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太阳电池串联电阻的一种精确算法
· 2011-07-27 17:07:09
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　　晶体硅太阳电池制作过程中由于扩散制结、印刷电极等操作，在电极与硅片的接触面上会产生接触电阻。上表面的接触电阻为栅线和总线与扩散层的接触面产生的电阻，下表面的接触电阻为背电极与基区的接触面产生的电阻。同时在太阳电池内部也存在基片电阻、扩散区的薄层电阻等。在运行时这些电阻和负载串联在同一回路上，称为电池的串联电阻，常用咫表示。减小串联电阻可以提高太阳电池的短路电流。

　　Caballero提出一种计算太阳电池串联电阻的模型，我们对该模型及其模型中的数学表达式进行了验证。对丝网印刷太阳电池，根据其结构进行定量计算。首先根据太阳电池的结构(图1)做出串联电阻等效电路(图2)。

    图2中Rbus表示总线的电阻，Rf表示栅线(finger)的电阻，Rfc表示前接触层(front contact)的电阻，Remitter表示扩散层。(emitter layer)的电阻，Rb表示基区(base)的电阻，Rbc表示背接触(back contact)电阻。太阳电池的总串联电阻匙为上面6个分电阻之和：

　　一、串联电阻各分电阻数学表达式推导
　　下面我们将部分推导验证串联电阻构成要素的电阻表达式，首先给出扩散层的功率表达式：

放人电池模型整体中，其中：

式中：JL是光生电流密度，S表示栅线间隔，L为电池边长，n为栅线数，Re为扩散层电阻。

　　对于前后接触电阻，Rfc和Rbc应用半导体一金属接触电阻除以接触面积；对于前接触面，接触面积为栅线的底面积加上总线的底面积，并减去栅线和总线交叉部分的底面积，栅线底面积为(L/s)wfL，总线底面积为2(L/s)wbusS，交叉部分面积为2(L/s)wbuswf，且前接触电阻率为Rfrontpaste，所以前前接触电阻为：

对于背接触电阻，接触面积为L2，背接触电阻率为Rbackpaste，可得背接触电阻：

综上可知，串联电阻各部分电阻的表达式如式(10)、式(15)、式(18)～式(21)所示。

二、利用模型对串联电阻进行计算
　　以工业生产中典型的125mmX125mm 电池进行具体计算，将参数代人公式，先计算各部分数值，最后计算出串联电阻。电池基区厚度Wbase为240μm，硅的电阻率ρbase为1 Ω·cm，：

对于总线电阻Rbus，式中n表示焊接点的数目，又总线厚度hbus为5μm，结合上面其它数据，可得：

对于前接触电阻Rfc，Rfrontpaste。为1.0x 10-4Ω·cm ，结合前面数据，可得：

对于背接触电阻Rbc，Rbackpaste为1.Ox 10-4Ω·cm，结合前面数数据，可得：

三、生产数据对模型进行验证
　　我们取n=8，利用生产线测试数据来验证该串联电阻数学模型是否与实际相符。取n=8时，Rs=4.838 mΩ。数据见表1。

可以看出电池的实际测试串联电阻在4.533 mΩ到5.085mΩ的范围内。我们以这些串联电阻实测值的平均值作为串联电阻的实际值，即：

四、 结束语
　　南此我们可以看出：该模型的计算结果误差很小。与实际测量结果吻合度高。根据建立的电池串联电阻数学模型，可以进行定量计算太阳电池串联电阻大小。并且将来可以进一步分析串联电阻与焊接点数目、温度的关系 ，建立串联电阻与焊接点数目、温度的函数表达式。最终找到减小太阳电池的串联电阻的方法，提高开路电压，提高电池的转换效率。