由图2 可知，在0.2～4 Ω•cm 的电阻率范围内，随着硅片电阻率的增加，相应太阳电池的开路电压会随之减少。太阳电池的开路电压Voc 为：
式中，I0 为太阳电池反向饱和电流;IL 为太阳电池光生电流;n 为理想因子;k 为玻尔兹曼常数;T 为绝对温度;q 为电子电荷。I0 与基区的掺杂浓度成反比[2]，即在一定电阻率范围内，硅片的电阻率越大，基区掺杂浓度越低，反向饱和电流越高，开路电压会减小。
短路电流
由图2 可知，在0.2～4 Ω•cm 的电阻率范围内，随着硅片电阻率的增加，相应太阳电池的短路电流会随之增加，常规铝背场电池相比PERC 电池，增加趋势更大。这是因为太阳电池的光生电流密度Jph由光子流密度F(λ) 和光谱响应SR(λ) 决定[2]：
通过Panek P[3] 的研究，测试并对比不同电阻率电池的光谱响应发现，高电阻率硅片制备的太阳电池在600～1100 nm 的长波段光谱响应更好，而在短波段的光谱响应无太大差异。由此可知，高电阻率的硅片对于太阳电池短路电流的贡献主要表现在长波段光谱响应上。
串联电阻
由图2 可知，在0.2～4 Ω•cm 的电阻率范围内，随着硅片电阻率的增加，无论是常规铝背场电池，还是PERC 电池，串联电阻都逐渐增大，填充因子都显著减小。影响电池填充因子的因素有很多，串联电阻对电池的填充因子有着直接影响。填充因子FF表达式为：
式中，Vm为电池最大功率点的电压值;Im为电池最大功率点的电流值。串联电阻对太阳电池I-V 特性的影响如图3[4] 所示，随着串联电阻的增大，Vm和Im逐渐减小，Voc和Isc不发生改变，因此FF 随之减小。
转换效率
由图2 可知，在0.2～4 Ω•cm 的电阻率范围内，随着硅片电阻率的增加，相应常规铝背场太阳电池的转换效率逐渐增大，实验组4( 电阻率3～4 Ω•cm) 的转换效率最高，为20.30%PERC 电池的转换效率逐渐减小，实验组5( 电阻率0.2～1 Ω•cm) 的转换效率最高，为21.38%。另一方面，与目前工业化生产使用的电阻率1 ～3 Ω •cm 的掺硼硅片相比较，若使用掺镓硅片生产，对于常规铝背场电池，其电阻率选择范围应为2～4 Ω•cm;对于PERC 电池，其电阻率选择范围应为0.2～2 Ω•cm。
光致衰减
每组电池分别随机抽取5 片，进行光致衰减前电性能参数测量，然后开始初始光致衰减实验( 光照强度1000 W/m2，时间6 h);完成光致衰减后，测试各片电性能参数，与光致衰减前进行计算，得到初始光致衰减值=( 光衰前转换效率–光致衰减后转换效率)/ 光致衰减前转换效率;求出每组5 片电池初始光致衰减值的平均值，初始光致衰减值对比如图4 所示。由图4 可知，由于硼氧复合体的存在，掺硼单晶硅片制备成的常规铝背场电池和PERC 电池的光致衰减值高达2.21%、4.07%;使用掺镓单晶硅片制备成的太阳电池的光致衰减值远小于掺硼单晶硅片。
结论
实验结果表明：
1) 电阻率为0.2～ 4 Ω •cm 时， 扩散后、PECVD 钝化后硅片少子寿命随电阻率的增加而增加，这是由于硅片电阻率越高其体复合越小。
2) 电阻率为3～4 Ω •cm 的掺镓硅片制备的常规铝背场电池，其转换效率最高，为20.30%。
3) 电阻率为0.2～1 Ω •cm 的掺镓硅片制备的PERC 电池，其转换效率最高，为21.38%。
4) 与目前工业化生产使用的电阻率1～3 Ω•cm的掺硼硅片相比，常规铝背场电池若使用掺镓硅片生产，其电阻率应选择2～4 Ω•cm;PERC 电池若使用掺镓硅片生产，其电阻率应选择0.2～2Ω•cm。
5) 电阻率为0.2～4 Ω •cm 的掺镓硅片无论制备成常规铝背场电池还是PERC 电池，其光致衰减值随着电阻率的增加而降低，且都远小于掺硼硅片制备成的太阳电池。
国家电投集团西安太阳能电力有限公司
■ 宋志成 吴翔* 陈璐 魏凯峰
来源《太阳能》杂志社2018 年 第 7 期( 总第291 期)
