太陽能光伏電池基礎(chǔ)總結(jié)

1、1、當(dāng)太陽和頭頂正上方成一個(gè)角度時(shí)，大氣光學(xué)質(zhì)量為：AM=1/cos2、在無法知道值的情況下，如何估算大氣光學(xué)質(zhì)量AM？AM=1.5 (=48)（h：物體的高度；s：豎直物體投影的陰影長(zhǎng)度）3、軌道相對(duì)應(yīng)的能級(jí)分裂成為能量非常接近但又大小不同的許多電子能級(jí)，稱為能帶。每層軌道都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的能帶。4、電子在每個(gè)能帶中的分布，一般是先填滿能量較低的能級(jí)，然后逐步填充能量較高的能級(jí)，并且每條能級(jí)只允許填充兩個(gè)具有同樣能量的電子。內(nèi)層電子能級(jí)所對(duì)應(yīng)的能帶，都是被電子填滿的。最外層價(jià)電子能級(jí)所對(duì)應(yīng)的能帶，有的被電子填滿，有的未被填滿，主要取決于晶體種類。硅、鍺等半導(dǎo)體晶體的價(jià)電子能帶全部被電子填滿。5、

2、本征半導(dǎo)體：沒有摻雜任何物質(zhì)，指純的。硅和鍺的單晶稱為本征半導(dǎo)體。6、半導(dǎo)體是依靠自由電子和空穴兩種載流子導(dǎo)電的物質(zhì)。本征激發(fā)產(chǎn)生的兩種載流子總是成對(duì)出現(xiàn)的。7、雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中，摻入一定量的雜質(zhì)元素，就成為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體分為N型和P型兩種：摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)（磷、銻或砷等），則可使晶體申的自由電子濃度大大增加，故將這種雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為N型或電子型半導(dǎo)體；若摻入三價(jià)元素的雜質(zhì)(硼、嫁、銅或鋁等)，則可使晶體中的空穴濃度大大增加，故將這種半導(dǎo)體稱為P型或空穴型半導(dǎo)體。8、N型半導(dǎo)體中，將自由電子稱為多數(shù)載流子；空穴稱為少數(shù)載流子。并將五價(jià)元素稱為施主雜質(zhì)，它是受晶格束縛的正離子。

3、9、p型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱多子，自由電子是少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱少子。三價(jià)元素稱為受主雜質(zhì)。10、兩種導(dǎo)電機(jī)理漂移和擴(kuò)散11、自由電子擴(kuò)散電流方向與濃度減小方向相反，而空穴擴(kuò)散電流方向與濃度減小方向一致。12、有關(guān)半導(dǎo)體的幾個(gè)重要結(jié)論 半導(dǎo)體是依靠自由電子和空穴兩種載流子導(dǎo)電的。本征激發(fā)和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，熱平衡載流子濃度隨溫度升高而迅速增大。 摻入不同雜質(zhì)，形成N型和P型兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體。其中，N型半導(dǎo)體:多子自由電子，少子空穴，施主雜質(zhì)正離子。P型半導(dǎo)體:多子空穴，少子自由電子，受主雜質(zhì)負(fù)離子。 半導(dǎo)體有兩種導(dǎo)電方式:電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的漂移電流和非平衡載流子濃度差作用下產(chǎn)生的擴(kuò)散電流

4、。前者與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，后者與濃度梯度成正比。13、PN結(jié)的形成：P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體相結(jié)合PN結(jié)14、PN結(jié)是構(gòu)造半導(dǎo)體器件的基本單元。其中，最簡(jiǎn)單的晶體二極管就是由PN結(jié)構(gòu)成的。15、p-n結(jié)的制作方法：控制同一塊半導(dǎo)體的摻雜,形成pn結(jié) (合金法; 擴(kuò)散法; 離子注入法等)16、由導(dǎo)電類型相反的同一種半導(dǎo)體單晶材料組成的pn結(jié)-同質(zhì)結(jié)17、由兩種不同的半導(dǎo)體單晶材料組成的結(jié)異質(zhì)結(jié)18、通過空間電荷區(qū)的總電流為零，因此通過PN結(jié)的凈電流為零。19、太陽能電池的量子效率是指太陽能電池的電荷載流子數(shù)目與照射在太陽能電池表面一定能量的光子數(shù)目的比率。20、外量子效率：太陽能電池的電荷載流子數(shù)目

5、與外部入射到太陽能電池表面的一定能量的光子數(shù)目之比。21、內(nèi)量子效率：太陽能電池的電荷載流子數(shù)目與外部入射到太陽能電池表面的沒有被太陽能電池反射回去的，沒有透射過太陽能電池的（被吸收的），一定能量的光子數(shù)目之比。22、內(nèi)量子效率通常大于外量子效率23、太陽能電池的量子效率與光的波長(zhǎng)或者能量有關(guān)。24、短路電流（Isc）；開路電壓（Voc）；最佳工作電流（Im）；最佳工作電壓（Vm）最大輸出功率（Pm）；填充因子（FF）；轉(zhuǎn)換效率（）FF=Pm/VOCISC=VmIm/VOCISC=VmImPin光強(qiáng)：1000W/m2 光譜分布：AM=1.5 電池溫度：2525、E(ev)=1.24/ (um)

6、 ；E(ev)=1240/ (nm)26、太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。27、半導(dǎo)體是依靠自由電子和空穴兩種載流子導(dǎo)電的。本征激發(fā)和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，熱平衡載流子濃度隨溫度升高而迅速增大。28、摻入不同雜質(zhì)，形成N型和P型兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體。其中，N型半導(dǎo)體:多子自由電子，少子空穴，施主雜質(zhì)正離子。P型半導(dǎo)體:多子空穴，少子自由電子，受主雜質(zhì)負(fù)離子。29、半導(dǎo)體有兩種導(dǎo)電方式:電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的漂移電流和非平衡載流子濃度差作用下產(chǎn)生的擴(kuò)散電流。前者與電場(chǎng)強(qiáng)度

7、成正比，后者與濃度梯度成正比。30、由導(dǎo)電類型相反的同一種半導(dǎo)體單晶材料組成的pn結(jié)-同質(zhì)結(jié)31、由兩種不同的半導(dǎo)體單晶材料組成的結(jié)異質(zhì)結(jié)32、禁帶寬度減小時(shí)，短路電流密度增加。33、溫度每升高1，硅太陽能電池的VOC將下降0.4%。輸出功率將減少0.4-0.5%。34、制絨作用：減少反射，增強(qiáng)對(duì)太陽光的吸收。單晶制絨：用堿腐蝕（NaOH）多晶制絨：用酸腐蝕 （HNO3）第三章單晶硅太陽能電池1、晶體：是質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）在空間按一定規(guī)律周期性重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。2、單晶的概念： 所謂單晶，是指整塊晶體中的原子按一定規(guī)則整齊地排列著的晶體。3、多晶：由許多小單晶按不同取向聚集而成的晶

8、體。4、表面織構(gòu)化可以減少光的反射，增加光的透射。5、PN結(jié)：是產(chǎn)生光伏效應(yīng)的來源，由高溫?cái)U(kuò)散制成。在p型硅極板上作n型擴(kuò)散，或是在在n 型硅極板上作p型擴(kuò)散。6、太陽能電池的主要控制工藝：六大工藝：清洗、織構(gòu)化、擴(kuò)散、制備SiN、絲印、燒結(jié)；四大特性：表面鈍化特性、結(jié)特性、電極接觸特性、減反射特性三個(gè)參數(shù)：短路電流、開路電壓、填充因子織構(gòu)化所起的三點(diǎn)作用：鈍化、減反結(jié)果、電極接觸7、背電場(chǎng)太陽能電池為防止在襯底的背面附近由于載流子的復(fù)合引起效率的減少，在背面實(shí)現(xiàn)與襯底同類型的高濃度摻雜的太陽能電池。8、太陽能電池片生產(chǎn)工藝流程：一次清洗（制絨）擴(kuò)散等離子刻蝕二次清洗（去磷硅玻璃）PECVD印

9、刷電極燒結(jié)分選測(cè)試檢驗(yàn)入庫(kù)清洗：熱的NaOH溶液去除硅片表面機(jī)械損傷層、HF去除硅片表面氧化層、HCl去除硅片表面金屬雜質(zhì)擴(kuò)散的目的：形成PN結(jié)，在P型半導(dǎo)體表面摻雜五價(jià)元素磷在硅片表面形成PN結(jié)。PN結(jié)太陽電池的心臟等離子刻蝕目的：去除邊緣PN結(jié)，防止上下短路PECVD（等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積）作用：在太陽電池表面沉積深藍(lán)色減反膜SiNxHy膜。印刷電極：使用漿料是銀鋁漿；在太陽電池背面絲網(wǎng)印刷鋁漿；在太陽電池正面絲網(wǎng)印刷銀漿，形成負(fù)電極。9、太陽能電池是一種少數(shù)載流子工作器件，少數(shù)載流子在電池內(nèi)的壽命決定了電池的轉(zhuǎn)換效率。少數(shù)載流子壽命定義為從其產(chǎn)生到其與空穴復(fù)合之間所生存的時(shí)間。要提高電

10、池的轉(zhuǎn)換效率， 就必須設(shè)法減少少數(shù)載流子 在電池內(nèi)的復(fù)合，從而增加少數(shù)載流子的壽命。10、單晶硅太陽能電池（如何提高效率）：體內(nèi)復(fù)合；表面復(fù)合；電極區(qū)復(fù)合多晶硅太陽能電池1、目前，對(duì)于太陽能電池， 提高光電轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本是研究的核心問題。2、生產(chǎn)多晶硅的關(guān)鍵問題是：如何更好的吸收太陽光；如何使金屬化電極與電池的設(shè)計(jì)參數(shù)相匹配；如何生成pn結(jié)使更有效的生成光生載流子，并更好的分離。3、多晶硅太陽電池： 按結(jié)構(gòu)可分為兩種，一種是塊狀；另一種是薄膜狀（多采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)和液相外延法、濺射沉積法制備）4、多晶硅的質(zhì)量指標(biāo)：一般要求純度達(dá)到99.999999.9999999%或以上，

11、 雜質(zhì)含量要降到10-9的水平5、多晶硅的制備：石英砂金屬硅多晶硅單晶硅基太陽能電池制程：原礦石石英砂金屬硅三氯化硅多晶硅單晶硅鑄造切片太陽能電池太陽能電池組件6、多晶硅的純度主要指標(biāo)分六項(xiàng)：受主雜質(zhì)總含量，施主雜質(zhì)總含量，體金屬雜質(zhì)含量，氧含量，碳含量，面金屬雜質(zhì)含量7、多晶體硅太陽能電池：優(yōu)點(diǎn)：材料利用率高、能耗小、成本低，而且其晶體生長(zhǎng)簡(jiǎn)便，易于大尺寸生長(zhǎng)。缺點(diǎn)：含有高密度晶界、高密度的微錯(cuò)、微缺陷和相對(duì)較高的雜質(zhì)濃度。8、對(duì)于鑄造多晶硅來說， 晶粒越大越好，這樣晶界的面積和作用都可以減少，這主要是由晶體生長(zhǎng)過程決定的。實(shí)際工業(yè)上，鑄造多晶硅的晶粒尺寸一般為1-10mm，高質(zhì)量的多晶硅晶

12、粒大小平均可以達(dá)到10-15mm。9、鑄造多晶硅中的雜質(zhì)和缺陷-氧、碳、氮、氫、金屬雜質(zhì)鑄造多晶硅中的氧也是以間隙態(tài)存在；如果氧濃度過高，就很容易在原生鑄造多晶硅中產(chǎn)生氧施主和氧沉淀。為了降低晶界、位錯(cuò)等缺陷的作用， 氫鈍化已經(jīng)成為鑄造多晶硅太陽能電池制備工藝中必不可少的步驟，可大大降低晶界兩側(cè)的界面態(tài)，從而降低晶面復(fù)合， 也可降低位錯(cuò)的復(fù)合作用，改善開路電壓。氫原子與雜質(zhì)、缺陷的未飽和的懸掛鍵結(jié)合，導(dǎo)致雜質(zhì)、缺陷電學(xué)性能的鈍化對(duì)于鑄造多晶硅太陽能電池需要進(jìn)行金屬吸雜，以減少這些雜質(zhì)的負(fù)面作用吸雜技術(shù)：內(nèi)吸雜、外吸雜、磷吸雜、鋁吸雜多晶硅薄膜電池1、對(duì)于上襯底結(jié)構(gòu)的電池來說，既可以用p型也可以

13、用n型基層。相反，對(duì)于底襯底電池來說， p型常常被用作基層。2、多晶硅薄膜太陽電池的研究重點(diǎn)有兩個(gè)方面，其一是電池襯底的選擇，其二是制備電池的工藝和方法，但無論是哪一方面的研究都應(yīng)滿足制備多晶硅薄膜電池的一些基本要求：多晶硅薄膜太陽電池基本要求：低成本、高效率、易于產(chǎn)業(yè)化襯底的選擇：低成本、導(dǎo)電（或絕緣，依結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）、熱膨脹系數(shù)與硅匹配、非毒性、有一定機(jī)械強(qiáng)度比較合適的襯底材料為一些硅或鋁的的化合物，如SiC，Si3N4，SiO2，Si，Al2O3， SiAlON，Al等，制備多晶硅薄膜的工藝方法：化學(xué)氣相沉積法、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法、液相外延法、等離子體濺射沉積法3、多晶硅薄膜太陽

14、能電池襯底材料應(yīng)滿足以下條件：低成本、有一定的機(jī)械強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)與硅匹配、非毒性、機(jī)械強(qiáng)度高及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定高溫下與硅不發(fā)生反應(yīng)、不應(yīng)向形成的硅薄膜中滲入，成為有害雜質(zhì)非晶硅薄膜太陽能電池1、非晶太陽能電池的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）材料和制造工藝成本低2）易于形成大規(guī)模生產(chǎn)能力。3）多品種和多用途。4）易實(shí)現(xiàn)柔性電池。缺點(diǎn)：1）效率較低2）在太陽光的長(zhǎng)期照射下會(huì)有嚴(yán)重的衰減，到目前為止根本無法解決。2、一般將非晶態(tài)材料描述為：“長(zhǎng)程無序，短程有序?！?、非晶硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)最常用的是p-i-n結(jié)構(gòu)，而不是單晶硅太陽能電池的p-n結(jié)構(gòu)。4、單結(jié)非晶硅太陽能電池硅基薄膜電池的p-i-n結(jié)構(gòu)， p層和n層

15、分別是B摻雜和P摻雜的材料， i層是本征材料無光照時(shí)，處于熱平衡。光照下，光生載流子主要產(chǎn)生在本征層中。在內(nèi)建勢(shì)的作用下，光生電子流向n層，光生空穴流向p層。5、單結(jié)非晶硅太陽能電池通常分為兩種，以沉積順序而得：p-i-n型、n-i-p型6、p-i-n型電池一般沉積在玻璃襯底上，太陽光透過玻璃入射到電池。玻璃襯底上首先要沉積一層透明導(dǎo)電膜。在透明導(dǎo)電膜上依次沉積p層、 i層和n層，而后背電極。背電極是蒸發(fā)Al和Ag。7、n-i-p型電池一般沉積在不透明襯底上，如不銹鋼和塑料。8、n-i-p型電池特點(diǎn)：1）首先在背反射膜上沉積n層，背反射膜通常為金屬/ZnO，ZnO相對(duì)穩(wěn)定，不易被等離子體中的氫

16、離子刻蝕，所以n層可以是非晶硅或微晶硅。2）電子的遷移率比空穴的遷移率高很多，所以n層的沉積參數(shù)范圍比較寬。3） p層沉積在本征層上，所以p層可以用微晶硅。n-i-p型電池缺點(diǎn)：1）由于要在頂電極ITO上加金屬柵電極來增加其電流的收集率，所以電池的有效受光面積會(huì)減小。2）由于ITO的厚度很薄， ITO本身很難具有粗糙的絨面結(jié)構(gòu)，所以這種電池的光散射效應(yīng)主要取決于背反射膜的絨面結(jié)構(gòu)，因此對(duì)背反射膜的要求比較高。9、10、提高非晶硅薄膜電池效率措施：（1）提高薄膜硅太陽能電池對(duì)光的吸收；（2）薄膜硅電池疊層技術(shù)；（3）中間層技術(shù)的研究。第四章 CdTe薄膜材料和太陽電池1、獲得較高的能量轉(zhuǎn)換效率太陽能電池組件的條件：(1)主要的光吸收層其能隙值在1.5eV附近；(2)p-n結(jié)面的安排，最好以n-type層迎著照光的方向；(3)薄膜太陽電池因材料的光吸收系數(shù)高故常利用異質(zhì)結(jié)的設(shè)計(jì)，讓迎光的n-type層選用具較大能隙的材料；(4)各層的厚度搭配與各層的電性如能隙、載子擴(kuò)散長(zhǎng)度等有密切關(guān)系，必須予以適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。2、CdTe薄膜制備技術(shù)物理氣相沉積法、密閉空間升華法、氣相傳輸沉積法、濺射沉