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流即暗电流为ID+Ish，，流过负载R的电流I，它们有如下换算关系
I=Iph-ID-Ish=Iph-I0（e
q（V+IRs）/AkT
-1）-IRs+V/Rsh （2-1）
式中Iph：光生电流，ID：二极管电流，I0：二极管反向饱和电流，A：二极管因子，q：电子子电荷，k：玻尔兹曼常数，T（k）太阳电池p-n结温度，Rs和Rsh分别为太阳电池串、并联电阻。并联电阻Rsh由各种漏电流引起例如，因电池边缘沾污而引起的漏电流，沿着位错和晶粒间界的不规则扩散而形成的漏电流和沿着在电极金属化处理后由微观裂缝、晶粒间界和晶体缺陷等形成的细小桥路的漏电流)，而串联电阻心则由扩散薄层的电阻、基片的体电阻、金属电极和太阳电池问的接触电阻和金属电极的体电阻等四者构成[12]。
不论是太阳能电池还是一般的化学电池，其输出特性一般都是用如下图所示的电流—电压曲线来表示
图2-4 太阳能电池的负载特性曲线
由上图光电池的伏安特性曲线，可以得到描述太阳能电池的四个重要的输出参数。 1) 开路电压Voc
当太阳电池外接开路时（R=+∞）。可得到太阳电池的有效最大电压，即开路电压Voc。在开路状态下，流经太阳电池的净电流为0。在方程(2-1)中，令I=0，Rs=0可得到：
Voc=AKT/qln(Iph/I0+1)
从中可以看出，Voc的大小与以下因素相关：
(1) 光生电流I舭可以看出，I0的改变量有限，其对Voc的大小影响也较小。 (2) 向饱和电流I0在太阳电池中，I0的变化通常可达几个数量级，所以它对Voc的影响非常大。而I0决定于太阳电池的各种复合机制，所以通常Voc的
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大小可以用柬检测太阳电池的复合大小。 2) 短路电流（Isc）
当太阳电池的输出电压为0，即外接电路短路时，流经太阳电池体内的电流为短路电流Isc，对于理想太阳电池，短路电流就等于光生电流Iph，所以短路电流的大小和以下几个因素相关联[7]：
（1）太阳电池的面积。通常在分析时利用短路电流密度概念Jsc，即单位面积上流过的电流，单位为A/cm2。
（2）光照强度以及光谱分布。
（3）太阳电池的减反射、陷光效果和前表面栅线的遮挡面积。 （4）电子收集效率。这主要取决于表面钝化效果以及少子寿命。如在非常好的表面钝化和一致的电子。空穴对产生率条件下，短路电流密度为：
Js = qG（Ln+Lp）
式中G为电子-空穴产生率，Ln、Lp分别为电子和空穴扩散长度。 3) 填充因子（FF）
在光电池的伏安特性曲线任一工作点上的输出功率等于该点所对应矩形面积，其中只有一点是输出最大功率，称为最佳工作点，该点的电压和电流分别称为最佳工作电压Vop和最佳工作电流Iop。
填充因子定义为： FF = VopIop/VocIsc = Pmax/ VocIsc
它表示了最大输出功率点所对应的矩形面积在Voc和Isc所组成的矩形面积中所占的百分比（如下图2-5）。特性好的太阳能电池就是能获得较大功率输出的太阳能电池，也就是Voc，Isc和FF乘积较大的电池。对于有合适效率的电池，该值应在0.70～0.85范围之内，一般高的开路电压可得到高的填充因子。
图2-5 太阳能电池的I-V曲线和工作点
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4) 太阳能电池的能量转化效率η
表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能。即： η =（太阳能电池的输出功率/入射的太阳光功率）×100%
=（Vop × Iop/Pin × S）×100% = Voc?Isc?FF/Pin ? S
其中Pin是入射光的能量密度，S为太阳能电池的面积，当S是整个太阳能电池面积时，η称为实际转换效率，当S是指电池中的有效发电面积时，η叫本征转换效率。转换效率越高，表示在单位面积上单位辐照强度下能产生更多的电能。其大小与Voc、Isc、FF息息相关。以上的四个参数是参考太阳能电池好坏的标准，在实际的应用中以上参数还受工作环境的温度的影响，其温度系数的参考数值为：电压温度系：-3.2mv/℃；电流温度系数：0.065mA/℃；转换效率温度系数：6.7×10-3/℃。
§2.3 单晶太阳能电池的制造工艺
太阳能电池片的制造工艺在整个光伏产业链中属于中间环节，商业化的单晶硅电池品均效率可达到17.3%以上，其一般的工艺过程如下
1：去表面损伤层2：表面织构化3：扩散前预清洗4：扩散5：去边结11：烘干10：制被场9：烘干8：制被电极14：检测包装7：制减反膜6：去磷硅玻璃12：制前电极13：烧结
图2-6 单晶电池片制造工艺
注：1-3称制绒工艺；4称超净工艺；5-7称K+P工艺；8-13称印刷工艺
§2.3.1 制绒工艺
目的：去除硅片表面的杂质残留，制做能够减少表面太阳光反射的陷光结构。晶体硅太阳电池一般是利用原始硅棒经过线切割成硅片，由于在硅片切割过程中钢线的作用，使得硅片表面有一层10～20μm的损伤层，如不将其去除，会形成高的表面复合率。在太阳电池制备时首先要将硅片表面的油脂
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及损伤层去掉，这可以用氢氧化钠溶液(33%的氢氧化钠水溶液)腐蚀和一些有机溶液来实现13]。表面织构化的目的是在硅表而形成陷光结构，使光经过多次反射和吸收。硅单晶是一种金刚石结构的晶体，晶体结构如下。
图2-7 单晶硅晶体结构图
图2-7所示由ABCDCFGH八个硅原子组成的一个空间立方阵，abcdef六个原子是它的面心，这是一个面心立方晶胞。以R为一个顶角的另一个面心立方晶胞（未画出）与上述晶胞在对角线BH上有1/4的间隔，并以R原子为中心，由bce、cde、dae、决定的晶面也为（111）。利用某些腐蚀液对不同晶面的择优腐蚀，可以在（100）面上腐蚀出有4个（111）面对正方锥来，这种正方锥就是绒面的基本结构。对于（100）的p型直拉硅片，最常用的择优化学腐蚀剂是NaOH或KOH和乙醇的混合溶液，在80～90℃左右的温度下，进行化学反应。由于生成物Na2Si03溶于水而被去除，从而硅片被化学腐蚀[14]。由于NaOH或KOH腐蚀具有个向异性，可以制备成绒面结构，因为在硅晶体中，（111）面是原子最密排面，腐蚀速率最慢，所以腐蚀后4个与晶体硅（100）面相交的（111）面构成了金字塔型的结构，加入的乙醇可改变单晶硅(100)晶向腐蚀速率和各向异性因子的数值，其中化学反应式为
2NaOH十Si十H20=Na2Si03+2H2↑
绒面结构，使得硅片表面的反射率大大降。绒面的微观结构和反射率下降原理如下2-8图：
由于绒面结构，使得硅片表面的反射率大大降低，表面呈黑色，为提高绒面制作的效果（搅盖率、均匀性和大小），可以在腐蚀液中加入一些添加剂，如加入乙醇或异内酵是为了降低溶液的表面张力，改善溶液和硅片的润
湿性使反应产生的氢气气泡快速离开，有助于金子塔的长大。加入含有PO43-、
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HPO42- 、CO32-、HCO3-等离子的化台物，是因为这些这些离子能起到降低反应活化能的作用，使金字塔的大小更均匀[15]。制绒工序的好坏不能仅仅从反射率的好坏来考虑，同时还要考虑对后续工艺的影响，若金字塔太小，会使印制的浆料小能很好地流入金字塔的底部，造硅片表面和浆料留有空隙，恶化接触；太大则会对印刷造成困难。
（a）绒面微观结构图 （b）反射率降低原理图
图2-8 绒面图
§2.3.2 扩散工艺
太阳能电池的核心是p-n结，此扩散的目的便是利用扩散炉形成一定的磷源梯度场和温度场，将磷原子扩散到p型硅片中，使前表面变成n型，使之成为一个p-n结。原理如下：POCl3液态源通过气体携带POCl3分子进入扩散炉管，使之反应生成磷沉淀在表层。磷在高温下渗透入硅片内部形成n区，如图2-9
（a）POCL3液态源扩散原理图 （b）扩散后硅片截面示意图
图2-9 扩散图
其中的过程是在800～900℃时氮气被通入到POCl3液态当中。 饱和的氮气随着氧气在扩散炉中从硅片表面流过[16]：
4POCL3 + 5O2 = 2P2O5 + 6Cl2↑
生成的五氧化二磷在硅片表面形成一层磷硅玻璃(SiO2-P)，磷原子会从这 层向硅片深层扩散，形成N区。反应式如下：
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