太阳能电池

在电池的基体和底电极间用扩散、离子注入等方法建立一个同种杂质的浓度梯度，形成一个P－P＋或N－N＋高低结，这种电池称为背（电）场电池。背场电池的存在可以改善光电池的长波响应，提高开路电压和短路电流。背场结构电池示意图如图7－29所示，能带图如图7－30所示。

图7－29　BSF结构示意图

图7－30　BSF能带示意图

1．背场对太阳能电池的作用

（1）提高短路电流和开路电压

如图，在P区产生的光电子，一部分向N＋区扩散而被电池所收集，这部分的收集概率大小与背场无关，另一部分向P＋区扩散。如果光生电子的扩散长度LN大于或等于电池的基区厚度WP（LN≥WP）和入射光截止波长在太阳能电池中的吸收厚度d≥WP，P＋/P高低结能将光生电子反射回N＋/P结，提高长波响应，从而提高N＋/P结收集概率。在P＋/P高低结势垒区和在P＋区中产生的光电子可以被这里的内建电场加速，增加有效扩散长度，因而也增加了这部分少子的收集概率，提高了电池的短路电流。在开路情况下，除N＋－P结外，在P－P＋结两边还有被它的内建电场所分离的光生载流子的积累，形成一个P＋端为正，P边为负的电压，这个光电压与N＋－P结两端的光电压相叠加，使总的光电压（即开路电压）有所提高。因P＋区的掺杂浓度N＋A大于P区的掺杂浓度NA，在这种P＋/P高低结处，其接触电势差与掺杂浓度的关系为

结合BSF能带示意图（图7－30），则可得到这种电池的总的接触电势差VD为

在近似情况下，不考虑P区的影响，背场电池的开路电压可以近似写成：

式中，ni为本征掺杂浓度。由此式可看出：因随着P＋层掺杂浓度的提高，层内电子扩散系数Dn减小，所以太阳能电池的开路电压会提高。对于电阻率为10Ωcm的基片，有铝背场的晶体硅太阳能电池，相比无铝背场的晶体硅太阳能电池，开路电压Voc可以提高40～60mV。

另外由于背面P＋/P高低结对P区少子（电子）有阻挡作用，可以减少背表面的复合，降低暗电流Io，提高太阳能电池开路电压Voc。

背场结构的上述优点对基区杂质浓度较小的薄电池能得到充分的体现，因为硅片减薄，由于透光损失和背欧姆接触的高复合速度表面接近于结，使短路电流和开路电压降低了。

（2）减小电池的厚度

我们知道，减少厚度会降低电池的开路电压和短路电流。但是有了背场以后，尽管电池仍做得较薄，但由于在基区中产生且向背表面扩散的那部分光生电子可被背电场反射回去重新收集，使背表面少子的复合速度降至很低，这样减少由于电池的减薄而降低的转换效率。

（3）提高填充因子

在背表面重掺杂层上制作金属欧姆接触电极，形成P－P＋——金属的良好欧姆接触，减小了接触电阻，同时，从能带图上看，由于P－P＋结有利于多子空穴向电极方向流动，因而降低了体电阻和接触电阻所引起的串联电阻，从而使电池的填充因子得到改善。