专利名称：多晶硅太阳能电池转换效率的测试方法
技术领域：
本发明涉及的是一种太阳能电池转换效率的测试方法，特别是一种基于透射光谱的多晶硅太阳能电池转换效率的测试方法，属于半导体材料应用领域。
背景技术：
在世界能源的转移中，太阳能电池发电处于突出的位置。太阳能光伏发电系统的广泛应用必须做到的二点是1、提高太阳能电池本身的转化效率，因此研究测试太阳能电池本身的转换效率是一个值得关注的研究领域；2、降低太阳能电池的制造成本，本领域的研究人员已经指出利用品质较低的多晶硅半导体结合快速热处理及简化荧幕列印刷制程可以大大降低太阳能电池的生产成本。因此研究多晶硅太阳能电池转换效率的测试方法是有非常重大的实用意义的。研究人员同时指出提高多晶硅太阳能电池的转换效率的关键是如何运用较好的工艺从材料中抽取出缺陷，因此对于多晶硅太阳能电池，如果能够在测试其转换效率的同时得到有关这些缺陷的微观参数，如晶界处界面缺陷浓度、界面电荷密度等，将会非常有助于制作工艺的改进从而更有效的提高其转换效率。
通常可以将测量太阳电池的电性能归结为测量它的伏安特性，由于伏安特性与测试条件有关，因此必须在统一规定的标准测试条件下进行测量，或将结果换算到标准测试条件下才能确定太阳电池的电性能。北京新时代出版社1987年12月出版的《太阳光发电》(高桥清等编著)97页-149页描述了一种太阳能电池转换效率的测试方法，地面用太阳电池标准测试条件为总辐射为AM1.5的标准阳光光谱，标准测试温度为25℃±2℃，在此标准测试条件下，可以测量的单体太阳电池参数主要有开路电压，短路电流，最佳工作电压，最佳工作电流，最大输出功率，填充因子，光电转换效率，内部串联电阻，内部并联电阻等宏观参量。需要指出的是，这种测试方法所得到的最大输出功率和最佳工作电压、最佳工作电流的选取以及测量时间的长短有关，因此得到的光电转化效率有一定的不确定性，同时需要制作专门的电极引线，而且只能得到诸如电流、电压等宏观参数，不能得到太阳能电池本身的微观参数，如带尾能量、界面缺陷浓度、界面电荷密度、相干长度等参数，但是后者对于改进工艺以提高太阳能电池的转换效率有着直接的指导意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种多晶硅太阳能电池转换效率的测试方法，使其测试方法更简单易行，准确度更高，提供信息更全面。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的测试方法包括如下步骤1.测量多晶硅太阳能电池在红外至可见光波段范围内的透射光谱；2.用理论透射率公式拟合实验结果，得到多晶硅太阳能电池的带尾能量，晶粒晶界界面缺陷浓度、界面电荷密度及相干长度等物理参数；3.实验测量多晶硅太阳能电池的转换效率η，并将其与不同多晶硅太阳能电池样品带尾能量EU结合，得到两者之间的线性关系式；4.对于其他多晶硅太阳能电池，重复步骤1和步骤2，并将步骤2中得到的带尾能量值EU代入步骤3中得到的带尾能量EU和太阳能电池转换效率η的关系式，即可直接得到其转换效率η。
步骤1测量的波段为6000cm-1～12000cm-1。步骤2中光线在正入射及存在正、反两个界面反射的情况下，推导出多晶硅太阳能电池透射率的计算公式T，通过计算机用公式T对实验结果进行拟合，得到包括带尾能量EU、界面缺陷浓度、界面电荷密度、相干长度在内的物理参数。步骤3中两者之间的线性关系式为η/％＝-0.202EU/meV+28.80±0.05。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明可以在免去制作测量引线的情况下直接得到多晶硅太阳能电池的转换效率，还可以得到可靠的多晶硅太阳能电池的微观参数用以指导工艺的改进，具有简单、方便、准确度高、实用性强的特点。
具体实施例方式
采用美国尼高力公司生产的傅立叶红外光谱仪，测量多晶硅样品在红外至可见光波段范围内的常温透射光谱。测试用三块不同产地和不同方法制备的P型多晶硅片制成的三块太阳能电池样品样品S1，采用铸定法制备；样品S2，采用定向凝固法制备；样品S3，采用铸定法制备。采用了如下工艺将多晶硅片制成太阳能电池先用酸溶液腐蚀和织构硅片表面，再经POCl3扩散后用丝网印刷技术制作电极，最后为了钝化表面和体内以及减小入射光在多晶硅太阳能电池表面的反射，用粒子束增强化学气相沉积法(PECVD)在其表面沉积SiNx薄膜。测试在如下条件下进行光源为美国光谱实验室X-25太阳模拟器，光谱AM1.5，光强100mW/cm2；测试温度25±2℃；标准电池采用全国太阳能电池联合标定片编号新-25，短路电流108mA。
本发明的测试方法具体包括如下步骤1、用傅立叶红外光谱仪以垂直入射的方式测量三块多晶硅太阳能电池样品(S1、S2、S3)的透射光谱，测量波段为6000cm-1～12000cm-1。
2、基于乌尔巴赫带尾吸收及多晶硅本征吸收的理论，考虑光线在正入射及存在正、反两个界面反射的情况下，推导出多晶硅太阳能电池透射率的计算公式T，通过计算机用公式T对实验结果进行拟合，得到多晶硅太阳能电池的带尾能量EU(S1EU＝78meV、S2EU＝80meV、S3EU＝91meV)，晶粒晶界界面缺陷浓度、界面电荷密度及相干长度等物理参数。
3、实验测量这些样品的转换效率η(S1η＝13.1％、S2η＝12.6％、S3η＝10.3％)，并与步骤2中得到的带尾能量EU结合起来，得到EU与η之间的线性关系式η/％＝-0.202EU/meV+28.80±0.05(300K)。多晶硅太阳能电池在不存在带尾能量(EU＝0)的理想状况下，其理想转换效率为28.9％(300K)，与本发明从线性关系式中外推得到的理论值28.8％(300K)十分接近。
4.对于其他多晶硅太阳能电池，重复步骤1和步骤2，并将步骤2中得到的带尾能量值EU代入步骤3中得到的带尾能量EU和太阳能电池转换效率η的线性关系式，即可直接得到其转换效率η。
权利要求
1.一种多晶硅太阳能电池转换效率的测试方法，其特征在于主要包括如下步骤1)测量多晶硅太阳能电池在红外至可见光波段范围内的透射光谱；2)用理论透射率公式拟合实验结果，得到多晶硅太阳能电池的带尾能量，晶粒晶界界面缺陷浓度、界面电荷密度及相干长度等物理参数；3)实验测量多晶硅太阳能电池的转换效率η，并将其与不同多晶硅太阳能电池样品带尾能量EU结合，得到两者之间的线性关系式；4)对于其他多晶硅太阳能电池，重复步骤1和步骤2，并将步骤2中得到的带尾能量值EU代入步骤3中得到的带尾能量EU和太阳能电池转换效率η的关系式，即可直接得到其转换效率η。
2.根据权利要求1所述的多晶硅太阳能电池转换效率的测试方法，其特征是，步骤1测量的波段为6000cm-1～12000cm-1。
3.根据权利要求1所述的多晶硅太阳能电池转换效率的测试方法，其特征是，步骤2中光线在正入射及存在正、反两个界面反射的情况下，推导出多晶硅太阳能电池透射率的计算公式T，通过计算机用公式T对实验结果进行拟合，得到包括带尾能量EU、界面缺陷浓度、界面电荷密度、相干长度在内的物理参数。
4.根据权利要求1所述的多晶硅太阳能电池转换效率的测试方法，其特征是，步骤3中两者之间的线性关系式为η/％＝-0.202EU/meV+28.80±0.05。
全文摘要
一种多晶硅太阳能电池转换效率的测试方法属于半导体材料应用领域。本发明的方法为测量多晶硅太阳能电池在红外至可见光波段范围内的透射光谱；用理论透射率公式拟合实验结果，得到多晶硅太阳能电池的带尾能量等物理参数；实验测量多晶硅太阳能电池的转换效率η，并将其与不同多晶硅太阳能电池样品带尾能量EU结合，得到两者之间的线性关系式；本发明可以在免去制作测量引线的情况下直接得到多晶硅太阳能电池的转换效率，还可以得到可靠的多晶硅太阳能电池的微观参数用以指导工艺的改进，因此具有简单、方便、准确度高、实用性强的特点。
文档编号G01N21/59GK1424573SQ0311476
公开日2003年6月18日 申请日期2003年1月7日 优先权日2003年1月7日
发明者沈文忠, 孙坚华, 陈静, 杨海锋, 孟凡英 申请人:上海交通大学