太陽電池材料及其生產基礎概述

半導體生產與潔凈度太陽電池材料與生產基礎微電子的發(fā)展史－集成電路的發(fā)展1、1904年和1906年真空二極管和真空三極管的問世；2、1950年世界上第一個結型晶體管誕生；3、1958年世界上第一塊集成電路研制成功；4、日本公司將集成電路從軍事用途帶入民用領域。1951年在貝爾實驗室誕生；60年代用于航天領域，轉換效率為10%；70年代技術迅速發(fā)展，使用于民用領域；轉換效率為20%；90年代在規(guī)模生產，效率不斷提高；銷售量以每年25%的速度遞增。微電子的發(fā)展史－太陽能電池的發(fā)展半導體基本知識定義導體：能導電的物體；（如：銀、銅、鋁等）絕緣體：不容易導電的物體；（如：橡皮、塑料、玻璃等）半導體：導電性能介于導體和絕緣體之間的物體。（如：鍺、硅、硒等）半導體的特性有兩種載流子——電子和空穴。純凈的（不含雜質）的半導體（稱本征半導體）中有一個電子就必然有一個空穴。即電子和空穴的數量相等。電子空穴本征半導體示意圖半導體的導電性與導體和絕緣體不同，半導體的導電性能受溫度的影響很大。當溫度升級1℃時，它的電導率就要增加百分之幾到百分之十幾，這是由于半導體中的本征載流子隨溫度升高而增加的緣故。而導體和絕緣體的電導率隨溫度的變化卻很小。Ｎ型半導體摻入雜質銻（或磷、砷之類）：新產生的電子數量遠遠超過原來未摻入雜質前的電子或空穴的數量。電子的數目以壓倒多數超過空穴，導電作用主要由電子來決定，電子稱為“多數載流子，空穴稱“少數載流子”。這種類型半導體叫電子型半導體，簡稱n型半導體。電子空穴n型半導體示意圖Ｐ型半導體摻入雜質銦（或鋁、硼之類）：這塊半導體中會產生許多新的電子和空穴?？昭ǖ臄的恳詨旱苟鄶党^電子，導電作用主要由空穴來決定，空穴是多數載流子，電子是少數載流子。這種類型半導體叫空穴型半導體，簡稱p型半導體。電子空穴p型半導體示意圖Ｎ型半導體的工作原理n型半導體的多數載流子——電子在電場作用下向外加電壓的“正端”移動，而少數載流子——空穴在電場作用下向外加電壓的“負端”移動，在半導體內構成電流。電流方向與帶負電的電子運動方向相反。n型半導體空穴移動方向電子移動方向電流方向Ｐ型半導體的工作原理p型半導體的多數載流子——空穴在電場作用下向外加電壓的“負端”移動，而少數載流子——電子在電場作用下向外加電壓的“正端”移動，在半導體內構成電流。電流方向與帶正電的空穴運動方向相同。p型半導體電子移動方向空穴移動方向電流方向二、P-N結的的單向導導電性由于兩邊邊空穴和和電子數數量分布布的不均均勻：n型區(qū)域域中鄰近近p型區(qū)區(qū)域一邊邊的薄層層A中就就有一部部分電子子擴散到到p區(qū)。。薄層A失去了了一些電電子，帶帶正電。。如圖（（a)pn++++++薄層A(a)電子由n區(qū)擴散到p區(qū)載流子在半導體中的擴散p型區(qū)域域中鄰近近n型區(qū)區(qū)域一邊邊的薄層層b中就就有一部部分空穴穴擴散到到n區(qū)。。薄層B失去了了一些空空穴，帶帶負電。。如圖（（b）pn------薄層B(b)空穴由p區(qū)擴散到n區(qū)載流子在半導體中的擴散由于空穴穴和電子子的擴散散，使薄薄層A帶帶正電，，而薄層層B帶負負電，因因此在薄薄層A、、B間產產生一個個電場，，如下圖圖。這個個電場的的方向是是由n區(qū)區(qū)指向p區(qū)。這這個電場場會阻止止電子繼繼續(xù)往p區(qū)擴散散也阻止止空穴繼繼續(xù)往n區(qū)擴散散，但是是剛開始始電子和和空穴的的擴散占占優(yōu)勢。。隨著著電子和和空穴的的不斷擴擴散，n區(qū)和p區(qū)失去去的電子子和空穴穴越來越越多，薄薄層A和和B越來來越厚，，形成的的電場的的作用越越來越強強。最后后，電場場的作完完全抵消消了擴散散，達到到了動態(tài)態(tài)平衡狀狀態(tài)。薄層A和和薄層B稱為““pn結結”，又又稱“阻阻擋層””，厚度度大約為為10-4～10-5cm。。BApn+++++++-------pn結電場方向電子和空穴擴散在pn交界處產生的電場實驗：在在pn結結兩端接接上電池池，電池池正極接接p型半半導體，，負極接接n型半半導體，，如圖（（a），，電流表表有讀數數。電池池正極接接n型半半導體，，負極接接p型半半導體，，如圖（（b），，電流表表的讀數數接近零零。結論：pn結具具有只讓讓電流從從一個方方向通過過的單向向導通性性。pn電流方向i（a）pn（b）pn結加壓的實驗分析之一一外加正正向電壓壓當pn結結正向連連接時，，即p區(qū)區(qū)接電池池正極，，n區(qū)接接電池負負極，這這時外加加電壓在在pn結結中產生生的電場場方向是是由p區(qū)區(qū)指向n區(qū)的，，恰好與與pn結結原來形形成的電電場方向向相反。。pn++++++------pn結電場方向外加電場方向對pn結的影響外加正向電壓產生的電場方向正向電流很大（a）外加正向電壓時阻擋層變薄空穴移動方向電子移動方向+—分析之二二－外加加反向電電壓當pn結結反向連連接時，，即p區(qū)區(qū)接電池池負極，，n區(qū)接接電池正正極，這這時外加加電壓在在pn結結中產生生的電場場方向是是由n區(qū)區(qū)指向p區(qū)的，，恰好與與pn結結原來形形成的電電場方向向一致。。因此，pn結中中原來的的電場被被削弱了了，阻擋擋層厚度度減少了了。P區(qū)區(qū)的空穴穴n區(qū)的的電子在在這個外外加電場場作用下下不不斷斷走向交交界處。?？昭ㄓ捎勺蠓较蛳蛄飨蛴矣曳胶碗婋娮佑捎矣曳搅髯笞蠓蕉枷嘞喈斢陔婋娏饔勺笞蠓搅飨蛳蛴曳?。。由于p區(qū)空穴穴很多，，n區(qū)電電子很多多，這股股電流很很大，這這就是正正向連接接時出現(xiàn)現(xiàn)大電流流的原因因。外加加正向電電壓越大大，在pn結中中外加電電場的作作用就越越強，更更進一步步削弱原原來pn結的電電場，所所以電流流更要增增加。pn外加電場方向對pn結的影響（b）外加反向電壓時阻擋層變厚++++++------pn結電場方向外加反向電壓產生的電場方向反向電流很小空穴移動電子移動+—因此，pn結中中原來的的電場被被加強了了，阻擋擋層厚度度增加了了。n區(qū)區(qū)中的多多數載流流子———電子和和p區(qū)中中的多數數載流子子——空空穴很難難能過pn結向向對方移移動，這這就是反反向連接接時電流流極小的的原因。。但是，，這時p區(qū)中的的少數載載流子———電子子和n區(qū)區(qū)中的少少數載流流子———空穴在在反向電電場幫助助向交界界移動，，電子由由左方流流向右方方和空穴穴由右方方流向左左方形成成反向電電流，但但由于少少數載流流子數量量很少，，反向電電流是很很小的。。因此，我我們可以以把pn結看成成是電流流通道上上的一道道開關，，接上正正向電壓壓時（即即p型半半導體接接電池正正極，n型半導導體接電電池負極極），開開關打開開讓電流流通過，，我們稱稱此時pn結““導漏””接上反反向電壓壓時開關關關上，，阻止電電流通過過，我們們稱此時時pn結結“截止止”。pn結這這種只讓讓電流單單方向通通過的性性能稱pn結的的單向導導電性。。pn結的的“導通通”和““截止””是互相相矛盾的的兩個方方面，雙雙方半爭爭又互相相依存著著，共處處于一個個統(tǒng)一體體中，這這兩個對對立的雙雙方在一一定外加加電壓的的條件下下互相轉轉化。當當外加電電壓極性性改變時時矛盾雙雙方各轉轉化到相相反的方方面。太陽能電電池材料料制造（（以多晶晶硅為例例）Si原材料清洗將Si原材料和相應的摻雜源（B）輸入石英爐進行熔化Si熔化后對石英爐慢降溫，使SI緩慢結晶爐溫降至室溫時即制得多晶錠將Si錠四周切割去掉，因結晶過程中與石英爐接觸形成的雜質層測參數、壽命、電阻率將塊狀的Si按要求切割成SI磚切割成薄片清洗包裝太陽能電電池片生生產工藝藝流程圖圖（以多多晶硅為為例）對Si片（一般為P型摻雜）進行腐蝕以去掉切割過程中在Si片正反兩面所形成的損傷層在KOH中以各向異性腐蝕將Si片表面制成增加光吸收的陷光效應的絨面結構將Si片送入高溫電爐進行n型磷擴散，以形成所需要的pn結利用等離子體刻蝕去掉Si片的邊緣以對電池片正反兩面實現(xiàn)電隔離在電池片的正面沉積起減反射和鈍化作用的Si3N4膜層利用絲網印刷在電池的背面制備金屬鋁層及焊接銀點。半導體制制造過程程的潔凈凈度要求求綜前所述述雜質對對半導體體的特性性有著改改變或破破壞其性性能的作作用，所所以在半半導體器器件生產產過程中中對什么么都必須須嚴格控控制，雜雜質有各各種各樣樣的，如如金屬離離子會破破壞半導導體器件件的導電電性能，，灰塵粒粒子破壞壞半導體體器件的的表面結結構等。。一、生產產環(huán)境潔潔凈半導體器器件生產產環(huán)境要要求很嚴嚴，除了了要求恒恒溫、恒恒濕外，，對生產產環(huán)境潔潔凈度要要求很嚴嚴，按單單位體積積中規(guī)定定的尺寸寸灰塵粒粒子為標標準分成成潔凈度度的等級級。一般般分為10級、、100級、1000級、10000級、、100000級，美美國聯(lián)邦邦標準中中規(guī)定了了潔凈室室和潔凈凈區(qū)內空空氣浮游游粒子潔潔凈等級級。1、浮游游粒子的的潔凈等等級潔凈度以以每立方方米（每每立方英英尺）空空氣中的的最大允允許粒子子來確定定。因圖圖標單位位等級名名稱為每每立方米米空氣中中大于等等于0.5微米米的最大大允許粒粒子數的的常用對對數值（（以10為底）），用英英制單位位時等級級名稱為為每立方方英尺空空氣中大大于等于于0.5微米的的最大允允許粒子子數。1）潔凈凈區(qū)空氣浮游游粒子的的濃度被被控制在在特定的的浮游粒粒子潔凈凈度等級級范圍內內某一限限空間。。2）潔凈凈室浮游粒子子濃度被被控制，，包含一一個或多多個潔凈凈區(qū)的房房間。2、浮游游粒子潔潔凈度的的檢測（（顆粒測測試儀））采樣：任任何潔凈凈區(qū)的取取樣點不不少于2個，除除受潔凈凈區(qū)劃內內的設備備限制外外，取樣樣點應在在整個潔潔凈區(qū)均均勻分布布，每個個選定的的取樣點點應至少少取樣一一次。在在一個區(qū)區(qū)內總共共應最少少取樣5次，每每個取樣樣點取樣樣應多于于一次，，而不同同的取樣樣點取樣樣次可以以不同取樣量度度和取樣樣時間：：取樣量量不少于于0.00283立方方米（合合0.1立方英英尺），，并且計計算所得得取樣量量結果不不得四舍舍五入。。取樣時時間可以以用取樣樣量除以以取樣速速率來計計算。3、浮游游粒子潔潔凈度的的監(jiān)測監(jiān)測方法法應根據據規(guī)定的的浮游粒粒子潔凈凈等級和和為保護護工藝和和產品免免受污染染物影響響而控制制的污染染水平來來制定，，應確定定監(jiān)測頻頻率，運運行條件件和粒子子計算方方法，取取樣點和和取樣點點數量，，取樣量量和數據據處理方方法也應應被確定定。二、工藝藝過程中中的潔凈凈工藝過程程中的潔潔凈必須須根據工工藝要求求進行對對于所用用原材料料必須符符合工藝藝要求，，對于使使用設備備、工夾夾具、器器皿的清清洗周期期在工藝藝文件中中必須作作出規(guī)定定來嚴格格執(zhí)行。。清洗用水水，對純純水的要要求10-18Ω-cm，化化學藥品品：如氨氨水（NH3)、雙氧氧水（H2O2）、氫氫氟酸（（HF））、鹽酸酸（HCL）等等。工藝過程程中使用用的工器器具：石石英管、、石英舟舟、傳遞遞夾、鑷鑷子等、、清洗槽槽。工藝過程程中使用用的設備備。必須改正正一切不不利于潔潔凈生產產的習慣慣。潔凈區(qū)的的管理進出潔凈凈區(qū)的管管理規(guī)定定凈化區(qū)行行為規(guī)則則環(huán)境顆粒粒管理規(guī)規(guī)定凈化度管管理規(guī)定定P.H值值管理規(guī)規(guī)定純水管理理規(guī)定生產用氣氣體管理理規(guī)定9、靜靜夜夜四四無無鄰鄰，，荒荒居居舊舊業(yè)業(yè)貧貧。。。。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、雨雨中中黃黃葉葉樹樹，，燈燈下下白白頭頭人人。。。。20:46:2220:46:2220:4612/28/20228:46:22PM11、以我我獨沈沈久，，愧君君相見見頻。。。12月月-2220:46:2220:46Dec-2228-Dec-2212、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。20:46:2220:46:2220:46Wednesday,December28,202213、乍見翻疑疑夢，相悲悲各問年。。。12月-2212月-2220:46:2220:46:22December28,202214、他鄉(xiāng)生白白發(fā)，舊國國見青山。。。28十二二月20228:46:22下下午20:46:2212月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月228:46下下午午12月月-2220:46December28,202216、行行動動出出成成果果，，工工作作出出財財富富。。。。2022/12/2820:46:2220:46:2228December202217、做前，，能夠環(huán)環(huán)視四周周；做時時，你只只能或者者最好沿沿著以腳腳為起點點的射線線向前。。。8:46:22下午午8:46下午午20:46:2212月-229、沒有失敗敗，只有暫暫時停止成成功！。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、很多事情情努力了未未必有結果果，但是不不努力卻什什么改變也也沒有。。。20:46:2220:46:2220:4612/28/20228:46:22PM11、成功就是日日復一日那一一點點小小努努力的積累。。。12月-2220:46:2220:46Dec-2228-Dec-2212、世間成事，，不求其絕對對圓滿，留一一份不足，可可得無限完美美。。20:46:2220:46:2220:46Wednesday,December28,202213、不知知香積積寺，，數里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2220:46:2220:46:22December28,202214、意志堅堅強的人人能把世世界放在在手中像像泥塊一一樣任意意揉捏。。28十十二月20228:46:22下午午20:46:2212月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荊門門九派派通。。。。十二月月228:46下下午午12月月-2220:46December28,202216、少年年十五五二十十時，，步行行奪得得胡馬馬騎。。。2022/12/2820:46:2220:46:2228December202217、空空山山新新雨雨后后，，天天氣氣晚晚來來秋秋。。。。8:46:22下下午午8:46下下午午20:46:2212月月-229、楊柳散散和風，，青山澹澹吾慮。。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、閱讀讀一切切好書書如同同和過過去最最杰出出的人人談話話。20:46:2220:46:222