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摘 要：目前太阳能电池组件主要分为两种：一种是常规多晶太阳电池组件，一种是高效率n型晶体硅太阳电池组件。由于两种组件在设计原理上存在很大差异，导致它们对光谱响应时间的要求也是各自不同。文章通过对两种电池组件在不同光谱响应时间内进行I-V测试，分析两种组件对光谱响应时间上的需求情况以及原因分析。
关键词：多晶;n型晶体硅;太阳电池组件;光谱响应
0 引言
太阳电池是基于空间航天器应用发展而来的，其材料是利用晶体Si制作成电池。这种电池具有较高的电池转换效率以及稳定的工作状态。其工作寿命大于25年。目前，由晶体Si制作而成的太阳电池组件90%是由硼参杂P型晶体Si（常规多晶太阳电池组件）形成的。然而随着地面光伏的应用普及，研究发现P型Si太阳电池组件在长时间光照情况下转换效率会出现衰减现象。这种现象的主要原因是掺杂了P型Si衬底中的硼原子与衬底中的氧原子相结合形成了硼氧对，这种硼氧对会降低少数载流子寿命，进而导致组件转换效率衰减。
为了提高晶体Si太阳电池组件转换效率以及保证其工作状态下的稳定性，人们研发了一种新型晶体Si太阳电池组件，即高效率n型Si太阳电池组件。这种组件电池是由磷参杂n型Si，其硼元素含量极低，从而可以忽略硼氧对降低少数载流子寿命的概率。由于n型Si对部分金属杂质的敏感性较低，因此在相同掺杂浓度下n型Si比P型Si具有更高的少数载流子寿命。由于n型晶体Si具有高寿命、高效率的优势，使得其成为现在光伏行业主要的研究对象，同时也正是因为两种组件存在各种差异，使得常规多晶太阳电池组件与n型晶体硅太阳电池组件在出厂前进行I-V测试时对光谱响应时间要求也存在着很大的差异。下面文章介绍了两种组件在不同光谱响应时间里，进行正反向测试时，对测试时间上的一个需求及原因分析。
1 太阳电池组件I-V测试现状
目前业界对光伏组件功率测试采用的均是正向测试方法，即由Voc到Isc的扫描方向进行扫描测试。光谱响应时间对于多晶来说一般控制在10ms到15ms左右，单晶组件控制在35ms到40ms左右。
1.1 两种组件随光谱响应时间的变化趋势
测试方法为在5ms、10ms、15ms、20ms、25ms、30ms、35ms不同光谱响应时间内，对一已有标定功率的两种组件进行I-V测试，其中先采用正向测试，随后采用反向测试。试验数据见表1、表2。
从数据表中我们可以得出以下几个结论：
第一，反向测试功率要高于正向测试功率;
第二，随着光谱响应时间的延长正向测试和反向测试数据差值越来越小;
第三，随着光谱响应时间的延长，正、反向测试数据越接近标定值。
1.2 原因分析
1.2.1 Isc方面：n型太阳电池组件的短路电流要大于多晶电池组件。一般对于多晶单片电池来说其短路电流在8.5～8.6A左右，最多不会超过9A，而n型电池片短路电流则保持在9.1A以上。导致这种差别的原因在于晶体中原子排列是否规则。
单晶所有的原子占据安排良好的规则的位置（晶格），它具有生长的有序性;而多晶原子排列彼此间随机取向的小晶粒，晶胞大小和取向时常发生变化，生长无序。其中的间界部分我们称之为晶界。晶界是一个过渡区，也是晶体缺陷的密集区域。而所谓的这种晶体缺陷是少数载流子的复合中心，极大的降低了少数载流子寿命，从而导致短路电流较小。
1.2.2 电池制绒方面：目前工艺中，多晶电池片主要采用酸制绒，即利用Si与HNO3和HF的混合液反应使硅片表面形成陷光结构，从而吸收更多的入射光，提高太阳电池的转换效率。
对于n型单晶来说，采用的是碱制绒。其相对多晶的酸制绒优势在于OH- 对不同晶面刻蚀速度存在选择性，属于异向刻蚀，而HF+HNO3则对不同晶面刻蚀速度不具备选择性，属于均向刻蚀。
在{111}晶面上，每个硅原子具有三个共价键与晶面内部的原子键结合，另外一个是裸露于晶格外面的悬挂键。而{100}晶面上每个硅原子有两个共价键和两个悬挂键，当刻蚀反应的时候碱中的OH- 会和悬挂键结合形成刻蚀，所以说晶格上的单位面积悬挂键越多，表面的化学反应就会越快。最终n型单晶电池表面制绒后成金字塔结构。
不同的制绒方法使得两种电池对光的反射率存在很大的差距。据试验数据得知，多晶电池平均反射率在20%以上，而n型电池的平均反射率小于10%。因此，n型电池吸收更多的入射光，当然会有更多的光子能量转换成电子-空穴对，使得电池的电容效应更加突出明显。
2 结论和发展方向
从前面分析可以看出，n型组件在进行I-V测试时需要的光谱响应时间大于多晶组件测试时间，其主要原因就在于短路电流和制绒工艺上的区别。因此，未来的发展方向也会朝着这两方面努力。
①晶体缺陷方面：缺陷是由于内部热应力所为，改进措施可以降低晶体生长的速度，保证炉内温度的均匀性或者增加孪晶等措施。
②在制绒方面，可以增加添加剂，通过控制反应速率使得化学反应更加均匀充分，也可以研究其他腐蚀方法，比如等离子腐蚀等。
参考文献：
[1]Knobloch J，Glunz S.W，BiroD，et al，Solar cells with efficiencies above 21% processed from Czochralski grown silicon [C]//IEEE Photovoltaic Specialist Conf.，1996;405-408.
[2]宋登元，熊景峰.高效率n型Si太阳电池技术现状及发展趋势[J].半导体光电，2013，34（3）.
关键词：多晶;n型晶体硅;太阳电池组件;光谱响应
0 引言
太阳电池是基于空间航天器应用发展而来的，其材料是利用晶体Si制作成电池。这种电池具有较高的电池转换效率以及稳定的工作状态。其工作寿命大于25年。目前，由晶体Si制作而成的太阳电池组件90%是由硼参杂P型晶体Si（常规多晶太阳电池组件）形成的。然而随着地面光伏的应用普及，研究发现P型Si太阳电池组件在长时间光照情况下转换效率会出现衰减现象。这种现象的主要原因是掺杂了P型Si衬底中的硼原子与衬底中的氧原子相结合形成了硼氧对，这种硼氧对会降低少数载流子寿命，进而导致组件转换效率衰减。
为了提高晶体Si太阳电池组件转换效率以及保证其工作状态下的稳定性，人们研发了一种新型晶体Si太阳电池组件，即高效率n型Si太阳电池组件。这种组件电池是由磷参杂n型Si，其硼元素含量极低，从而可以忽略硼氧对降低少数载流子寿命的概率。由于n型Si对部分金属杂质的敏感性较低，因此在相同掺杂浓度下n型Si比P型Si具有更高的少数载流子寿命。由于n型晶体Si具有高寿命、高效率的优势，使得其成为现在光伏行业主要的研究对象，同时也正是因为两种组件存在各种差异，使得常规多晶太阳电池组件与n型晶体硅太阳电池组件在出厂前进行I-V测试时对光谱响应时间要求也存在着很大的差异。下面文章介绍了两种组件在不同光谱响应时间里，进行正反向测试时，对测试时间上的一个需求及原因分析。
1 太阳电池组件I-V测试现状
目前业界对光伏组件功率测试采用的均是正向测试方法，即由Voc到Isc的扫描方向进行扫描测试。光谱响应时间对于多晶来说一般控制在10ms到15ms左右，单晶组件控制在35ms到40ms左右。
1.1 两种组件随光谱响应时间的变化趋势
测试方法为在5ms、10ms、15ms、20ms、25ms、30ms、35ms不同光谱响应时间内，对一已有标定功率的两种组件进行I-V测试，其中先采用正向测试，随后采用反向测试。试验数据见表1、表2。
从数据表中我们可以得出以下几个结论：
第一，反向测试功率要高于正向测试功率;
第二，随着光谱响应时间的延长正向测试和反向测试数据差值越来越小;
第三，随着光谱响应时间的延长，正、反向测试数据越接近标定值。
1.2 原因分析
1.2.1 Isc方面：n型太阳电池组件的短路电流要大于多晶电池组件。一般对于多晶单片电池来说其短路电流在8.5～8.6A左右，最多不会超过9A，而n型电池片短路电流则保持在9.1A以上。导致这种差别的原因在于晶体中原子排列是否规则。
单晶所有的原子占据安排良好的规则的位置（晶格），它具有生长的有序性;而多晶原子排列彼此间随机取向的小晶粒，晶胞大小和取向时常发生变化，生长无序。其中的间界部分我们称之为晶界。晶界是一个过渡区，也是晶体缺陷的密集区域。而所谓的这种晶体缺陷是少数载流子的复合中心，极大的降低了少数载流子寿命，从而导致短路电流较小。
1.2.2 电池制绒方面：目前工艺中，多晶电池片主要采用酸制绒，即利用Si与HNO3和HF的混合液反应使硅片表面形成陷光结构，从而吸收更多的入射光，提高太阳电池的转换效率。
对于n型单晶来说，采用的是碱制绒。其相对多晶的酸制绒优势在于OH- 对不同晶面刻蚀速度存在选择性，属于异向刻蚀，而HF+HNO3则对不同晶面刻蚀速度不具备选择性，属于均向刻蚀。
在{111}晶面上，每个硅原子具有三个共价键与晶面内部的原子键结合，另外一个是裸露于晶格外面的悬挂键。而{100}晶面上每个硅原子有两个共价键和两个悬挂键，当刻蚀反应的时候碱中的OH- 会和悬挂键结合形成刻蚀，所以说晶格上的单位面积悬挂键越多，表面的化学反应就会越快。最终n型单晶电池表面制绒后成金字塔结构。
不同的制绒方法使得两种电池对光的反射率存在很大的差距。据试验数据得知，多晶电池平均反射率在20%以上，而n型电池的平均反射率小于10%。因此，n型电池吸收更多的入射光，当然会有更多的光子能量转换成电子-空穴对，使得电池的电容效应更加突出明显。
2 结论和发展方向
从前面分析可以看出，n型组件在进行I-V测试时需要的光谱响应时间大于多晶组件测试时间，其主要原因就在于短路电流和制绒工艺上的区别。因此，未来的发展方向也会朝着这两方面努力。
①晶体缺陷方面：缺陷是由于内部热应力所为，改进措施可以降低晶体生长的速度，保证炉内温度的均匀性或者增加孪晶等措施。
②在制绒方面，可以增加添加剂，通过控制反应速率使得化学反应更加均匀充分，也可以研究其他腐蚀方法，比如等离子腐蚀等。
参考文献：
[1]Knobloch J，Glunz S.W，BiroD，et al，Solar cells with efficiencies above 21% processed from Czochralski grown silicon [C]//IEEE Photovoltaic Specialist Conf.，1996;405-408.
[2]宋登元，熊景峰.高效率n型Si太阳电池技术现状及发展趋势[J].半导体光电，2013，34（3）.