Внутри солнечных элементов существуют различные типы токов, такие как темновой ток, обратный ток и ток утечки. Эти токи оказывают различное влияние на выходную мощность солнечных модулей. Различение характеристик этих токов может помочь выявить причины аномальной выходной мощности модуля, что способствует полному решению проблем.
Тёмное течение
Определение
Темновой ток, также известный как обратный ток насыщения при отсутствии освещения, относится к обратному постоянному току, генерируемому в PN-переходе в условиях обратного смещения при отсутствии падающего света. Обычно он вызван диффузией носителей заряда или дефектами на поверхности и внутри устройства, а также вредными примесями.
Формирование
(1).Процесс диффузии:Внутри PN-перехода в N-области находится больше электронов, а в P-области — больше дырок. Из-за разницы концентраций электроны из N-области диффундируют в сторону P-области, а дырки из P-области — в сторону N-области. Хотя встроенное электрическое поле PN-перехода препятствует этой диффузии, она всё же происходит до достижения динамического равновесия, образуя диффузионный ток.
(2).Дефекты и примеси:Когда на поверхности или внутри устройства присутствуют дефекты, они действуют как центры рекомбинации, захватывая электроны и дырки и способствуя рекомбинации. Вредные примеси играют аналогичную роль, способствуя образованию темнового тока.
Влияние
Темновой ток часто учитывается при сортировке кремниевых пластин. Чрезмерный темновой ток указывает на низкое качество пластины, например, наличие множества поверхностных состояний, многочисленных дефектов кристаллической решетки, вредных примесей или чрезмерно высоких концентраций легирования. Солнечные элементы, изготовленные из таких пластин, обычно демонстрируют низкое время жизни неосновных носителей заряда, что напрямую приводит к низкой эффективности преобразования.
Темновой ток в солнечных батареях
В простых диодах темновой ток соответствует обратному току насыщения. Однако в солнечных элементах темновой ток включает в себя обратный ток насыщения, ток утечки тонкого слоя и объемный ток утечки.
Обратный ток насыщения
Определение
Обратный ток насыщения — это ток в PN-переходе при приложении обратного напряжения. Обратное напряжение расширяет обедненный слой, увеличивая электрическое поле и потенциальную энергию электронов. Это затрудняет прохождение основных носителей заряда через барьер, уменьшая диффузионный ток почти до нуля.
Формирование
1. Дрейфовый ток: Усиленное электрическое поле облегчает дрейф неосновных носителей заряда в N- и P-областях, образуя обратный ток.
2. Температурная зависимость: Поскольку неосновные носители заряда генерируются термическим путем, их количество остается постоянным при заданной температуре, как и обратный ток.
Ток утечки
Определение
Солнечные элементы можно разделить на три области: тонкий слой (N-область), обедненный слой (PN-переход) и объемная область (P-область). Дефекты и примеси в этих областях действуют как центры рекомбинации, захватывая электроны и дырки и способствуя рекомбинации. Этот процесс генерирует небольшие токи, которые вносят вклад в измеряемый темновой ток.
Типы
• Ток утечки в тонком слое: вызван дефектами и примесями в тонком слое.
• Ток утечки в объеме материала: вызывается дефектами и примесями в объеме материала.
Цель тестирования на темновой ток
1. Предотвращение поломок
При обратном смещении элемента или изменении полярности модуля чрезмерный темновой ток может привести к быстрому выходу элемента из строя. Хотя это случается редко, проверка темнового тока помогает предотвратить такие явления.
2. Мониторинг производственных процессов
Тестирование темнового тока помогает выявить потенциальные проблемы в процессе. Темновый ток состоит из обратного тока насыщения, тока утечки тонкого слоя и тока утечки в объеме материала, обозначаемых соответственно J1J_1J1, J2J_2J2 и J3J_3J3.
При подаче обратного напряжения:
• Область 1: Преобладает ток утечки J2J_2J2 (ток утечки в тонком слое).
• Область 2: Преобладает J3J_3J3 (ток утечки в объеме).
• Область 3: Преобладает J1J_1J1 (обратный ток насыщения).
Границы этих областей определяются конкретными испытательными напряжениями.
Влияние напряжения
При подаче напряжения на ячейку происходит электрическая инжекция в кремниевую пластину, возбуждающая неравновесные носители заряда. Чем выше напряжение, тем больше носителей возбуждается, что приводит к увеличению темнового тока. Однако скорость роста замедляется с увеличением напряжения до тех пор, пока ячейка не выйдет из строя.
Стандартное тестирование
Темновой ток обычно измеряют при напряжении 12 В. Сравнивая результаты измерений со стандартными кривыми, можно оценить состояние элемента:
• Чрезмерный темновой ток в области 1 указывает на проблемы в тонком слое.
• Чрезмерный темновой ток в области 2 указывает на проблемы в основной области.
• Чрезмерный темновой ток в области 3 указывает на проблемы с PN-переходом, такие как диффузия, трафаретная печать или температурные колебания.
Заключение
Анализ темнового тока имеет решающее значение для выявления проблем, связанных с технологическим процессом, и повышения эффективности производства солнечных элементов.
