“收集概率”描述了器件某一区域光吸收产生的载流子被 p-n 结收集并参与光生电流的概率，但此概率取决于与扩散长度相比，光生电流子必须移动的距离。另外，收集概率还取决于器件的表面特性。在耗尽区中，由于电子-空穴对被电场快速扫过并被收集，因此产生的载流子的收集概率是统一的。远离结处，收集概率会下降。如果产生的载流子的位置距离结超过扩散长度，则该载流子的收集概率相当低。类似地，如果某载流子产生于比结更靠近复合的区域（例如表面），则此载流子将复合。表面钝化和扩散长度对收集概率的影响如下所示。
对于具有均匀掺杂和突变结的器件，收集概率由以下等式决定：
$$CP = cosh\frac{x}{L} - \frac{\frac{SL}{D}\cosh\frac{W}{L} + \sinh\frac{W}{L}}{\frac{SL}{D}\sinh\frac{W}{L} + \cosh\frac{W}{L}} \sinh\frac{x}{L}$$
其中：L 是少数载流子扩散长度，单位为 cm，S 是表面复合速度，单位为 cm/s，D 是少数载流子扩散率，单位为 cm2/s，W 是层的宽度（厚度）。 x 是距结点的距离，而不是进入器件的深度。对于发射极，x 由最大绝对值处的表面开始减小，并在结边缘处降至零。
上式简化为：
$$CP = \exp\frac{-x}{L}$$
对于非常短的扩散长度 (L << W) 或当 SL/D =1时。
计算收集概率。发射极中的扩散长度为红色，基极中的扩散长度为蓝色。 Ln 表示少数载流子扩散长度，SRV 是表面复合速度。点击图表下载数据。
太阳能电池的收集概率与产生率一起决定了电池的光生电流。光生电流是器件中特定点处的产生速率在整个器件厚度上的积分乘以该点处的收集概率。在AM1.5光谱下及硅材料中，具有任意产生速率 (G(x)) 和收集概率 (CP(x)) 的光生电流密度 (JL) 方程如下所示
$$J_{L}=q \int_{0}^{W} G(x) CP(x) d x$$
$$J_{L}=q \int_{0}^{W}\left[\int H_{0} \alpha(\lambda) e^{-\alpha(\lambda) x}d\lambda\right] CP(x) dx$$
其中：
q 是电子电荷；
W 是器件的厚度；
α(λ) 为吸收系数；
H0 是每个波长下的光子数。
光产生的电流取决于载流子的产生以及这些载流子的收集概率。
由 Am1.5 光谱得出的硅产生描述图。请注意，太阳能电池表面的载流子产生量最高，因此使得光伏器件对表面特性非常敏感。
不均匀的收集概率将导致光生电流的光谱依赖性。例如，表面的收集概率低于在本体中的收集概率。比较下面蓝光、绿光和红外光的产生速率，蓝光在硅的前十分之几微米内几乎被完全吸收。因此，如果前表面的收集概率较低，则太阳光谱中的任何蓝光都不会有助于光产生电流。
在硅中针对不同波长的光产生的电子空穴对。 0.45 µm 的蓝光具有 105 cm-1 的高吸收系数，因此在非常靠近前表面的位置被吸收。 0.8 µm 和吸收系数为 103 cm-1 的红光被吸收到电池更深处。吸收系数为 103 cm-1 的 1.1 µm 红外光几乎不被吸收，因为它接近硅的带隙。
English
Español