光伏材料知識點

1、小題：1晶體分類：離子晶體，共價晶體，分子晶體，金屬晶體。2共價鍵特點：飽和性和方向性。3.硅屬于間接能隙半導體。4半導體分為本證半導體和雜質半導體，雜質填充方式有間隙和替位。 5.P-N結正反向接法（辨別即可）1姦中電場廊“電子、空AJTiK客島 冊和E驅期星 療.奸隧|«謨優(yōu)”正T1H騎£數來描 則任一 列晶向6. 晶向：晶列取向，通常用晶向指 述。晶胞中任取一格點作為原點， 格點位矢R=ma+nb+pc ,那么該晶 指數可表示為m n p。7. 晶面：晶體中的原子可以看成是分布在一系列平行而等距的平面。密勒指數來描述晶面的方向。任選一格點為原點，以晶胞基矢 軸上截距r

2、,s,t的倒數比即為密勒指數，表示為（hkl）。8. 峰瓦數：比如，一個1m2、轉換效率為18%的太陽電池，在赤道附近它的輸出功率為180Wp （1000W/m2 x 1m2 x 18%）9. 太陽級多晶硅原料制備流程：冶金級多晶硅制造，SiHCI3制造與純化，SiHCI3氫氣還原。10. 直拉（CZ ）法單晶硅制造流程：加料、熔化；熔接；縮頸生長；放肩生長；等晶生長；收尾生長。11. 直拉（CZ）法單晶硅制造中碳，氧雜質分布情況：K<1,意味著雜質在晶體中的濃度始終小于在熔體中的濃度，也就導致隨著晶體生長雜質含量越來越多。例如：碳雜質K=0.07K>1,意味著雜質在晶體中的濃度始

3、終大于在熔體中的濃度，也就導致隨著晶體生長雜質含量越來越少。例如：氧雜質 K=1.27（換言之，就是氧雜質頭部多尾部少，碳雜質頭部少尾部多。）平行的晶面組成晶面族a,b,c為坐標軸，晶面在坐標12. 磷硅玻璃成份：P2O5 , SiO 213. 表面制絨：硅材料制絨方法可分為干法和濕法。干法有機械刻槽，反應離子刻蝕，光刻等。濕法是傳統(tǒng)的刻蝕方法，又被稱為化學腐蝕法。1）單晶硅堿制絨（堿制絨腐蝕液:NaOH和IPA NaOH , IPA, NaSiO3 NaOH，乙醇）2）多晶硅酸制絨（酸制絨腐蝕液： HNO3 , HF , HNO3作為氧化劑，HF是絡合劑）14. 減反射膜：減反射膜光學厚度為

4、 1/4入射光波長，折射率為外界介質與硅片折射率乘積的平方根。減反射膜材料的選擇標準：減反射膜厚度及折射率是減反射膜制備的兩個重要參數， 除此之外，還需要考慮其他一些問題：減反射膜對光的吸收要??；物理化學穩(wěn)定性；制備工藝難易及成本。15. 電池片絲網印刷的三步驟：背電極印刷及烘干（漿料：Ag /Al漿）；背電場印刷及烘干（漿料：Al漿）；正面電極印刷及烘干（漿料：Ag漿）。簡答：1什么叫太陽能電池，優(yōu)缺點？優(yōu)點：普遍，安全，資源豐富，無污染。缺點：1）太陽能受氣候、天氣、晝夜甚至時間的影響較大。在太陽能資源貧乏地區(qū)不易推 廣太陽能利用。2）太陽能發(fā)電為直流電，在轉變交流電時候會產生能量損失，而

5、且要增加 其他配套裝置。這些因素都導致太陽能發(fā)電成本增加。3）由于太陽電池發(fā)電密度低，如果想產生相當量的能量必須要大面積安裝。安裝位置的選擇以及視覺沖擊都是一個需解決的問題。2太陽電池表征參數短路電流：通過導線把電池的陰陽極直接相連，此時流過導線的電流即為短路電流，用ISC表示。開路電壓：太陽電池陰陽極兩端無導線相連，光生載流子只能聚集在P-N結兩端產生光生電動勢，這時在電池兩端測量所得電勢差即為開路電壓，用VOC表示最大輸出功率： Pm=Vm x Im填充因子：衡量太陽電池整體性能的一個重要參數，代表太陽電池在最佳負載時能輸出的PV IF F = _最大功率的特性。- - -轉換效率：pFF

6、xV xln = xlOO% ="兀jo。3單晶硅，多晶硅優(yōu)缺點？單晶硅電池優(yōu)缺點： 優(yōu)點：結晶完整，自由電子與空穴在內部移動不受限制，產生電子空穴 復合幾率低，太陽電池效率高。缺點：將晶棒切割成晶柱的過程中，浪費一半的材料，成本高，價格昂貴。多晶硅電池優(yōu)缺點：優(yōu)點：通過較快速的方式讓硅結晶，提升產出；減少切片時造成的浪費，生產成本大大降低。缺點：由于多晶在結晶時速度較快，硅原子沒有足夠的時間形成單一晶格而形成許多顆粒，顆粒與顆粒間存在結晶邊界，此結晶邊界存在許多懸浮鍵，阻止自 由電子移動或捕捉自己電子造成電流下降，效率因而降低。此外結晶邊界也聚集許多雜質，也使自由電子不易移動。不完

7、整的使硅原子與硅原子間的鍵結情況較差，容易因紫外線破壞化學鍵而產生懸浮鍵，隨時間增加，懸浮鍵的數量會增加， 造成光電轉換效率逐漸衰退。4晶體結構？（這個不確定，參考）晶體長程有序性，非晶體短程有序性。晶體結構：晶體中原子（離子或分子）規(guī)則排列的方式。單晶體、多晶體及準晶體。單晶體：整塊晶體內原子排列規(guī)律完全一致的晶體；多晶體則是由許多取向不同的單晶體無規(guī)則的堆積而成；而準晶體是一種介于晶體和非晶體之間的固體，具有完全有序的結構， 但不具有晶體平移周期性。晶體特征表現(xiàn)為：有固定的幾何外形，有固定的熔點，具有各向異性的性能。光伏效應是指光照射到半導體5太陽能電池工作原理光電效應指光照射到金屬材料表

8、面，金屬內的自 由電子吸收了光子的能量，脫離金屬束縛，成為真空 中自由電子。脫離金屬束縛的自由電子在外加電壓的 作用下移動到金屬陽極，形成光電流。P-N結上產生可輸出功率的電勢差的現(xiàn)象。過程包括:電子吸收光子能量產生電子空穴對，內建電場作用下電子空穴對分離，電子空穴相向運動到端電極輸送到負載 。光電流：漂移電流，擴散電流。太陽光照射到太陽電池表面時，光子透過抗反射膜，然后照射到N型硅表面，導帶電子吸收光子能量躍遷成為自由電子。用導線將電池片正負極通過負載相連接，此時就會有光電流流過負載。6電池片制備流程：1）基材選擇：基體材料：為單晶硅片或多晶硅片，基板一般是使用摻雜后的摻雜半導體。2）制絨：

9、是指通過某種技術方法在電池表面制作出凸凹不平的形狀，以達到太陽光線在表面的多次反射（至少兩次），增強晶體硅表面的對光的吸收的技術。制絨增強了入射太陽光的 利用率，提高了太陽電池的轉化效率。制絨方法可分為干法和濕法，干法有機械刻槽，反應離子刻蝕，光刻等。濕法包括堿制絨， 酸制絨。3） 擴散制P-N結：擴散可以分為兩類：1）恒定表面源擴散，2）限定表面源擴散。4）減反射膜制備5） 絲網印刷：三步驟為背電極印刷及烘干；背電場印刷及烘干；正面電極印刷及烘干。6）電池片組裝。7改良西門子法與西門子法異同及優(yōu)缺點？改良西門子法采用閉環(huán)生產、尾氣回收循環(huán)利用、SiCI4氫化工藝。西門子方法中反應排出 H2和

10、SiHCI3被回收利用，而 SiCI4和HCI水溶液直接對外出售。 第二代西門子生產流程將 SiCI4實現(xiàn)了循環(huán)回收利用，通過與冶金級硅反應生成SiHCI3。改良西門子法利用活性炭吸附或者冷SiCI4溶解HCI法回收得到干燥 HCI，因此，該 HCI可以通過直接應用到 SiHCI3的合成中。優(yōu)點：（1） 工藝成熟，經驗豐富，產品質量高。（2）節(jié)能（3）降低物耗（4）減少污染。缺點：工藝流程長、投資大、技術要求嚴格、SiHCI3轉化率低。大題：1理論計算單晶硅電池轉化效率？假設23%太陽光小于禁帶寬度，剩下的中有43%以熱能損失，其余太陽能量中載流子輸出電壓占對應電壓的 63.6%，理論計算單晶

11、硅電池轉化效率為（1-23%）*（ 1-43%）*63.6%=27.91%2太陽能電池模型（以及串并聯(lián)電阻由來）1）理想太陽電池沒有光照的情況下，太陽電池看做一個P-N結二極管，理想二極管電流電壓關系：qvI d = I o （e kT - 1 ）電流從P型半導體指向N型半導體。在光照的情況下，P-N結內會產生光電流，即光生電流lL，其方向由N型半導體指向P型半導體。太陽電池電流電壓關系可以表示為：qVI = I l - I。（ e kT - 1）2）實際的太陽電池必須考慮P-N結的品質和實際存在的串聯(lián)電阻Rs和并聯(lián)電阻 Rsh 。串聯(lián)電阻：半導體材料的體電阻、電極與半導體接觸電阻，電極金屬的

12、電阻。并聯(lián)電阻是由 于P-N結漏電產生的，包括繞過電池邊緣漏電和由于P-N結區(qū)域存在晶體缺陷和雜質所引起的內部漏電流。3）太陽電池等效電路太陽電池可以看做一個恒流源與理想二極管的并聯(lián)。在光照的時候，太陽電池產生一定的光生電流IL，其中一部分流過 P-N結作為暗電流 I d，另一部分為供給負載的電流I3太陽電池轉換效率影響因素以及改進方法（1）半導體材料都對應一個確定的禁帶寬度，禁帶寬度的大小決定了吸收太陽光譜中 某一范圍的光。（2）除材料本身影響外，其他影響主要包括：光損失，少數載流子復合，串聯(lián)、并聯(lián)電阻，溫度。1）光損失：反射損失，遮光損失，透光損失。2）載流子復合損失：分為體內復合，表面復

13、合以及電極內復合。3 ）串并聯(lián)電阻損失 ：太陽電池內電阻的存在會產生焦耳熱損失。串聯(lián)電阻以及漏電流的存在都會降低填充因子FF,而太陽電池轉化效率正比于FF，所以串并聯(lián)電阻對太陽電池轉化效率有影響。研究發(fā)現(xiàn)，較大的串聯(lián)電阻和較小的并 聯(lián)電阻還會分別造成Isc和Voc減小，加劇了轉化效率降低。4）溫度對太陽電池轉換效率影響：一般而言，隨著溫度的升高，太陽電池短路電流略有增加，但是其增加幅度要小于開路電壓的減小。通常情況下，半導體材料禁帶寬度隨著溫度的升高會出現(xiàn)減小的現(xiàn)象，禁帶寬度的減小將由于與增加光的吸收。太陽電池轉換效率及填充因子隨其工作環(huán)境溫度的升高而減小。不同半導體材料太陽電池，轉化效率對溫

14、度相應不同，即隨溫度升高轉化效率降低不同。改進：選禁帶寬度 ,而且最好是直接禁帶半導體；SiO2、TiO2及Si3N4其中Si3N4的使用可使反射光損失從 30%降到10% ；表面織構化能使入射光線在其表面多次反射，從而增加了太陽電池對光的吸收；使用微電極技術解決遮光損失，此外用點接觸式方法把太陽電池正負電極全部放到背面也可；把吸收較高能量光譜的電池片放在上層，吸收較低能量光譜的電池片放在下層來減小透光損失；選擇適當的摻雜濃度，提高晶體的純度，減少缺陷和雜質來減少復合。在硅表面生長一層介質膜（SiO2，Si3N4）或氫原子鈍化等來減少載流子在表面發(fā)生復合的幾率。減少電極區(qū)復合可采用電極區(qū)摻雜濃

15、度提高，降低少數載流子在電極區(qū)濃度，從而降低了在此區(qū)域復合的幾率。4表面制絨的目的，意義，分類，優(yōu)缺點？意義：制絨技術被稱為表面織構技術，是指通過某種技術方法在電池表面制作出凸凹不平的形狀，以達到太陽光線在表面的多次反射，增強晶體硅表面的對光的吸收的技術。目的：制絨增強了入射太陽光的利用率，提高了太陽電池的轉化效率。 分類：制絨方法可分為干法和濕法，干法有機械刻槽，反應離子刻蝕，光刻等。濕法包括單 晶硅堿制絨，多晶硅酸制絨。優(yōu)缺點：反應離子刻蝕能夠精確控制刻蝕位置和深度，能夠提供良好的織構表面；該方法生產速度慢、成本高，設備價格昂貴。光刻可以制備出更加規(guī)則的絨面結構，目前處于實驗室階段，沒有實

16、現(xiàn)商業(yè)應用。濕法是傳統(tǒng)的刻蝕方法，該法設備簡單、成本低而生產率高等優(yōu) 點，一直被廣泛應用到商業(yè)太陽電池制絨工藝中。nd =為了使反射揚失最小，故令此時:5減反射膜的目的，意義以及減反射膜的條件？目的及意義：減少反射，增強晶體硅表面的對光的吸收。 減反射膜的條件：減反射膜條件只 _+戌 +2兀com1 + 2尺cos端=色二工盡=匚4=也血%+xn+nsl當太陽光垂直入射時如果減反射膜光學厚度為入）的1/4艮匚完美單層減反射膜條件是：減反射膜光學厚度為1/4入射光波長，折射率為外界介質與硅片折射率乘積的平方根。6能帶理論分析導體、半導體及絕緣體導電差異。固體材料按其導電能力的差異可分為導體、半導

17、體及絕緣體。導體的能帶有三種結構：價帶部分填滿，價帶為滿帶但與空帶重疊，價帶未填滿且與空帶重疊。絕緣體的價帶是滿帶，而且價帶與空帶間有較大的禁帶。半導體，能帶結構與絕緣體很相似，但是其禁帶寬度較小，約為 0.1-2ev。7.碳氧雜質產生，去除？1） 氧雜質產生：高溫下石英坩堝壁會與熔化太陽級硅發(fā)生反應產生SiO，同時高溫下石英坩堝也會發(fā)生脫氧反應：SiO 2 Si > 2 SiO SiO 2 SiO O產生的氧原子絕大多數（98%）會以SiO的形式存在，少量的氧原子則溶于熔硅中。這是 單晶硅棒中氧雜質的主要來源。SiO比較容易從熔硅表面揮發(fā)。揮發(fā)從來的SiO氣體，會在較冷的爐壁作用下凝結

18、成顆粒并附著在上面。隨著凝結顆粒的增多，不可避免的會有少量SiO落入熔硅中。2）氧雜質去除：溶解在硅熔體中的氧傳輸包括對流和擴散，氧在硅中擴散系數很小，故氧主要通過對流來傳輸到硅單晶和熔硅界面或者自由表面的。除了利用Ar帶走SiO來減少氧雜質外，降低坩堝的旋轉速率和采用較大直徑的坩堝也是降低氧雜質的途徑。3）碳雜質產生：爐體的石墨元件（加熱元件，坩堝，絕熱元件）在高溫下會和石英脫氧的氧原子反應產生CO,C * 0 CO石墨元件會與一氧化硅氣體反應產生碳化硅（SiC）顆粒和CO2 C SiO > SiC CO石墨元件也會與爐內其他氣體（H2O，O2）反應生成CO，CO2，若CO、CO2溶入

19、硅熔體中，即造成硅熔體的碳污染。4） 碳雜質去除：減少碳污染的辦法除了利用Ar帶走上述氣體外，另一方法通常是在石墨元件表面利用化學氣相沉積的方法鍍一層SiC。8擴散分類(結合圖形分析)？分類：擴散條件大致可以分為兩類：1)恒定表面源擴散，2)限定表面源擴散(1 )恒定表面源擴散恒定表面源擴散是指在整個擴散過程中，硅片表面濃度 保持不變，在一定的擴散溫度控制下，雜質原子從氣相 擴散到固相的硅片里而呈現(xiàn)一定的雜質分布。擴散到硅片中雜質總量 Q可用分布區(qū)縣N下面面積表 示：Q =° N(x,t)dx二 ° N0erfc葺 dx=1.1N0. Dt雜質表面濃度與時間無關，與雜質種類和擴散溫度有 關；而擴散時間的