来计计算算表表层层的的电电阻阻大大小小。然然而而，“表表层层电电阻阻率率”，一一个个取取决决于于电电阻阻率率和和厚厚度度的的参参数数，却却可可以以通通过过电电池池的的n型型层层表表面面很很轻轻易易地地测测量量出出来来。对对于于掺掺杂杂均匀的薄层来说，表层电阻率定义为：均匀的薄层来说，表层电阻率定义为：=/t 其中，其中，为n型型层的的电阻率，阻率，t为表表层的厚度。的厚度。表表层电阻率通常表示阻率通常表示为欧姆欧姆/平方或平方或/2024/7/8UNSW新南威尔士大学38 4.4.3 顶端电极的设计顶端电极的设计表层电阻率表层电阻率 对于发射（区）层，其电阻率和厚度 4.4.3 顶端电极的设计顶端电极的设计表层电阻率表层电阻率 只只要要仍仍然然保保持持正正方方形形，则则无无论论尺尺寸寸多多大大，方方形形导导电电片片的的电阻都是一样大的。电阻都是一样大的。对于掺杂不均匀的对于掺杂不均匀的n型层来说，型层来说，的分布也是不均匀的，的分布也是不均匀的，则：4.4.3 顶端电极的设计表层电阻率 发发射射区区的的表表层层电电阻阻率率可可以以使使用用“四四点点探探针针法法”非非常常容容易易的的测测出出来来。电电流流流流到到探探针针，并并在在中中间间两两个个探探针针之之间间产产生生压压降降。n型型区区与与p型型区区之之间间的的pn结结扮扮演演着着绝绝缘缘层层的的角角色色，使使得得测测量量表表层层电电阻阻时时不不受受影影响响，此此外外，测测量量时时电电池池必须处在黑暗环境中。必须处在黑暗环境中。2024/7/8UNSW新南威尔士大学40 4.4.3 顶端电极的设计顶端电极的设计表层电阻率表层电阻率 发射区的表层电阻率可以使用 4.4.3 顶端电极的设计顶端电极的设计表层电阻率表层电阻率 利用实验测得的电压和电流，可算得：利用实验测得的电压和电流，可算得：式中式中/ln2=4.53 一般硅太阳能电池的表层电阻率在一般硅太阳能电池的表层电阻率在30-100/之间。之间。4.4.3 顶端电极的设计表层电阻率 基基于于前前面面的的表表层层电电阻阻率率，作作为为顶顶端端电电极极栅栅间间距距的的函函数数且且由由发发射射区区电电阻阻造造成成的的功功率率损损失失便便可可计计算算出出来来。然然而而，在在发发射射区区的的电电流流流流动动的的距距离离并并不不都都是是相相等等的的。如如果果电电流流刚刚好好从从电电池池内内部部流流到到电电极极附附近近，则则因因此此路路程程很很短短。但但是是如如果果电电流流流流到到两两个个栅栅条条之之间的话，则电阻路径刚好等于两个栅条距离的一半。间的话，则电阻路径刚好等于两个栅条距离的一半。42 载流子从电池的载流子从电池的产生点流到外部电极产生点流到外部电极的理想效果图。需要的理想效果图。需要注意的是，实际中的注意的是，实际中的发射区要比图中的薄发射区要比图中的薄很多。很多。4.4.4 顶端电极的设计顶端电极的设计发射区电阻发射区电阻 基于前面的表层电阻率，作为顶端电 4.4.4 顶端电极的设计顶端电极的设计发射区电阻发射区电阻 右右图图为为计计算算由由电电池池表表层层的的横横向向电电阻阻造造成成的的功功率率损损失失时时用用到到的数据。的数据。在在y方向逐渐递增的功率损失为：方向逐渐递增的功率损失为：dPloss=l2dR其中其中dR=dy/A 式中式中y为两个两个栅条之条之间的距离。的距离。如下如下图所示：所示：表表层层横横向向电电流流的的大大小小决决定定于于y和和I（y），在在两两栅栅条条之之间间的中间点的大小为零，并沿着中间点到栅条的线逐渐增加。的中间点的大小为零，并沿着中间点到栅条的线逐渐增加。4.4.4 顶端电极的设计发射区电阻 计算电流的方程为：计算电流的方程为：I（y）=Jby J为电流强度，为电流强度，b为栅条的长度，而为栅条的长度，而y是两栅条的间隔距离。是两栅条的间隔距离。终上所述，在终上所述，在1/2单元电池中，顶层阻抗引起的功率损耗为：单元电池中，顶层阻抗引起的功率损耗为：2024/7/8UNSW新南威尔士大学44式中式中S同样为两栅间距。同样为两栅间距。在最大功率输出点，这个区域内的功率为在最大功率输出点，这个区域内的功率为VmpJmpbs/2，则相对，则相对功率损耗为：功率损耗为：4.4.4 顶端电极的设计顶端电极的设计发射区电阻发射区电阻 计算电流的方程为：2023/8/13UNSW新南威尔士大 接接触触电电阻阻损损耗耗发发生生在在硅硅电电池池与与金金属属电电极极的的交交界界处处。要要降降低低接接触触电电阻阻的的损损耗耗，就就必必须须对对n型型层层的的顶顶层层进进行行重重掺掺杂杂。然然而而，重重掺掺杂杂水水平平也也会会引引起起不不良良后后果果。即即如如果果高高浓浓度度的的磷磷被被扩扩散散到到硅硅中中，当当温温度度下下降降时时，多多余余的的磷磷会会被被析析出出电电池池表表层层，形形成成一一层层“死死层层”，在在这这层层中中光光生生载载流流子子的的收收集集几几率率非非常常低低。许许多多商商用用电电池池因因为为死死层层的的出出现现而而导导致致对对蓝蓝光光的的响响应应很很差差。因因此此，解解决决的的办办法法是是，对对金金属属电电极极的的下下面面部部分分进进行行重重掺掺杂杂，而而表表层层的的其其余余部部分分则则需需控控制制在在一一个个平平衡衡值值，也也就就是是在在获获得低发射区饱和电流和高发射区扩散长度之间达到平衡。得低发射区饱和电流和高发射区扩散长度之间达到平衡。2024/7/8UNSW新南威尔士大学45顶端金属电极顶端金属电极金属与硅界面的高接触电阻金属与硅界面的高接触电阻对界面重掺杂以减小接触电阻对界面重掺杂以减小接触电阻N型发射区型发射区 4.4.5 顶端电极的设计顶端电极的设计接触电阻接触电阻 接触电阻损耗发生在硅电池与金属 顶顶端端电电极极的的优优化化设设计计不不只只有有子子栅栅和和母母栅栅电电阻阻的的最最小小化化，还还包包括括与与顶顶端端电电阻阻有有关关的的总总的的损损耗耗的的最最小小化化，即即包包括括发发射射区区的的电电阻阻损损耗耗、金金属属电电极极的的电电阻阻损损耗耗和和阴阴影影损损耗耗。一一些些设设计计的的因因素素决决定定了了损损耗耗规规模模的的大大小小，它它们们包包括括子子栅栅和和母母栅栅的的间间距距、金金属属的的宽宽高高横横纵纵比比、金金属属栅栅条条的的最最小小宽宽度度以以及及金金属属的的电电阻阻率率。如下图所示。如下图所示。2024/7/8UNSW新南威尔士大学46横纵比横纵比=高高/宽宽小的高宽横纵比小的高宽横纵比栅条的间距栅条的间距大的高宽横纵比大的高宽横纵比发射区发射区 4.4.6 顶端电极的设计顶端电极的设计金属网格的设计金属网格的设计 顶端电极的优化设计不只有子栅和 4.4.6 顶端电极的设计顶端电极的设计金属网格的设计金属网格的设计栅间距对发射区电阻的影响栅间距对发射区电阻的影响 正正如如我我们们在在发发射射区区电电阻阻一一节节所所讲讲的的那那样样，来来自自发发射射区区的的能能量量损损耗耗大大小小取取决决于于金金属属网网格格的的间间距距，因因此此，短短的的栅栅间间距距有有利利于于降低发射区电阻。降低发射区电阻。网格电阻网格电阻 网网格格电电阻阻的的大大小小取取决决于于金金属属的的电电阻阻率率、网网格格的的排排列列布布局局和和金金属属栅栅条条的的横横纵纵比比。低低的的电电阻阻率率和和高高的的横横纵纵比比对对电电池池比比较较有有利利，但也会受到制造技术的限制。但也会受到制造技术的限制。阴影损失阴影损失 阴阴影影损损失失是是覆覆盖盖在在电电池池表表面面的的金金属属栅栅条条阻阻挡挡光光线线射射入入电电池池引起的。引起的。4.4.6 顶端电极的设计金属网格的设计栅设计原则设计原则 虽虽然然顶顶端端电电极极的的设设计计方方案案众众多多，但但基基于于现现实实原原因因，大大多多数数的的电电池池表表面面金金属属网网格格设设计计都都是是相相对对简简单单和和十十分分匀匀称称的的。匀匀称称的的网网格格把把电电池池分分成成均均等等的的几几部部分分。设设计计时时有有几几个个重重要的原则要注意要的原则要注意(Serreze,1978)：最最优优的的母母栅栅宽宽度度，WB，此此时时母母栅栅的的电电阻阻损损耗耗大大小小等等于于它它的的阴阴影损耗。影损耗。宽度逐渐变小的栅条要比等宽的栅条所造成的损耗小。宽度逐渐变小的栅条要比等宽的栅条所造成的损耗小。电电池池的的面面积积越越小小、栅栅条条的的宽宽度度WF越越小小以以及及栅栅条条间间隔隔S越越小小，则则损耗越小。损耗越小。2024/7/8UNSW新南威尔士大学48 4.4.6 顶端电极的设计顶端电极的设计金属网格的设计金属网格的设计设计原则2023/8/13UNSW新南威尔士大学48 4.2024/7/8UNSW新南威尔士大学49顶端电极设计的示意图，展示了母栅和子栅的形状结构分布。顶端电极设计的示意图，展示了母栅和子栅的形状结构分布。子栅子栅母栅母栅 4.4.6 顶端电极的设计顶端电极的设计金属网格的设计金属网格的设计2023/8/13UNSW新南威尔士大学49顶端电极设计的示 对对于于硅硅太太阳阳能能电电池池来来说说，经经过过基基本本设设计计，在在表表面面反反射射、载载流流子子收收集集、载载流流子子复复合合和和寄寄生生电电阻阻这这几几方方面面进进行行优优化化后后，转转换换效效率率能能达达到到大大约约25%的的理理论论值值。下下图图是是进进行行过过这这样样优优化化的太阳能电池。的太阳能电池。2024/7/8UNSW新南威尔士大学50制绒和镀减反射膜制绒和镀减反射膜表面掺杂表面掺杂母栅母栅背电极背电极子栅子栅 4.5.1 太阳能电池的结构太阳能电池的结构硅太阳能电池的参数硅太阳能电池的参数 对于硅太阳能电池来说，经过基本基础太阳能设计方法基础太阳能设计方法 1.衬底材料（通常为硅）衬底材料（通常为硅）硅硅太太阳阳能能电电池池能能在在现现代代光光伏伏市市场场占占据据统统治治地地位位，一一部部分分是是得得益益于于硅硅材材料料在在集集成成电电路路产产业业的的杰杰出出表表现现。而而就就像像在在二二极极管管的的制制造造材材料料中中一一样样，硅硅材材料料的的参参数数并并不不是是最最好好的的。特特别别是是，硅硅的的禁禁带带宽宽度度对对于于最最优优的的太太阳阳能能电电池池来来说说，还还是是稍稍微微有有点点过过低低了了，因因为为硅硅是是直直接接带带隙隙半半导导体体，其其吸吸收收系系数数比比较较低低。虽虽然然低低吸吸收收系系数数的的问问题题可可以以通通过过光光陷陷阱阱来来解解决决，但但是是很很难难把把硅硅的的表表层层制制造造的的很很薄薄。尽尽管管如如此此，硅硅的的资资源源却却十十分分丰丰富富，它在半导体制造行业的优势使得其它材料难以匹敌。它在半导体制造行业的优势使得其它材料难以匹敌。2024/7/8UNSW新南威尔士大学51 4.5.1 太阳能电池的结构太阳能电池的结构硅太阳能电池的参数硅太阳能电池的参数基础太阳能设计方法2023/8/13UNSW新南威尔士大学5 4.5.1 太阳能电池的结构太阳能电池的结构硅太阳能电池的参数硅太阳能电池的参数2.电池厚度（电池厚度（100-500m）经过优化的伴有光陷阱和表面钝化的硅太阳能电池，经过优化的伴有光陷阱和表面钝化的硅太阳能电池，厚度大概在厚度大概在100m。然而，。然而，200-500m的厚的厚 度也是很常使度也是很常使 用到的，部分原因是考虑到实际情况，如表面制造薄层或用到的，部分原因是考虑到实际情况，如表面制造薄层或 表面钝化。表面钝化。3.基区的掺杂（基区的掺杂（1/m）对基区进行高掺杂能获得高电压和低电阻对基区进行高掺杂能获得高电压和低电阻,然而高掺杂然而高掺杂 也会导致晶体结构的破坏。也会导致晶体结构的破坏。4.控制反射控制反射(前表面通常使用制绒技术前表面通常使用制绒技术)对表面进行制绒能提高电池捕捉光线的能力。对表面进行制绒能提高电池捕捉光线的能力。4.5.1 太阳能电池的结构硅太阳能电池的参数25.发射区掺杂发射区掺杂(n型区型区)n型型硅硅比比p型型硅硅的的质质量量要要好好一一些些，所所以以被被置置于于电电池池的的表表面面，在在这这里里吸吸收收大大多多数数的的入入射射光光。因因此此，电电池池的的表表面面为为负负极，背面为正极。极，背面为正极。6.发射区的厚度发射区的厚度(1m)入入射射光光中中的的绝绝大大部部分分是是在在靠靠近近电电池池表表面面处处被被吸吸收收的的。通通过过大大幅幅度度的的降降低低表表层层的的厚厚度度，能能让让大大部部分分的的光光生生载载流流子子被被pn结收集。结收集。2024/7/8UNSW新南威尔士大学53 4.5.1 太阳能电池的结构太阳能电池的结构硅太阳能电池的参数硅太阳能电池的参数5.发射区掺杂(n型区)2023/8/13UNSW新南威 4.5.1 太阳能电池的结构太阳能电池的结构硅太阳能电池的参数硅太阳能电池的参数7.发射区的掺杂水平发射区的掺杂水平(100/)对发射区掺杂一定水平对发射区掺杂一定水平,使得光生电流不受电阻的阻碍。然使得光生电流不受电阻的阻碍。然 而，过度的掺杂也会降低材料的质量，以致载流子在到达而，过度的掺杂也会降低材料的质量，以致载流子在到达pn结结 之前就被复合了。之前就被复合了。8.网格的排布网格的排布(栅条宽在栅条宽在20-200m，间隔，间隔1-5mm)硅的电阻率太高以至于不能导通走所有的光生电流，所以硅的电阻率太高以至于不能导通走所有的光生电流，所以 在电池表面放置了电阻率更低的金属网格，以运走所有的电流。在电池表面放置了电阻率更低的金属网格，以运走所有的电流。网格覆盖在表面会挡住一部分入射光，所以必须在收集光线和网格覆盖在表面会挡住一部分入射光，所以必须在收集光线和 降低电阻值之间做个折中。降低电阻值之间做个折中。9.背电极背电极 背电极比起顶端电极的重要性要低很多，因为它与背电极比起顶端电极的重要性要低很多，因为它与pn结结 距离要远许多，不需要透明。但是，背电极在设计中的正变得距离要远许多，不需要透明。但是，背电极在设计中的正变得 越来越重要，因为总的效率正在提高，电池也变得越来越薄。越来越重要，因为总的效率正在提高，电池也变得越来越薄。4.5.1 太阳能电池的结构硅太阳能电池的参数7 在在实实验验室室条条件件下下，依依靠靠当当今今最最先先进进的的技技术术，有有可可能能把把单单晶晶硅硅太太阳阳能能电电池池的的效效率率提提高高到到25%。然然而而商商业业大大规规模模制制造造的的效效率率通通常常只只为为13%-14%。造造成成两两者者差差别别这这么么大大的的最最主主要要原原因因为为实实验验室室使使用用的的研研究究技技术术并并不不适适用用于于现现代代商商业业制制造造中中，因因此此低低成成本本导导致致低低效效率率。太太阳阳能能电电池池的的研研究究不不断断提提高高着着电电池池的的效效率率，并并朝朝着着25%-30%的的目目标标奋奋进进。据据估估计计，商商业业制制造造的的电电池池也也有有可可能能达达到到20%。对对于于给给定定成成本本的的电电池池板板来来说说，效效率率更更高高代代表表成成本本效效益益更更好好，因因为为生生产产同同等等电电力力所所需需额额外外的的成成本本减减少少了了（比比如如运运输输成成本本、电电路路系系统统成成本本等等）。最最终终，也也意意味味着着效效率率更更高高的的太太阳阳能能电电池池对对住宅用和工业用电流系统都更具吸引力。住宅用和工业用电流系统都更具吸引力。2024/7/8UNSW新南威尔士大学55 4.5.2 太阳能电池的结构太阳能电池的结构设计的权衡设计的权衡:效率与成本效率与成本 在实验室条件下，依靠当今最先进 4.5.2 太阳能电池的结构太阳能电池的结构设计的权衡设计的权衡:效率与成本效率与成本电池板成本电池板成本平均发电成本平均发电成本 右右图图给给出出了了电电池池效效率率对对发发电电成成本本的的影影响响。对对于于效效率率更更高高的的电电池池来来说说，单单位位面面积积的的成成本本可可能能高高的的更更多多，如如果果发发电电成成本本给给定定的的话话。例例如如，要要获获得得10%的的效效率率所所花花的的成成本本可可能能为为$10/m2，而而要要获获得得20%的的效效率率，成成本本却却能能达达到到$75/m2。4.5.2 太阳能电池的结构设计的权衡: