回復:
光伏行業(yè)對技術(shù)進步的追求從未止步,光伏組件的轉(zhuǎn)換效率日新月異!然而,晶硅組件的理論最高效率到底是多少?
晶體硅太陽能電池理論極限效率:29.43%;
普通單晶硅電池理想條件下最高效率為24.5%;HJT電池理想條件下最高效率為27.5%;TOPCon電池具有更加高的效率上限,28.2%~28.7%。
僅供參考
晶硅電池轉(zhuǎn)換效率的理論上限?
1954年貝爾實驗室的CHAPIN等三人發(fā)表了第一篇關(guān)于硅太陽電池的文章,在這篇文章中就已指出有反射、復合、電阻三方面的因素使電池的效率低于某個上限。
早在1961年,William Shockley等人根據(jù)細致平衡原理在只考慮輻射復合作為電子-空穴對唯一的復合機制的理想情況下,通過計算得出p-n結(jié)太陽能電池的效率極限為30%。
利用新南威爾士大學光伏與可再生能源工程學院免費發(fā)布的一維太陽電池計算模擬軟件PC1D計算,輸入完全理想條件得到地面標準太陽光(AM1.5G)照射條件下,溫度為25 ℃時,晶體硅電池理想條件下效率為26.8%。
德國ISFH在2019年Silicon PV的報告會上基于載流子選擇性的概念從理論上對不同結(jié)構(gòu)太陽能電池的理論效率極限做了細致的分析,結(jié)論是鈍化接觸電池(例如TOPCon電池)具有更加高的效率極限(28.2%~28.7%),高于HJT的27.5%極限效率,同時也遠遠高于PERC電池(24.5%),TOPCon電池最接近晶體硅太陽能電池理論極限效率(29.43%)。
各類太陽能電池最新進展
702.jpg
效率公式
703.jpg
式中Pin是太陽電池整個面積的總輸入光功率.對于陸地上的應用, 標準測試條件是: 一個太陽,AM1.5G, 1000W/m2(或100mW/cm2), 25 ℃。
因此,太陽電池的三個參數(shù)Voc,Isc和FF就能確定太陽電池的效率。為了獲得高的效率,這三個參數(shù)應該盡可能高。
(a)為了獲得高的開路電壓Voc,電池必須有低的正向暗電流I0,高的并聯(lián)電阻Rsh。
(b)為了獲得高的光電流(短路電流Isc),電池材料和結(jié)構(gòu)應該在紫光,可見光和近紅外光譜范圍有高的,寬的和平坦的光譜響應,內(nèi)量子效率接近于1。
(c)為了獲得高的填充因子FF,電池必須有低的正向暗電流I0,理想因子“n”接近于1,串聯(lián)電阻必須低( 102Ω·cm2)。
開路電壓Voc
704.jpg
式中, I0是無光照時電池的反向飽和電流;q是電子電荷;k是玻爾茲曼常數(shù);T是絕對溫度;n是二極管理想因子。
影響因素
材料-光伏有源材料:電阻率ρ,少子壽命τ,其它雜質(zhì)等。表面發(fā)射極摻雜層;背面電場;漏電流-反向飽和電流I0;理想因子n;并聯(lián)電阻Rsh;鈍化技術(shù)-電池材料的表面和內(nèi)部的鈍化。
短路電流Isc
短路電流Isc:理想狀態(tài)下,應等于光生電流IL,即 Isc=IL。
影響因素
絨面結(jié)構(gòu)正面減反射膜;表面發(fā)射極摻雜層-高或低的磷濃度;減少遮光損失;串連電阻Rs;背面反射;鈍化技術(shù)-電池材料的表面和內(nèi)部的鈍化。
填充因子FF
705.jpg
影響因素
表面發(fā)射極摻雜層-高或低的磷濃度;去除周邊pn結(jié)和去磷硅玻璃;串連電阻Rs(電極接觸、金屬指條寬度和縱橫比大小);正面減反射膜;金屬電極接觸的烘烤、燒結(jié);并聯(lián)電阻Rsh。
為了提高絲網(wǎng)印刷(SP)填充因子FF,必須解決下列問題:(1)金屬電極接觸的燒結(jié)對總串連電阻Rs(特別是對rc)的影響;(2)金屬電極接觸的燒結(jié)對pn結(jié)質(zhì)量(并聯(lián)電阻Rsh和J02)的影響。