太陽能電池結(jié)構(gòu)材料中側(cè)向光伏效應(yīng)的研究

劉文哲

摘 要：太陽能電池的使用主要是通過光電效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為電能的過程，太陽能電池作為當(dāng)下綠色發(fā)電途徑，對節(jié)能環(huán)保理念的落實具有重要作用。太陽能電池結(jié)構(gòu)材料是發(fā)電的主體，受光照作用的影響，半導(dǎo)體材料的不同部位之間會產(chǎn)生電位差，這也是光伏效應(yīng)的產(chǎn)生過程。側(cè)向光伏效應(yīng)與太陽能電池結(jié)構(gòu)材料中的層結(jié)構(gòu)、工作溫度、外偏壓等具有一定的關(guān)系，其影響著側(cè)向光伏效應(yīng)的產(chǎn)生，對此文章就太陽能電池結(jié)構(gòu)材料中側(cè)向光伏效應(yīng)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：太陽能電池; 電池結(jié)構(gòu)材料; 側(cè)向光伏效應(yīng)

在太陽光的照射下，太陽能電池半導(dǎo)體之間會產(chǎn)生電位差，電位差也是光伏效應(yīng)的主要主要表現(xiàn)。光伏效應(yīng)的產(chǎn)生是太陽能電池發(fā)電的必然因素，光伏效應(yīng)在太陽能結(jié)構(gòu)材料中的使用較多，且具有一定的廣泛性，對此學(xué)者就光伏效應(yīng)進(jìn)行了相關(guān)的研究。

一、側(cè)向光伏效應(yīng)的原理

以激光照射半導(dǎo)體為例，將一束激光照射在半導(dǎo)體表面任何位置，在照射過程中，激光照射點(diǎn)會激發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)生電子空穴。在電場作用下，電子將不斷向半導(dǎo)體的一側(cè)進(jìn)行移動，空穴則向半導(dǎo)體的另一端進(jìn)行移動，這也就會導(dǎo)致半導(dǎo)體一側(cè)會累積大量電子，另一側(cè)會累積大量空穴，這也就形成了半導(dǎo)體中的縱向光伏效應(yīng)。縱向光伏效應(yīng)表面上會產(chǎn)生電勢差，但受激光照射的影響，激光照射屬于非均勻光照，這也就導(dǎo)致載流子會以光照位置為中心，向四周進(jìn)行擴(kuò)散。

根據(jù)載流子擴(kuò)散能夠?qū)d流子數(shù)量與側(cè)向光電壓之間的關(guān)系進(jìn)行分析，在不斷的分析過程中能夠?qū)?cè)向光電壓與激光照射位置的變化關(guān)系進(jìn)行分析。但受材料種類、載流子壽命等印度的影響，不同太陽能電池結(jié)構(gòu)中其側(cè)向光伏效應(yīng)的響應(yīng)具有差異性，且此類差異均在參數(shù)變化的可控范圍之內(nèi)。

二、太陽能電池結(jié)構(gòu)中側(cè)向光伏效應(yīng)

2.1非晶硅結(jié)構(gòu)側(cè)向光伏效應(yīng)

非晶硅結(jié)構(gòu)電池生產(chǎn)成本較低，其光電轉(zhuǎn)化效率高，在制備非晶硅結(jié)構(gòu)的過程中，非晶硅制備工藝較為簡潔，因此在其制備過程中其制備具有產(chǎn)業(yè)化特點(diǎn)，在太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備過程中具有重要作用。非晶硅結(jié)構(gòu)側(cè)向光伏響應(yīng)較低，在對其側(cè)向光伏響應(yīng)與測量的關(guān)系中，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)通過對改變激光照射功率，其光譜響應(yīng)范圍會出現(xiàn)變化，就側(cè)向光伏響應(yīng)來講，其響應(yīng)與激光波長具有一定的影響，在較大光功率的照射過程中，伴隨波長的增長光伏響應(yīng)逐漸增加。受照射光功率的影響，側(cè)向光伏響應(yīng)與電極之間的間距存在著一定的依賴關(guān)系，但依賴關(guān)系同樣具有差異性。

2.2單晶Si p-n結(jié)中的雙極性側(cè)向光伏效應(yīng)

對于半導(dǎo)體來講，在激光照射半導(dǎo)體從而產(chǎn)生電子與空穴的對立電場時，受半導(dǎo)體層級的影響，不同層級之間其電子與空穴具有差異性，同時受側(cè)向光伏效應(yīng)的原理所影響，研究人員往往重視半導(dǎo)體一側(cè)的側(cè)向光電壓信息。在研究過程中，單晶Si p-n結(jié)在接受激光束照射時，受激光束照射點(diǎn)位置的影響，激光束從側(cè)面照射時，半導(dǎo)體的上下表面會產(chǎn)生畸形相反的側(cè)向光電壓，且在不斷的實踐過程中得出結(jié)論，不同位置的激光束照射會產(chǎn)生不同的側(cè)向光電壓響應(yīng)，這也在一定程度上影響著單晶Si p-n結(jié)中的雙極性側(cè)向光伏效應(yīng)。

2.3 Cu（In，Ga）Se2異質(zhì)結(jié)中的側(cè)向光伏效應(yīng)

Cu（In，Ga）Se2以黃銅礦結(jié)構(gòu)為機(jī)體，在半導(dǎo)體類型中屬于直接帶隙半導(dǎo)體，在太陽能電池結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，其光吸收系數(shù)較高，因此在太陽能電池結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用較為廣泛。在此異質(zhì)結(jié)的使用過程中，使Ga替代In的位置，晶體之間的晶格常數(shù)與原子之間的作用力會發(fā)生變化。受此結(jié)構(gòu)帶隙夜店與光吸收系數(shù)的影響，其在太陽能電池結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用廣泛，同時該結(jié)構(gòu)具有抗輻射能力與較高的光電轉(zhuǎn)換效率，這也就使得其在新能源薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)中的使用較為廣泛，是提升薄膜太陽能電池電池效率的有效途徑。

2.4硫化銻異質(zhì)結(jié)中的側(cè)向光伏效應(yīng)

硫化銻屬于化合物半導(dǎo)體材料，在太陽能電池結(jié)構(gòu)中的使用具有穩(wěn)定性，且光電轉(zhuǎn)換效率較高，基于此被認(rèn)為是太陽能電池的理念材料。在對硫化銻性能的研究過程中，其在側(cè)向光伏效應(yīng)與光伏效應(yīng)之間表現(xiàn)出了一定的區(qū)別，對此考慮硫化銻側(cè)向光伏響應(yīng)性能較高。在對硫化銻側(cè)向光伏效應(yīng)的研究中可知，以太陽能電池結(jié)構(gòu)為研究對象，硫化銻側(cè)向光伏實驗性能較高，符合預(yù)期要求。

2.5 GaAs/Al0.3Ga0.7As異質(zhì)結(jié)中的側(cè)向光伏效應(yīng)

對于光伏效應(yīng)和側(cè)向光伏效應(yīng)，載流子壽命和內(nèi)建電場高度是決定其性能的兩個重要關(guān)鍵參數(shù)，因此，技術(shù)人員一直希望通過不同的調(diào)控方法或摻雜技術(shù)來提高內(nèi)建電場高度和改善載流子壽命。然而，載流子壽命和內(nèi)建電場高度的提升往往卻不能同時發(fā)生，另外，隨著摻雜濃度增加，載流子壽命會先緩慢增加，當(dāng)載流子濃度越高時，壽命極值越高，之后隨載流子濃度增加，壽命開始逐漸減小，然而在該摻雜過程中異質(zhì)結(jié)界面勢壘高度則始終保持增強(qiáng)，因此，通過該系列材料異質(zhì)結(jié)樣品的研究可以闡明勢壘高度和載流子壽命各自對器件性能的影響和作用。

三、總結(jié)與展望

側(cè)向光伏效應(yīng)作為光電效應(yīng)的一種，其在新能源太陽能電池結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用具有重要作用。側(cè)向光伏效應(yīng)對光源與光學(xué)系統(tǒng)的要求較低，且光電轉(zhuǎn)換效率較高，基于此在當(dāng)下太陽能電池結(jié)構(gòu)中的研究較為深入。文章就幾種太陽能電池結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，側(cè)向光伏效應(yīng)與光伏效應(yīng)在性能參數(shù)等方面性能具有一致性，能夠?qū)崿F(xiàn)在太陽能電池結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，但就其長遠(yuǎn)發(fā)展來講，同樣存在著一定的應(yīng)用問題急需解決。

太陽能電池結(jié)構(gòu)材料中存在著側(cè)向光伏效應(yīng)與側(cè)向光電流與光電阻效應(yīng)，但在當(dāng)下的研究過程中只對側(cè)向光伏效應(yīng)進(jìn)行了研究，缺乏對其他相應(yīng)的聯(lián)合研究，這也就使得其應(yīng)用效率難以保障。薄膜太陽能電池作為當(dāng)下新能源太陽能電池發(fā)展的主要形式，其具有外觀靈活性特點(diǎn)，但就側(cè)向光伏的研究來講，其主要傾向于剛性結(jié)構(gòu)材料，這也就導(dǎo)致材料使用具有一定的限制性，無法適用于全部太陽能電池結(jié)構(gòu)的應(yīng)用過程中。

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