第5章 硅太陽(yáng)能電池制造技術(shù)-1

第五章：硅太陽(yáng)能電池制造技術(shù)&5.1第一個(gè)光伏器件&5.2早期硅太陽(yáng)能電池&5.3硅晶片和襯底&5.4硅太陽(yáng)能電池制造技術(shù)3/20/20241UNSW新南威爾士大學(xué)&5.1第一個(gè)光伏器件艾德蒙.貝克勒被認(rèn)為是第一個(gè)向世人展示光伏效應(yīng)的人。用不同的光（包括太陽(yáng)光）去照射電極來(lái)產(chǎn)生電流。在電極表面涂上感光材料如AgCl或AgBr時(shí)，電流產(chǎn)生效果最好的是藍(lán)光或紫外光。他發(fā)明了一項(xiàng)利用光伏效應(yīng)的技術(shù)，即使用“輻射儀”來(lái)記錄輻射的強(qiáng)度以測(cè)量物體的溫度。鉑電極薄膜酸性溶液黑箱子3/20/20242UNSW新南威爾士大學(xué)&5.1第一個(gè)光伏器件

1839年，貝克勒描述的儀器示意圖。黑箱子光伏效應(yīng)的另一個(gè)重要進(jìn)展來(lái)自于人們對(duì)硒的光導(dǎo)效應(yīng)的關(guān)注。在研究此效應(yīng)的時(shí)候，亞當(dāng)斯和日發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，他們解釋其中的原因，為內(nèi)部有電壓3/20/20243UNSW新南威爾士大學(xué)&5.1第一個(gè)光伏器件硒的光導(dǎo)效應(yīng)的解釋：內(nèi)部有電壓產(chǎn)生已加熱的鉑電極被推進(jìn)到透明硒瓶的另一端，觀察能否只用光照就能使硒產(chǎn)生電流。亞當(dāng)斯觀察硒的光電效應(yīng)3/20/20244UNSW新南威爾士大學(xué)&5.1第一個(gè)光伏器件

鉑絲透明硒標(biāo)記玻璃管首次全部利用固體來(lái)演示光電效應(yīng)的試驗(yàn)。亞當(dāng)斯認(rèn)為，光能產(chǎn)生電流是因?yàn)楣庹丈涫沟梦鴹l的表面結(jié)晶化。另一個(gè)重要的進(jìn)展來(lái)自弗里茨的研究工作。通過(guò)用兩種不同材料的金屬板來(lái)壓制融化的硒，硒能與其中一塊板緊緊黏住，并形成薄片。然后再用金箔壓制硒薄片的另一面，歷史第一塊光伏器件就制成了。此薄膜器件大概有30cm2大。3/20/20245UNSW新南威爾士大學(xué)&5.1第一個(gè)光伏器件弗里茨第一個(gè)認(rèn)識(shí)到光伏器件有巨大潛力的人。他知道光伏器件能以非常低的成本制作，并說(shuō)：“產(chǎn)生的電流如果不是馬上使用，可以在蓄電池中儲(chǔ)存起來(lái)，或者傳送到另外一個(gè)地方，被使用或者儲(chǔ)存?！?/20/20246UNSW新南威爾士大學(xué)&5.1第一個(gè)光伏器件1930年，當(dāng)研究在銅表面生長(zhǎng)氧化亞銅層的光電導(dǎo)效應(yīng)時(shí)，研究者發(fā)現(xiàn)了銅-氧化亞銅交界處的整流效應(yīng)銅-氧化亞銅結(jié)的早期光電池的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)圖。3/20/20247UNSW新南威爾士大學(xué)&5.1第一個(gè)光伏器件由硒、砣-硫化物和Cu-Cu2O共同組成的電池。1930年代效率最高的太陽(yáng)能電池。3/20/20248UNSW新南威爾士大學(xué)&5.2早期硅太陽(yáng)能電池

1930年代，硅在點(diǎn)接觸整流器上的應(yīng)用逐漸引起人們的重視。

從1874年起，各種晶體和金屬點(diǎn)電極的整流特性逐漸為人所知。在收音機(jī)發(fā)展的早期，晶體整流器是最常使用的探測(cè)器，但是隨著熱電子管的發(fā)展，除了在超高頻率應(yīng)用方面，晶體整流器幾乎在所有應(yīng)用上都被取代了。鎢則被認(rèn)為是最適合制作硅表面電極的材料在研究純凈硅的再結(jié)晶化的時(shí)候，奧爾（1941）發(fā)現(xiàn)了硅錠生長(zhǎng)中攔在商業(yè)利用和高純硅之間的清晰屏障。3/20/20249UNSW新南威爾士大學(xué)&5.2早期硅太陽(yáng)能電池（a）：鑄錠，在硅融化期間摻雜以形成天然的pn結(jié)。（b）：光伏器件垂直p-n結(jié)切割。（c）：器件平行p-n結(jié)切割。3/20/202410UNSW新南威爾士大學(xué)&5.2早期硅太陽(yáng)能電池在1941年，是在對(duì)摻雜技術(shù)的有限了解。在硅鑄錠時(shí)自然生長(zhǎng)p-n結(jié)。硅錠生產(chǎn)自酸浸出冶金級(jí)硅材料，從熔融到冷卻后的材料。切割硅錠便可制備太陽(yáng)能電池。自然形成的pn結(jié)是在切割硅錠以測(cè)量電阻時(shí)被發(fā)現(xiàn)的。切割的下來(lái)硅棒顯示了良好的光電響應(yīng)，具有良好的整流特性。當(dāng)被光照射或被加熱時(shí)，硅棒的其中一端形成負(fù)電勢(shì)，且必定處于負(fù)偏壓以降低電流流過(guò)p-n結(jié)或流過(guò)電極時(shí)所遇到的電阻。制成這些材料的施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)都被人們所認(rèn)識(shí)。

3/20/202411UNSW新南威爾士大學(xué)&5.2早期硅太陽(yáng)能電池1954年第一塊現(xiàn)代太陽(yáng)能電池。電池有雙背電極結(jié)構(gòu)，其效率達(dá)到6%，是早期電池的15倍，并第一次真正打開(kāi)光伏發(fā)電的廣闊前景。引起巨大的關(guān)注。因?yàn)楣柚苽涔に嚨牟怀墒?，成本太高。太?yáng)能電池已經(jīng)被證明適合太空使用，而這也成為了它們的主要應(yīng)用之一，直到1970年代早期。早期太陽(yáng)能結(jié)構(gòu)3/20/202412UNSW新南威爾士大學(xué)&5.3.1硅晶片和襯底-硅的種類

太陽(yáng)能電池材料：?jiǎn)尉w、多晶體、微晶體或者非晶體。晶體類型符號(hào)晶粒尺寸生長(zhǎng)技術(shù)單晶硅sc-Si>10cm浮區(qū)拉晶法多晶硅mc-Si1mm-10cm鑄模，切片微晶硅1pc-Si1μm-1mm化學(xué)氣相沉積微晶硅2μc-Si<1μm等離子沉積3/20/202413U