2022年2022年结构工作原理 .pdf

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1、（三）、硅太阳能电池的结构及工作原理硅太阳能电池的外形及基本结构如图1。基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3 0.5mm左右。上表面为N+型区，构成一个PN 结。顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。上下电极分别与N区和 P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN 结空间电荷区和 P 区中激发出光生电子空穴对。各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。光生电子留于N区，光生空穴留于P区，在 PN 结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。当光伏电池两

2、端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N 区，负载中就有功率输出。太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。靠近顶区湿产生阳光电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的510（随 N区厚度而变），PN 结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5 左右。电池基体区域产生的光电流对红外光敏感，占8090，是光生电流的主要组成部分。（四）、太阳能电池的制造技术晶体硅太阳能电池的制造工艺流程如图2。提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 3 页 -1、具体的制造工艺技术说明如下：（1）切片：采用多线切割，将硅

3、棒切割成正方形的硅片。（2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去3050um。（3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。（4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成PN 结，结深一般为0.30.5um。（5）周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。（6）去除背面 PN 结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN 结。（7）制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。（8

4、）制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有MgF2，SiO2，Al2O3，SiO，Si3N4，TiO2，Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD 法或喷涂法等。（9）烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。（10）测试分档：按规定参数规范，测试分类。由此可见，太阳能电池芯片的制造采用的工艺方法与半导体器件基本相同，生产的工艺设备也基本相同，但工艺加工精度远低于集成电路芯片的制造要求，这为太阳能电池的规模生产提供了有利条件。（五）、太阳能电池的芯片尺寸：规模化生产太阳能电池的芯片尺寸分别为（103103）mm2、（1

5、25125）mm2、（156156）mm2和（210210）mm2 的方片。目前的主流仍是（156156）mm2，2007 年将过渡到（210210）mm2 为主流芯片。最近德国已推出了代表国际最先进的（210210）mm2 硅片全自动生产设备。芯片的厚度也愈来愈薄，从300 270 240 210 180 um，目前晶体硅片主要使用厚度为210240um。（六）、太阳能电池的芯片材料及转换效率：1、晶体硅（单晶硅和多晶硅）太阳能电池：2004 年晶体硅太阳能电池占总量的84.6，生产技术成熟，是光伏产业的主导产品。在光伏产业中占据着统治地位。对于高效单晶硅太阳能电池，国际公认澳大利亚新南威尔

6、士大学达到了最高转换效率为24.7，目前世界技术先进产品转换效率为1920。对于多晶硅太阳能电池澳大利亚新南威尔士大学多晶硅电池效率已突破 19.8，技术先进产品的效率为1518。2、非晶体硅太阳能电池：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 3 页 -Si（非晶硅）太阳能电池一般采用高频辉光使硅烷分解沉积而成。由于分解温度低（250500 0C），可在薄玻璃、陶瓷、不锈钢和塑料底片上沉积1um厚的薄膜，且易于大面积化。非晶硅太阳能电池多数采用 PIN 结构，有时还制成多层叠层式结构。非晶硅太阳能电池大量生产的大面积产品的转换效率为1012，小面积产品转换效率已提高到14

7、.6，叠层结构电池的最高效率为21。3、砷化镓（GaAs）太阳能电池：GaAs太阳能电池多数采用液相外延法或MOCVD 技术制备，GaAs太阳能电池的效率可高达29.5，一般在19.5 左右。产品具有耐高温和抗辐射特点，但生产成本较高，产量受限，主要用作空间电源。以硅片为衬底，拥 MOCVD 方法制造 GaAs/Si异质结太阳能电池是降低成本很有希望的方法，最高效率23.3，GaAs 叠层结构的太阳能电池效率接近40。4、其他化合物半导体太阳能电池：这方面主要有CIS（铜铟硒）薄膜、CdTe(碲化镉)薄膜和 InP(磷化铟)太阳能电池等。这些太阳能电池的结构与非晶硅电池相似。但CIS 薄膜一般

8、厚度为23um，已达到的转换效率为17.7。CdTe薄膜很适合于制作太阳能电池。其理论转换效率达30，目前国际先进水平转换效率为15.8，多用于空间方面。2004 年世界各种太阳能电池产量的种类分布如表2 表 2 2004 年世界各种太阳能电池产量的种类分布序号 太阳能电池种类总产量（MW）百分比（）1 单晶硅平板电池 314.4 28.6 2 多晶硅平板电池 669.2 56.0 3 非晶硅（室内室外）47.1 3.9 4 带硅电池 41.0 3.4 5 CdTea（碲化镉）电池 13.0 1.1 6 CIS(铜铟硒)3.0 0.25 7 非晶硅/单晶硅电池 80.0 6.7 总量 1195

9、.2 100（七）、提高太阳能电池效率的特殊技术：晶体硅太阳能电池的理论效率为25（AMO1.0光谱条件下）。太阳能电池的理论效率与入射光能转变成电流之前的各种可能损耗的因素有关。其中，有些因素由太阳能电池的基本物理决定的，有些则与材料和工艺相关。从提高太阳能电池效率的原理上讲，应从以下几方面着手：1、减少太阳能电池薄膜光反射的损失2、降低 PN结的正向电池（俗称太阳能电池暗电流）3、PN 结的空间电荷区宽度减少，幷减少空间电荷区的复合中心。4、提高硅晶体中少数载流子寿命，即减少重金属杂质含量和其他可作为复合中心的杂质，晶体结构缺陷等。5、当采取太阳能电池硅晶体各区厚度和其他结构参数。目前提高太阳能电池效率的主要措施如下，而各项措施的采用往往引导出相应的新的工艺技术。（1）选择长载流子寿命的高性能衬底硅晶体。（2）太阳能电池芯片表面制造绒面或倒金字塔多坑表面结构。电池芯片背面制作背面镜，以降低表面反射和构成良好的隔光机制。（3）合理设计发射结结构，以收集尽可能多的光生载流子。（4）采用高性能表面钝化膜，以降低表面复合速率。（5）采用深结结构，幷在金属接触处加强钝化。（6）合理的电极接触设计以达到低串联电阻等。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 3 页 -