第九章其它器件結(jié)構(gòu)

1、2021-10-241第九章 其它器件結(jié)構(gòu)2013011015第十一周2021-10-242 內(nèi)容內(nèi)容9.3 9.3 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)9.5 9.5 實(shí)用的低電阻接觸實(shí)用的低電阻接觸9.4 9.4 金屬金屬- -半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)9.2 9.2 同質(zhì)結(jié)同質(zhì)結(jié)2 29.6 MIS 9.6 MIS 太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池9.7 9.7 光電化學(xué)電池光電化學(xué)電池9.1 9.1 引言引言2021-10-2439.1 引言 光伏半導(dǎo)體的基礎(chǔ)是電子學(xué)不對(duì)稱性 產(chǎn)生這種不對(duì)稱性的方法有多種 除了經(jīng)典p-n結(jié)外還有其它的一些器件結(jié)構(gòu) 從最原始的光伏器件到今天的電池從最原始的光伏器件到今天的電池20

2、21-10-244 艾德蒙艾德蒙貝克勒被認(rèn)為是第一個(gè)向世人展示光伏效應(yīng)的貝克勒被認(rèn)為是第一個(gè)向世人展示光伏效應(yīng)的人。十九歲那年在父親的實(shí)驗(yàn)室工作，他嘗試用不同的光人。十九歲那年在父親的實(shí)驗(yàn)室工作，他嘗試用不同的光（包括太陽(yáng)光）去照射電極來產(chǎn)生電流。他發(fā)現(xiàn)，在電極（包括太陽(yáng)光）去照射電極來產(chǎn)生電流。他發(fā)現(xiàn)，在電極表面涂上感光材料如表面涂上感光材料如AgCl或或AgBr時(shí)，電流產(chǎn)生效果最好的時(shí)，電流產(chǎn)生效果最好的是藍(lán)光或紫外光。雖然他很常使用鉑電極，但偶爾也會(huì)使是藍(lán)光或紫外光。雖然他很常使用鉑電極，但偶爾也會(huì)使用銀電極來觀察光的響應(yīng)。隨后，他便發(fā)明了一項(xiàng)利用光用銀電極來觀察光的響應(yīng)。隨后，他便發(fā)明

3、了一項(xiàng)利用光伏效應(yīng)的技術(shù)，即使用伏效應(yīng)的技術(shù)，即使用“輻射儀輻射儀”來記錄輻射的強(qiáng)度以測(cè)來記錄輻射的強(qiáng)度以測(cè)量物體的溫度。量物體的溫度。 9.1 第一個(gè)光伏器件第一個(gè)光伏器件Edmund Becquerel(1820-1891)光伏效應(yīng)發(fā)現(xiàn)者2021-10-245Cesar Becquerel(1788-1878)電化學(xué)的鼻祖Edmund Becquerel(1820-1891)光伏效應(yīng)發(fā)現(xiàn)者Henri Becquerel(1852-1908)放射性的發(fā)現(xiàn)者，1903年與居利夫婦共獲獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)Jean Becquerel(1878-1953)著名物理學(xué)家，研究晶體的光學(xué)和電學(xué)特性與發(fā)現(xiàn)光

4、伏效應(yīng)有關(guān)的與發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)有關(guān)的法國(guó)法國(guó)Becquere家族。家族。2021-10-246 9.1 第一個(gè)光伏器件第一個(gè)光伏器件1839年，貝克勒描年，貝克勒描述的儀器示意圖。述的儀器示意圖。鉑電極鉑電極薄膜薄膜酸性溶液酸性溶液黑箱黑箱 光伏效應(yīng)的另一個(gè)重要進(jìn)展來自于人們對(duì)硒的光導(dǎo)效應(yīng)的光伏效應(yīng)的另一個(gè)重要進(jìn)展來自于人們對(duì)硒的光導(dǎo)效應(yīng)的關(guān)注。在研究此效應(yīng)的時(shí)候，關(guān)注。在研究此效應(yīng)的時(shí)候，亞當(dāng)斯和日亞當(dāng)斯和日發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，象，已加熱的鉑電極被推進(jìn)到透明硒瓶的另一端已加熱的鉑電極被推進(jìn)到透明硒瓶的另一端，他們解釋其他們解釋其中的原因，認(rèn)為內(nèi)部有電壓中的原因，認(rèn)為內(nèi)部有電壓

5、產(chǎn)生。亞當(dāng)斯和日產(chǎn)生。亞當(dāng)斯和日(1877)利用下面利用下面的儀器進(jìn)行試驗(yàn)的目的之一就是，觀察能否只用光照就能使硒的儀器進(jìn)行試驗(yàn)的目的之一就是，觀察能否只用光照就能使硒產(chǎn)生電流。產(chǎn)生電流。2021-10-247鉑絲鉑絲透明硒透明硒標(biāo)記標(biāo)記玻璃管玻璃管亞當(dāng)斯和日用以觀察硒的光電效應(yīng)的樣本圖亞當(dāng)斯和日用以觀察硒的光電效應(yīng)的樣本圖 實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人鼓舞。這是首次全部利用固體來演示光電效實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人鼓舞。這是首次全部利用固體來演示光電效應(yīng)的試驗(yàn)。亞當(dāng)斯和日認(rèn)為，光能產(chǎn)生電流是因?yàn)楣庹丈涫沟脩?yīng)的試驗(yàn)。亞當(dāng)斯和日認(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。幾十年過后，物理學(xué)的發(fā)展讓人們能進(jìn)一硒條的表面

6、結(jié)晶化。幾十年過后，物理學(xué)的發(fā)展讓人們能進(jìn)一步了解這一現(xiàn)象。步了解這一現(xiàn)象。 9.1 第一個(gè)光伏器件第一個(gè)光伏器件2021-10-248金箔金箔硒薄層硒薄層金屬層金屬層 9.1 第一個(gè)光伏器件第一個(gè)光伏器件 另一個(gè)重要的進(jìn)展來自弗里茨的研究工作。通過用兩種另一個(gè)重要的進(jìn)展來自弗里茨的研究工作。通過用兩種不同材料的金屬板來壓制融化的硒，硒能與其中一塊板緊緊不同材料的金屬板來壓制融化的硒，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，于黏住，并形成薄片。然后再用金箔壓制硒薄片的另一面，于是，歷史第一塊光伏器件就制成了。此薄膜器件大概有是，歷史第一塊光伏器件就制成了。此薄膜器

7、件大概有30cm2大。大。Fritts1883年年 制作的硒薄膜制作的硒薄膜1883年美國(guó)科學(xué)家弗里茨發(fā)明太陽(yáng)能電池，是19世紀(jì)的最高成就 2021-10-249 9.1 第一個(gè)光伏器件第一個(gè)光伏器件 他也是第一個(gè)認(rèn)識(shí)到光伏器件有巨大潛力的人。他知道光他也是第一個(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：伏器件能以非常低的成本制作，并說：“產(chǎn)生的電流如果不是產(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，或者傳送到另外一個(gè)地馬上使用，可以在蓄電池中儲(chǔ)存起來，或者傳送到另外一個(gè)地方，被使用或者儲(chǔ)存。方，被使用或者儲(chǔ)存?！?然而，在大約然而，在大約50年后，一輪新

8、的進(jìn)展才開始在這個(gè)領(lǐng)域掀年后，一輪新的進(jìn)展才開始在這個(gè)領(lǐng)域掀起。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)，發(fā)現(xiàn)了起。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)，發(fā)現(xiàn)了銅銅-氧化亞銅氧化亞銅交界處的整流效應(yīng)。這一結(jié)果引領(lǐng)了大面積整流器交界處的整流效應(yīng)。這一結(jié)果引領(lǐng)了大面積整流器的發(fā)展，緊接著又促進(jìn)了大面積光電池的發(fā)展。格朗道爾描述的發(fā)展，緊接著又促進(jìn)了大面積光電池的發(fā)展。格朗道爾描述了銅了銅-氧化亞銅整流器和光電池的發(fā)展。氧化亞銅整流器和光電池的發(fā)展。2021-10-2410 下圖描述了基于銅下圖描述了基于銅-氧化亞銅結(jié)的早期光電池的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)氧化亞銅結(jié)的早期光電池的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)圖。一圈圈的鉛線作為

9、電極連接電池的入光面。這種方法隨后圖。一圈圈的鉛線作為電極連接電池的入光面。這種方法隨后被修改成在表面濺射金屬層，然后移走一部分，最后形成由金被修改成在表面濺射金屬層，然后移走一部分，最后形成由金屬線構(gòu)成的網(wǎng)格。這些發(fā)展吸引了人們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域的積極研究。屬線構(gòu)成的網(wǎng)格。這些發(fā)展吸引了人們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域的積極研究。在在1930到到1932年間，格朗道爾發(fā)表了年間，格朗道爾發(fā)表了38篇有關(guān)銅篇有關(guān)銅-氧化亞銅光氧化亞銅光伏太陽(yáng)能電池的論文。伏太陽(yáng)能電池的論文。覆蓋玻璃層覆蓋玻璃層鉛線圈鉛線圈銅層銅層氧化亞銅氧化亞銅 9.1 第一個(gè)光伏器件第一個(gè)光伏器件2021-10-2411 9.1 第一個(gè)光伏器件第一

10、個(gè)光伏器件 這些研究活動(dòng)也似乎重新喚起了人們對(duì)把硒作為光電池材這些研究活動(dòng)也似乎重新喚起了人們對(duì)把硒作為光電池材料的興趣。特別是在料的興趣。特別是在1931年伯格曼的研究論文提高了硒電池的年伯格曼的研究論文提高了硒電池的質(zhì)量。此材料被證明是比質(zhì)量。此材料被證明是比Cu-Cu2O更好的光伏材料，且更具商業(yè)更好的光伏材料，且更具商業(yè)優(yōu)勢(shì)。優(yōu)勢(shì)。1939年，年，Nix發(fā)表了性能相似的砣發(fā)表了性能相似的砣-硫化物光電池。下圖硫化物光電池。下圖展示了由硒、砣展示了由硒、砣-硫化物和硫化物和Cu-Cu2O共同組成的電池。共同組成的電池。1930年代效率最年代效率最高的太陽(yáng)能電池。高的太陽(yáng)能電池。2021-

11、10-2412 1930年代，幾乎在年代，幾乎在硒硒電池迅速發(fā)展的同一時(shí)間，硅也電池迅速發(fā)展的同一時(shí)間，硅也因?yàn)樵邳c(diǎn)接觸整流器上的應(yīng)用逐漸引起人們的重視。從因?yàn)樵邳c(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。而鎢則被認(rèn)為是最適合制器幾乎在所有應(yīng)用上都被取

12、代了。而鎢則被認(rèn)為是最適合制作硅表面電極的材料。隨著對(duì)硅的純凈化的研究，人們對(duì)它作硅表面電極的材料。隨著對(duì)硅的純凈化的研究，人們對(duì)它的特性也了解地更加深刻。的特性也了解地更加深刻。 在研究純凈硅的再結(jié)晶化的時(shí)候，奧爾（在研究純凈硅的再結(jié)晶化的時(shí)候，奧爾（1941）發(fā)現(xiàn)）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。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。 9.2 早期硅太陽(yáng)能電池早期硅太陽(yáng)能電池2021-10-2413SSNNSnPCPDTBTSSSiNNSnPSBTBTNNSSSSiC8H17C8H17nPSiF-DBTSSC8H17C8H17nN-P7NNNNSSSNC8H1

13、7C8H17nPCDTBTSSFROOCSSORORnR = 2-ethylhexylPTB7文獻(xiàn)報(bào)道的效率超過文獻(xiàn)報(bào)道的效率超過5%的共軛聚合物的共軛聚合物2021-10-2414 9.2 早期硅太陽(yáng)能電池早期硅太陽(yáng)能電池（a）圖：鑄錠，在硅融化期間摻雜以形成天然的）圖：鑄錠，在硅融化期間摻雜以形成天然的pn結(jié)結(jié)（b）圖：光伏器件垂直）圖：光伏器件垂直pn結(jié)切割結(jié)切割（c）圖：器件平行）圖：器件平行pn結(jié)切割結(jié)切割（d）圖：器件表面平行）圖：器件表面平行pn結(jié)切割結(jié)切割2021-10-2415 在在1941年，即使是在對(duì)摻雜技術(shù)的有限了解之前，奧爾就已年，即使是在對(duì)摻雜技術(shù)的有限了解之前，奧

14、爾就已經(jīng)向世人描述了基于這種天然經(jīng)向世人描述了基于這種天然pn結(jié)的光伏器件。在上面的圖示中，結(jié)的光伏器件。在上面的圖示中，（a）顯示了在硅鑄錠時(shí)自然生長(zhǎng)）顯示了在硅鑄錠時(shí)自然生長(zhǎng)pn結(jié)。硅錠生產(chǎn)自酸浸出冶金級(jí)結(jié)。硅錠生產(chǎn)自酸浸出冶金級(jí)硅材料，即上圖所示的從熔融到冷卻后的材料。切割硅錠便可制備硅材料，即上圖所示的從熔融到冷卻后的材料。切割硅錠便可制備太陽(yáng)能電池了。此外，也可以平行著太陽(yáng)能電池了。此外，也可以平行著pn結(jié)切割硅錠。結(jié)切割硅錠。 這種自然形成的這種自然形成的pn結(jié)是在切割硅錠以測(cè)量電阻時(shí)被發(fā)現(xiàn)的。結(jié)是在切割硅錠以測(cè)量電阻時(shí)被發(fā)現(xiàn)的。切割的下來硅棒顯示了良好的光電響應(yīng)，熱電系數(shù)非常高，

15、且具有切割的下來硅棒顯示了良好的光電響應(yīng)，熱電系數(shù)非常高，且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)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電勢(shì)，且必定處于負(fù)偏壓以降低電流流過pn結(jié)或流過電極時(shí)所遇到結(jié)或流過電極時(shí)所遇到的電阻。具有這種特性的材料就是后來被人們熟知的的電阻。具有這種特性的材料就是后來被人們熟知的n（negative）型硅，而擁有與之相反特性的材料叫型硅，而擁有與之相反特性的材料叫p（positive）型硅。隨后，制）型硅。隨后，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)。成這些材料的施主雜質(zhì)和受主雜

16、質(zhì)都被人們所認(rèn)識(shí)。 9.2 早期硅太陽(yáng)能電池早期硅太陽(yáng)能電池2021-10-2416 9.2 早期硅太陽(yáng)能電池早期硅太陽(yáng)能電池 盡管這些光伏器件的性能與薄膜器件相似，然盡管這些光伏器件的性能與薄膜器件相似，然而其制備方法并不適合高效率的工業(yè)制造。然而，而其制備方法并不適合高效率的工業(yè)制造。然而，有一點(diǎn)是很清楚的，即如果能找到合適的方法制備有一點(diǎn)是很清楚的，即如果能找到合適的方法制備大面積的均勻硅片，則有競(jìng)爭(zhēng)力的太陽(yáng)能電池就能大面積的均勻硅片，則有競(jìng)爭(zhēng)力的太陽(yáng)能電池就能制造出來。到了制造出來。到了1950年，金斯伯里和奧爾共同發(fā)表年，金斯伯里和奧爾共同發(fā)表了性能更好的硅太陽(yáng)能電池，他們使用純硅來

17、阻止了性能更好的硅太陽(yáng)能電池，他們使用純硅來阻止擴(kuò)大結(jié)的形成，并用離子轟擊表面以形成整流擴(kuò)大結(jié)的形成，并用離子轟擊表面以形成整流pn結(jié)。結(jié)。2021-10-2417 與此同時(shí)，晶體生長(zhǎng)技術(shù)和通過擴(kuò)散形成與此同時(shí)，晶體生長(zhǎng)技術(shù)和通過擴(kuò)散形成pn結(jié)技術(shù)的結(jié)技術(shù)的發(fā)展促使蔡平、富勒和皮爾遜于發(fā)展促使蔡平、富勒和皮爾遜于1954共同研制出了第一塊現(xiàn)共同研制出了第一塊現(xiàn)代太陽(yáng)能電池。這種電池有雙背電極結(jié)構(gòu)（如下頁(yè)圖所示），代太陽(yáng)能電池。這種電池有雙背電極結(jié)構(gòu)（如下頁(yè)圖所示），其效率達(dá)到其效率達(dá)到6%，是早期電池的，是早期電池的15倍，并第一次真正打開光倍，并第一次真正打開光伏發(fā)電的廣闊前景。引起巨大的關(guān)

18、注。然而，因?yàn)楣柚苽涔しl(fā)電的廣闊前景。引起巨大的關(guān)注。然而，因?yàn)楣柚苽涔に嚨牟怀墒?，很快人們便發(fā)現(xiàn)那最初的熱情有點(diǎn)為時(shí)過早了。藝的不成熟，很快人們便發(fā)現(xiàn)那最初的熱情有點(diǎn)為時(shí)過早了。但不管怎樣，太陽(yáng)能電池已經(jīng)被證明適合太空使用，而這也但不管怎樣，太陽(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，直到成為了它們的主要應(yīng)用之一，直到1970年代早期。年代早期。 9.2 早期硅太陽(yáng)能電池早期硅太陽(yáng)能電池2021-10-2418 太陽(yáng)能電池所使用的硅或其它半導(dǎo)體材料可以是單晶體、太陽(yáng)能電池所使用的硅或其它半導(dǎo)體材料可以是單晶體、多晶體、微晶體或者非晶體。這些材料之間最主要的不同就多晶體

19、、微晶體或者非晶體。這些材料之間最主要的不同就是晶體結(jié)構(gòu)的規(guī)則、有序程度不同，因此，半導(dǎo)體材料可以是晶體結(jié)構(gòu)的規(guī)則、有序程度不同，因此，半導(dǎo)體材料可以通過組成材料的晶體大小來分類。通過組成材料的晶體大小來分類。 9.2 硅晶片和襯底硅晶片和襯底硅的種類硅的種類早期太陽(yáng)能結(jié)構(gòu)早期太陽(yáng)能結(jié)構(gòu)2021-10-2419 9.2 硅晶片和襯底硅的種類硅晶片和襯底硅的種類晶體類型晶體類型符號(hào)符號(hào)晶粒尺寸晶粒尺寸生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)技術(shù)單晶硅單晶硅Single crystallsc-Si10cm浮區(qū)拉晶法浮區(qū)拉晶法Mc-多晶硅多晶硅（multicrystalline silicon）mc-Si1mm-10cm鑄模，

20、切片鑄模，切片Pc多晶硅多晶硅(Polycrystalline-siliconpc-Si1m-1mm化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積微晶硅微晶硅(microcrystalline silicon )c-Si1m等離子沉積等離子沉積 各類晶體硅的術(shù)語(yǔ)：各類晶體硅的術(shù)語(yǔ)：2021-10-2420 大多數(shù)的太陽(yáng)能電池都是由硅片制成的，要么大多數(shù)的太陽(yáng)能電池都是由硅片制成的，要么單晶硅要么多晶硅。單晶硅片通常都擁有比較好的單晶硅要么多晶硅。單晶硅片通常都擁有比較好的材料性能，但是成本也比較高。單晶硅的晶體結(jié)構(gòu)材料性能，但是成本也比較高。單晶硅的晶體結(jié)構(gòu)規(guī)則、有序，每個(gè)原子都理想地排列在預(yù)先確定的規(guī)則、有序，每

21、個(gè)原子都理想地排列在預(yù)先確定的位置上。單晶硅表現(xiàn)的行為可預(yù)見且十分同一，但位置上。單晶硅表現(xiàn)的行為可預(yù)見且十分同一，但因?yàn)樾枰_和緩慢的制造過程，也使得它成為最因?yàn)樾枰_和緩慢的制造過程，也使得它成為最昂貴的硅材料。昂貴的硅材料。 9.2 硅晶片和襯底硅晶片和襯底單晶硅單晶硅2021-10-2421 9.2 硅晶片和襯底硅晶片和襯底單晶硅單晶硅 單晶硅原子的規(guī)則排列形成了單晶硅原子的規(guī)則排列形成了清晰可見的價(jià)帶結(jié)構(gòu)。每個(gè)硅原子清晰可見的價(jià)帶結(jié)構(gòu)。每個(gè)硅原子的最外層都有四個(gè)電子。與相鄰原的最外層都有四個(gè)電子。與相鄰原子共享電子對(duì)，所以每個(gè)原子都與子共享電子對(duì)，所以每個(gè)原子都與周圍原子共享四個(gè)

22、共價(jià)鍵。周圍原子共享四個(gè)共價(jià)鍵。 單晶硅通常被制成大的圓筒形硅單晶硅通常被制成大的圓筒形硅錠，然后切割成圓形或半方的太陽(yáng)能錠，然后切割成圓形或半方的太陽(yáng)能電池。半方太陽(yáng)能電池成型于圓片，電池。半方太陽(yáng)能電池成型于圓片，但是應(yīng)把邊緣切掉這樣才能在矩形模但是應(yīng)把邊緣切掉這樣才能在矩形模塊中裝入更多電池。塊中裝入更多電池。2021-10-2422 雖然直拉法是制備商業(yè)硅晶片最常用的方法，但它對(duì)于雖然直拉法是制備商業(yè)硅晶片最常用的方法，但它對(duì)于高效率實(shí)驗(yàn)室太陽(yáng)能電池和特定市場(chǎng)的太陽(yáng)能電池，還是有高效率實(shí)驗(yàn)室太陽(yáng)能電池和特定市場(chǎng)的太陽(yáng)能電池，還是有些不足之處。直拉法制晶片內(nèi)含有大量的氧。雜質(zhì)氧會(huì)降低些不

23、足之處。直拉法制晶片內(nèi)含有大量的氧。雜質(zhì)氧會(huì)降低少數(shù)載流子的壽命，繼而減小電壓、電流以及轉(zhuǎn)換效率。此少數(shù)載流子的壽命，繼而減小電壓、電流以及轉(zhuǎn)換效率。此外，氧原子以及氧和其它元素共同形成的化合物可能在高溫外，氧原子以及氧和其它元素共同形成的化合物可能在高溫時(shí)變得十分活躍，使得晶片對(duì)高溫處理過程非常敏感。為了時(shí)變得十分活躍，使得晶片對(duì)高溫處理過程非常敏感。為了克服這些問題，人們使用了懸浮區(qū)熔法制硅片。它的過程是，克服這些問題，人們使用了懸浮區(qū)熔法制硅片。它的過程是，熔融區(qū)域緩慢的通過硅棒或硅條。熔融區(qū)的雜質(zhì)卻留在熔融熔融區(qū)域緩慢的通過硅棒或硅條。熔融區(qū)的雜質(zhì)卻留在熔融區(qū)內(nèi)，而不是一同過去混合在凝

24、結(jié)區(qū)內(nèi)，因此，當(dāng)熔融區(qū)的區(qū)內(nèi)，而不是一同過去混合在凝結(jié)區(qū)內(nèi)，因此，當(dāng)熔融區(qū)的硅都過去后，一塊非常純凈的單晶硅錠就形成了。硅都過去后，一塊非常純凈的單晶硅錠就形成了。 9.2 硅晶片和襯底硅晶片和襯底直拉單晶硅；懸浮區(qū)熔單晶硅直拉單晶硅；懸浮區(qū)熔單晶硅2021-10-2423 9.2 硅晶片和襯底硅晶片和襯底懸浮區(qū)熔單晶硅懸浮區(qū)熔單晶硅多晶硅錠多晶硅錠熔融區(qū)的硅熔融區(qū)的硅射頻線圈射頻線圈生長(zhǎng)好的生長(zhǎng)好的單晶材料單晶材料單晶種子單晶種子懸浮區(qū)熔法制硅片法原理圖懸浮區(qū)熔法制硅片法原理圖2021-10-2424 制備多晶硅的技術(shù)相對(duì)要簡(jiǎn)單一些，成本也因此比單晶制備多晶硅的技術(shù)相對(duì)要簡(jiǎn)單一些，成本也因此

25、比單晶硅更低一些。然而由于有晶界的存在，所以多晶硅材料的性硅更低一些。然而由于有晶界的存在，所以多晶硅材料的性能比不上單晶硅材料。晶界的存在導(dǎo)致了局部高復(fù)合區(qū)，因能比不上單晶硅材料。晶界的存在導(dǎo)致了局部高復(fù)合區(qū)，因?yàn)樗杨~外的能級(jí)缺陷引入到了禁帶中，也因此減少了總的為它把額外的能級(jí)缺陷引入到了禁帶中，也因此減少了總的少數(shù)載流子壽命。此外，晶界還通過阻礙載流子的流動(dòng)以及少數(shù)載流子壽命。此外，晶界還通過阻礙載流子的流動(dòng)以及為穿過為穿過pn結(jié)的電流提供分流路徑的方式來降低太陽(yáng)能電池的結(jié)的電流提供分流路徑的方式來降低太陽(yáng)能電池的性能。性能。 9.2 硅晶片和襯底硅晶片和襯底 多晶硅多晶硅2021-10

26、-2425 為了避免晶界處的過度復(fù)合損失，晶界尺寸必須控制在幾毫米為了避免晶界處的過度復(fù)合損失，晶界尺寸必須控制在幾毫米以上。這也能讓電池從前到后擴(kuò)大單個(gè)晶界的規(guī)模，減少對(duì)載流子以上。這也能讓電池從前到后擴(kuò)大單個(gè)晶界的規(guī)模，減少對(duì)載流子流動(dòng)的阻礙，同時(shí)也減小了電池單位面積上的總晶界長(zhǎng)度。這種多流動(dòng)的阻礙，同時(shí)也減小了電池單位面積上的總晶界長(zhǎng)度。這種多晶硅材料被廣泛使用在商業(yè)太陽(yáng)能電池制造中。晶硅材料被廣泛使用在商業(yè)太陽(yáng)能電池制造中。在兩個(gè)晶粒在兩個(gè)晶粒之間的掛鍵之間的掛鍵是很不友善是很不友善的，它們能的，它們能降低電池的降低電池的性能。性能。多晶硅片多晶硅片 9.2 硅晶片和襯底硅晶片和襯底

27、多晶硅多晶硅2021-10-2426 9.3 硅晶片和襯底硅晶片和襯底 非晶硅非晶硅amorphous silicon 非晶硅（非晶硅（-si-si），是一種結(jié)構(gòu)中有許多不受價(jià)鍵束縛的），是一種結(jié)構(gòu)中有許多不受價(jià)鍵束縛的原子、缺少長(zhǎng)程有序排列，但是制造成本卻比多晶硅還低的硅原子、缺少長(zhǎng)程有序排列，但是制造成本卻比多晶硅還低的硅材料。原子排列中缺少長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)是由于材料。原子排列中缺少長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)是由于“懸掛鍵懸掛鍵”的存在。的存在。在把非晶硅材料制成太陽(yáng)能電池之前，需要對(duì)這些懸掛鍵進(jìn)行在把非晶硅材料制成太陽(yáng)能電池之前，需要對(duì)這些懸掛鍵進(jìn)行鈍化處理。即把氫原子與非晶硅材料結(jié)合，使氫原子的比例達(dá)鈍

28、化處理。即把氫原子與非晶硅材料結(jié)合，使氫原子的比例達(dá)到到5-10%，讓懸掛鍵處于飽和狀態(tài)，因此提高了材料的質(zhì)量。，讓懸掛鍵處于飽和狀態(tài)，因此提高了材料的質(zhì)量。 盡管如此，非晶硅的材料性能與那些晶體硅還是有顯著盡管如此，非晶硅的材料性能與那些晶體硅還是有顯著的不同。例如，禁帶寬度從晶體硅的的不同。例如，禁帶寬度從晶體硅的1.1eV上升到了非晶硅的上升到了非晶硅的1.7eV，且非晶硅的吸收系數(shù)要比晶體硅高的多。此外，大量，且非晶硅的吸收系數(shù)要比晶體硅高的多。此外，大量懸掛鍵的存在導(dǎo)致了高缺陷密度和低擴(kuò)散長(zhǎng)度。懸掛鍵的存在導(dǎo)致了高缺陷密度和低擴(kuò)散長(zhǎng)度。2021-10-2427 9.2 硅晶片和襯底硅

29、晶片和襯底 非晶硅非晶硅額外的懸掛鍵額外的懸掛鍵額外的懸掛鍵被氫原子終結(jié)額外的懸掛鍵被氫原子終結(jié) 非晶硅結(jié)構(gòu)的短程無(wú)序影響了它的半導(dǎo)體特性。氫原子終結(jié)了額外的非晶硅結(jié)構(gòu)的短程無(wú)序影響了它的半導(dǎo)體特性。氫原子終結(jié)了額外的懸掛鍵。平均原子間距的改變以及氫的存在導(dǎo)致了非晶硅的電特性與多晶懸掛鍵。平均原子間距的改變以及氫的存在導(dǎo)致了非晶硅的電特性與多晶硅的不同。硅的不同。2021-10-2428 對(duì)于對(duì)于-Si-Si太陽(yáng)能電池來說，非晶硅的不同材料性質(zhì)需太陽(yáng)能電池來說，非晶硅的不同材料性質(zhì)需要不同的設(shè)計(jì)方法。特別是，硅要不同的設(shè)計(jì)方法。特別是，硅- -氫合金的少數(shù)載流子的擴(kuò)散氫合金的少數(shù)載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)

30、度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1m1m。因此，要獲得高的收集效率就必須在。因此，要獲得高的收集效率就必須在pnpn結(jié)結(jié)耗盡區(qū)產(chǎn)生盡可能多的光生載流子。結(jié)果是，耗散區(qū)就成為了耗盡區(qū)產(chǎn)生盡可能多的光生載流子。結(jié)果是，耗散區(qū)就成為了收集光生載流子最主要的區(qū)域。非晶硅的高吸收系數(shù)使得電池收集光生載流子最主要的區(qū)域。非晶硅的高吸收系數(shù)使得電池的材料只有幾微米厚，也意味著，比起發(fā)射區(qū)和基區(qū)來，耗散的材料只有幾微米厚，也意味著，比起發(fā)射區(qū)和基區(qū)來，耗散區(qū)的厚度要大得多。區(qū)的厚度要大得多。本征硅（無(wú)摻雜本征硅（無(wú)摻雜）存在強(qiáng)電場(chǎng)的耗散區(qū)存在強(qiáng)電場(chǎng)的耗散區(qū)a-Si:H 太陽(yáng)能電池示意圖。太陽(yáng)能電池示意圖。 9.2 硅晶

31、片和襯底硅晶片和襯底 非晶硅非晶硅2021-10-2429 9.2 硅晶片和襯底硅晶片和襯底 非晶硅非晶硅 結(jié)構(gòu)的不相同，意味著結(jié)構(gòu)的不相同，意味著-Si-Si和晶體硅太陽(yáng)能電池的制造和晶體硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)也不相同。在技術(shù)也不相同。在-Si和其它薄膜電池的制造技術(shù)中，一層非和其它薄膜電池的制造技術(shù)中，一層非常薄的半導(dǎo)體材料被沉積在玻璃表面或其他便宜的襯底上。薄常薄的半導(dǎo)體材料被沉積在玻璃表面或其他便宜的襯底上。薄膜太陽(yáng)能電池被運(yùn)用在許多小型消費(fèi)產(chǎn)品中，比如計(jì)算機(jī)、手膜太陽(yáng)能電池被運(yùn)用在許多小型消費(fèi)產(chǎn)品中，比如計(jì)算機(jī)、手表以及不是很重要的戶外產(chǎn)品?？偟膩碚f，薄膜為太陽(yáng)能電池表以及不是很重要

32、的戶外產(chǎn)品?？偟膩碚f，薄膜為太陽(yáng)能電池提供了一種成本非常低的制造途徑。提供了一種成本非常低的制造途徑。 然而，在戶外或在含有紫外線的光源下使用的非晶硅電然而，在戶外或在含有紫外線的光源下使用的非晶硅電池會(huì)有降低效率的可能，因?yàn)樽贤饩€會(huì)破壞池會(huì)有降低效率的可能，因?yàn)樽贤饩€會(huì)破壞Si-H的價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。的價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。對(duì)薄膜和其它潛在低成本太陽(yáng)能電池的研究對(duì)薄膜和其它潛在低成本太陽(yáng)能電池的研究為在使用非晶硅電為在使用非晶硅電池時(shí)所出現(xiàn)的問題提供了解決辦法。結(jié)果是，這一研究為高效池時(shí)所出現(xiàn)的問題提供了解決辦法。結(jié)果是，這一研究為高效率、穩(wěn)定和低成本太陽(yáng)能電池的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。率、穩(wěn)定和低成本太陽(yáng)能電池的發(fā)

33、展做出重要貢獻(xiàn)。2021-10-2430 絲網(wǎng)印刷太陽(yáng)能電池在絲網(wǎng)印刷太陽(yáng)能電池在1970年代開始發(fā)展起來。它們年代開始發(fā)展起來。它們是建立的最好、最成熟的太陽(yáng)能電池制造技術(shù)，且絲網(wǎng)印刷電是建立的最好、最成熟的太陽(yáng)能電池制造技術(shù)，且絲網(wǎng)印刷電池在如今的陸地用光伏電池市場(chǎng)中占據(jù)統(tǒng)治地位。這種技術(shù)的池在如今的陸地用光伏電池市場(chǎng)中占據(jù)統(tǒng)治地位。這種技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)就是制造過程相對(duì)簡(jiǎn)單。主要優(yōu)勢(shì)就是制造過程相對(duì)簡(jiǎn)單。 下面的動(dòng)畫展示了制造絲網(wǎng)印刷太陽(yáng)能電池的一系列步下面的動(dòng)畫展示了制造絲網(wǎng)印刷太陽(yáng)能電池的一系列步驟。動(dòng)畫中展示的制造技術(shù)是最簡(jiǎn)單的一種，現(xiàn)在已被許多制驟。動(dòng)畫中展示的制造技術(shù)是最簡(jiǎn)單的一種

34、，現(xiàn)在已被許多制造商和研究實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)了。造商和研究實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)了。 9.2 硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)絲網(wǎng)印刷太陽(yáng)能電池絲網(wǎng)印刷太陽(yáng)能電池2021-10-2431 磷擴(kuò)散磷擴(kuò)散 絲網(wǎng)印刷太陽(yáng)能電池通常使用簡(jiǎn)單且均勻的擴(kuò)散方法以形絲網(wǎng)印刷太陽(yáng)能電池通常使用簡(jiǎn)單且均勻的擴(kuò)散方法以形成發(fā)射區(qū)，此區(qū)域的摻雜情況都是相同的。要保持低電極電阻，成發(fā)射區(qū)，此區(qū)域的摻雜情況都是相同的。要保持低電極電阻，就需要在絲網(wǎng)印刷電極下面的表面摻雜進(jìn)高濃度的磷。然而，表就需要在絲網(wǎng)印刷電極下面的表面摻雜進(jìn)高濃度的磷。然而，表面高濃度的磷將會(huì)導(dǎo)致面高濃度的磷將會(huì)導(dǎo)致“死層死層”形成，并降低電池的藍(lán)光響應(yīng)。形

35、成，并降低電池的藍(lán)光響應(yīng)。最新的電池設(shè)計(jì)能制備更淺的發(fā)射區(qū)，因此提高電池的藍(lán)光響應(yīng)。最新的電池設(shè)計(jì)能制備更淺的發(fā)射區(qū)，因此提高電池的藍(lán)光響應(yīng)。選擇性發(fā)射區(qū)，即金屬電極下面進(jìn)行更高濃度的摻雜，也已經(jīng)被選擇性發(fā)射區(qū)，即金屬電極下面進(jìn)行更高濃度的摻雜，也已經(jīng)被研究者提出來了，但依然沒有一項(xiàng)被運(yùn)用到商業(yè)制造中。研究者提出來了，但依然沒有一項(xiàng)被運(yùn)用到商業(yè)制造中。 9.2 硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)絲網(wǎng)印刷太陽(yáng)能電池絲網(wǎng)印刷太陽(yáng)能電池2021-10-2432 表面制絨以減少反射表面制絨以減少反射對(duì)于多晶硅材料的隨機(jī)取向界面來說，化學(xué)刻蝕的效果很有限。于對(duì)于多晶硅材料的隨機(jī)取向界面來說，化

36、學(xué)刻蝕的效果很有限。于是，人們又研究了許多不同的制絨多晶硅的方案：是，人們又研究了許多不同的制絨多晶硅的方案： 1）使用切割工具或激光在晶片表面進(jìn)行機(jī)械制絨；）使用切割工具或激光在晶片表面進(jìn)行機(jī)械制絨； 2）基于缺陷結(jié)構(gòu)而不是晶面取向的各向同性化學(xué)刻蝕；）基于缺陷結(jié)構(gòu)而不是晶面取向的各向同性化學(xué)刻蝕； 3）各向同性化學(xué)刻蝕與光刻掩模技術(shù)相結(jié)合；）各向同性化學(xué)刻蝕與光刻掩模技術(shù)相結(jié)合； 4）等離子刻蝕。等離子刻蝕。 雖然許多制絨多晶硅材料的方法都展示了相當(dāng)大的前景，但是雖然許多制絨多晶硅材料的方法都展示了相當(dāng)大的前景，但是至今還沒有一項(xiàng)被實(shí)施在大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)線中。至今還沒有一項(xiàng)被實(shí)施在大規(guī)模商業(yè)

37、生產(chǎn)線中。 9.2 硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)2021-10-2433 減反射膜減反射膜 減反射膜非常有利于不容易制絨的多晶硅材料。二氧化鈦減反射膜非常有利于不容易制絨的多晶硅材料。二氧化鈦（TiO2）與氮化硅（）與氮化硅（SiNx）是兩種常見的減反射膜材料。膜的制）是兩種常見的減反射膜材料。膜的制造適用于簡(jiǎn)單的技術(shù)，如噴灑或化學(xué)氣相沉積。除了有利于光的造適用于簡(jiǎn)單的技術(shù)，如噴灑或化學(xué)氣相沉積。除了有利于光的吸收外，絕緣膜還能夠使表面鈍化，提高電池的電學(xué)特性。依靠吸收外，絕緣膜還能夠使表面鈍化，提高電池的電學(xué)特性。依靠一種帶有切割試劑的膠粘劑對(duì)減反射膜進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，金屬電極一

38、種帶有切割試劑的膠粘劑對(duì)減反射膜進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，金屬電極能夠腐蝕膜材料并最終與底層的硅相連接。過程非常簡(jiǎn)單，且有能夠腐蝕膜材料并最終與底層的硅相連接。過程非常簡(jiǎn)單，且有利于連接淺層的發(fā)射區(qū)。利于連接淺層的發(fā)射區(qū)。 邊界隔離邊界隔離 如今有許多邊界隔離技術(shù)，比如等離子刻蝕、激光切割或如今有許多邊界隔離技術(shù)，比如等離子刻蝕、激光切割或者首先用膜掩蓋住邊界以阻止擴(kuò)散的發(fā)生。者首先用膜掩蓋住邊界以阻止擴(kuò)散的發(fā)生。 9.2 硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)2021-10-2434 背電極背電極 背電極是在一般背電極是在一般pn結(jié)電池背面用擴(kuò)散法或合金法加制一結(jié)電池背面用擴(kuò)散法或合金法加制一層與

39、基區(qū)導(dǎo)電類型相同的重?fù)诫s區(qū)，然后再在重?fù)诫s區(qū)上面制作層與基區(qū)導(dǎo)電類型相同的重?fù)诫s區(qū)，然后再在重?fù)诫s區(qū)上面制作金屬接觸電極，一般為鋁電極。金屬接觸電極，一般為鋁電極。 襯底襯底 絲網(wǎng)印刷技術(shù)已經(jīng)被使用在許多不同的襯底上。排絲網(wǎng)印刷技術(shù)已經(jīng)被使用在許多不同的襯底上。排序的簡(jiǎn)單化使得絲網(wǎng)印刷技術(shù)非常適合于質(zhì)量較差的襯底，序的簡(jiǎn)單化使得絲網(wǎng)印刷技術(shù)非常適合于質(zhì)量較差的襯底，比如多晶硅材料甚至直拉單晶硅?？偟内厔?shì)是向襯底面積比如多晶硅材料甚至直拉單晶硅?？偟内厔?shì)是向襯底面積的擴(kuò)大化發(fā)展，多晶硅晶片達(dá)到的擴(kuò)大化發(fā)展，多晶硅晶片達(dá)到15x15cm2，厚度達(dá)到，厚度達(dá)到200m。 9.2 硅太陽(yáng)能電池的制造技

40、術(shù)硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)2021-10-2435 對(duì)印刷電池前端電極的鏡頭特對(duì)印刷電池前端電極的鏡頭特寫。在印刷期間，金屬漿料穿過絲寫。在印刷期間，金屬漿料穿過絲網(wǎng)，到達(dá)沒被遮蓋的區(qū)域。絲網(wǎng)的網(wǎng)，到達(dá)沒被遮蓋的區(qū)域。絲網(wǎng)的尺寸決定了柵條的最小寬度。柵條尺寸決定了柵條的最小寬度。柵條寬度通常為寬度通常為100到到200m。 對(duì)已經(jīng)完成絲網(wǎng)印刷的太對(duì)已經(jīng)完成絲網(wǎng)印刷的太陽(yáng)能電池的鏡頭特寫。柵條間距陽(yáng)能電池的鏡頭特寫。柵條間距大于有大于有3mm。在包裝的時(shí)候，在。在包裝的時(shí)候，在母柵上焊接一個(gè)額外的金屬接觸母柵上焊接一個(gè)額外的金屬接觸帶以減少電池串聯(lián)電阻。帶以減少電池串聯(lián)電阻。 9.2 硅太陽(yáng)能電池

41、的制造技術(shù)硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)2021-10-2436 擁有完整絲網(wǎng)印刷的太陽(yáng)能電池的正面圖。由于電池是由多晶硅制擁有完整絲網(wǎng)印刷的太陽(yáng)能電池的正面圖。由于電池是由多晶硅制造的，晶粒的不同界面取向清晰可見。多晶硅電池的正方形形狀使電池的造的，晶粒的不同界面取向清晰可見。多晶硅電池的正方形形狀使電池的組裝變得簡(jiǎn)化。組裝變得簡(jiǎn)化。 9.2 硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)2021-10-2437 9.2 硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù) 擁有完整絲網(wǎng)印刷的太陽(yáng)能電池的背面圖。電池要么是由擁有完整絲網(wǎng)印刷的太陽(yáng)能電池的背面圖。電池要么是由Al/Ag粘貼粘貼成網(wǎng)格（左），要么

42、全部由鋁構(gòu)成并形成背面電場(chǎng)（右），但是需要第成網(wǎng)格（左），要么全部由鋁構(gòu)成并形成背面電場(chǎng)（右），但是需要第二道印刷工序。二道印刷工序。2021-10-2438 下面的幾幅圖將向你展示商業(yè)絲網(wǎng)印刷太陽(yáng)能電池的制下面的幾幅圖將向你展示商業(yè)絲網(wǎng)印刷太陽(yáng)能電池的制造設(shè)備。全部圖片承蒙歐洲太陽(yáng)能公司造設(shè)備。全部圖片承蒙歐洲太陽(yáng)能公司SPA提供。提供。 制造的多晶硅錠的結(jié)晶爐。大面積硅板，制造的多晶硅錠的結(jié)晶爐。大面積硅板，大約大約0.5mx0.5m，20cm厚。精確控制冷卻液厚。精確控制冷卻液體，能夠制造出大晶粒少缺陷的的硅材料。體，能夠制造出大晶粒少缺陷的的硅材料。 從結(jié)晶爐出來的大塊多晶硅錠被從結(jié)晶

43、爐出來的大塊多晶硅錠被切割成切割成10cmx10cm的小磚塊。然后小的小磚塊。然后小磚塊又被切割成同樣面積的薄片。磚塊又被切割成同樣面積的薄片。 9.2 硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)2021-10-2439 歐洲太陽(yáng)能公司的生產(chǎn)線。雖然太陽(yáng)歐洲太陽(yáng)能公司的生產(chǎn)線。雖然太陽(yáng)能電池制造需要處在潔凈的環(huán)境中，但是能電池制造需要處在潔凈的環(huán)境中，但是比起集成電路芯片的制造環(huán)境來，還是較比起集成電路芯片的制造環(huán)境來，還是較為寬松一些。因此不需要員工穿上全套潔為寬松一些。因此不需要員工穿上全套潔凈服。凈服。 上圖為自動(dòng)上料的擴(kuò)散爐以及已經(jīng)上圖為自動(dòng)上料的擴(kuò)散爐以及已經(jīng)摻雜了磷的硅晶片。點(diǎn)擊

44、圖片能轉(zhuǎn)換不摻雜了磷的硅晶片。點(diǎn)擊圖片能轉(zhuǎn)換不同圖片。需要注意的是，圖中即將進(jìn)入同圖片。需要注意的是，圖中即將進(jìn)入右邊擴(kuò)散爐的晶片都是出自同一塊硅錠，右邊擴(kuò)散爐的晶片都是出自同一塊硅錠，它們擁有相似的晶粒分布。它們擁有相似的晶粒分布。 9.2 硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)2021-10-2440 自動(dòng)上料的擴(kuò)散爐。使用機(jī)自動(dòng)上料的擴(kuò)散爐。使用機(jī)器人設(shè)備能夠提升電池制造的可器人設(shè)備能夠提升電池制造的可靠性，并降低成本。靠性，并降低成本。 絲網(wǎng)印刷的生產(chǎn)線。點(diǎn)擊圖片能絲網(wǎng)印刷的生產(chǎn)線。點(diǎn)擊圖片能進(jìn)距離觀察藍(lán)色塑料屏下的絲網(wǎng)印刷進(jìn)距離觀察藍(lán)色塑料屏下的絲網(wǎng)印刷過程。過程。 9.2 硅

45、太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)2021-10-2441 先進(jìn)的絲網(wǎng)印刷機(jī)器，使用先進(jìn)的絲網(wǎng)印刷機(jī)器，使用攝像機(jī)來快速準(zhǔn)確地排布金屬電攝像機(jī)來快速準(zhǔn)確地排布金屬電極網(wǎng)的圖案。極網(wǎng)的圖案。 在完成每個(gè)電池的效率測(cè)量工作在完成每個(gè)電池的效率測(cè)量工作后，對(duì)它們進(jìn)行排序以盡量減小模塊錯(cuò)后，對(duì)它們進(jìn)行排序以盡量減小模塊錯(cuò)配。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖片觀看另一幅圖片。配。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖片觀看另一幅圖片。 9.2 硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)2021-10-2442在進(jìn)行壓片之前排列電池片。在進(jìn)行壓片之前排列電池片。 9.2 硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)制造太陽(yáng)能電池制造太陽(yáng)能電

46、池2021-10-2443 埋電極太陽(yáng)能電池（如圖）是一種高效率的商業(yè)用太陽(yáng)埋電極太陽(yáng)能電池（如圖）是一種高效率的商業(yè)用太陽(yáng)能電池，其特點(diǎn)是把金屬電極鍍到激光形成槽內(nèi)。埋電極技術(shù)能電池，其特點(diǎn)是把金屬電極鍍到激光形成槽內(nèi)。埋電極技術(shù)克服了絲網(wǎng)印刷電極的許多缺點(diǎn)，這也使得埋電極太陽(yáng)能電池克服了絲網(wǎng)印刷電極的許多缺點(diǎn)，這也使得埋電極太陽(yáng)能電池的效率能達(dá)到的效率能達(dá)到25%，比商業(yè)絲網(wǎng)印刷電池要高。，比商業(yè)絲網(wǎng)印刷電池要高。埋電極太陽(yáng)能電池，激光刻槽的橫截圖。埋電極太陽(yáng)能電池，激光刻槽的橫截圖。背金屬電極背金屬電極 9.2 埋電極電池埋電極電池2021-10-2444 9.2 埋電極電池埋電極電池

47、埋電極大大增加了金屬柵條的高埋電極大大增加了金屬柵條的高-寬比例。大的高寬比例。大的高-寬比意寬比意味著能夠在接觸電極中使用大量的金屬，而不需要在表面鋪上味著能夠在接觸電極中使用大量的金屬，而不需要在表面鋪上寬大的金屬條。因此，金屬柵條的大高寬大的金屬條。因此，金屬柵條的大高-寬比允許窄的柵條間寬比允許窄的柵條間距，同時(shí)保持高的透明度。例如，一塊大面積的絲網(wǎng)印刷電池，距，同時(shí)保持高的透明度。例如，一塊大面積的絲網(wǎng)印刷電池，其被阻擋的光就可能達(dá)到其被阻擋的光就可能達(dá)到10%到到15%，而如果使用埋電極結(jié)構(gòu)，而如果使用埋電極結(jié)構(gòu)，則其損失就只有則其損失就只有2%到到3%。這樣低的光損失能降低光反射

48、并因。這樣低的光損失能降低光反射并因此提高短路電流。此提高短路電流。部分激光刻槽的橫截圖部分激光刻槽的橫截圖2021-10-2445 除了具有良好的減反射特性之外，埋電極電池技術(shù)還能除了具有良好的減反射特性之外，埋電極電池技術(shù)還能降低寄生電阻損耗，因?yàn)樗慕饘贃艞l具有高的高降低寄生電阻損耗，因?yàn)樗慕饘贃艞l具有高的高-寬比、柵寬比、柵條的間距適當(dāng)，以及良好的金屬電極材料。因?yàn)闁艞l之間的距條的間距適當(dāng)，以及良好的金屬電極材料。因?yàn)闁艞l之間的距離越窄，發(fā)射區(qū)的電阻損耗也越小。同時(shí)，金屬網(wǎng)格的電阻也離越窄，發(fā)射區(qū)的電阻損耗也越小。同時(shí)，金屬網(wǎng)格的電阻也減小了，因?yàn)樵诩す饪滩壑惺褂玫慕饘倭看蟠笤黾恿耍?/p>

49、且金屬減小了，因?yàn)樵诩す饪滩壑惺褂玫慕饘倭看蟠笤黾恿耍医饘龠€是電阻率比鋁低的銅。此外，由于在半導(dǎo)體還是電阻率比鋁低的銅。此外，由于在半導(dǎo)體-金屬交界面處金屬交界面處形成銅硅化物以及它們交界面積的擴(kuò)大，使得埋電極的接觸電形成銅硅化物以及它們交界面積的擴(kuò)大，使得埋電極的接觸電阻也比絲網(wǎng)印刷電池的小?？偟膩碚f，這些電阻損耗的減小使阻也比絲網(wǎng)印刷電池的小?？偟膩碚f，這些電阻損耗的減小使得大面積電池?fù)碛懈叩奶畛湟蜃?。得大面積電池?fù)碛懈叩奶畛湟蜃印?9.2 埋電極電池埋電極電池2021-10-2446埋電極電池的金屬化方案同樣提升了發(fā)射區(qū)的性能。埋電極電池的金屬化方案同樣提升了發(fā)射區(qū)的性能。為了盡量減少

50、電阻損耗。絲網(wǎng)印刷，要對(duì)絲網(wǎng)印刷為了盡量減少電阻損耗。絲網(wǎng)印刷，要對(duì)絲網(wǎng)印刷電池的發(fā)射區(qū)進(jìn)行重?fù)诫s，而這也導(dǎo)致了電池表面電池的發(fā)射區(qū)進(jìn)行重?fù)诫s，而這也導(dǎo)致了電池表面“死層死層”的出現(xiàn)。因?yàn)槁耠姌O結(jié)構(gòu)的發(fā)射區(qū)電阻很的出現(xiàn)。因?yàn)槁耠姌O結(jié)構(gòu)的發(fā)射區(qū)電阻很小，所以能夠通過優(yōu)化發(fā)射區(qū)的摻雜來獲得高開路小，所以能夠通過優(yōu)化發(fā)射區(qū)的摻雜來獲得高開路電壓和短路電流。此外，埋電極結(jié)構(gòu)還包括了自我電壓和短路電流。此外，埋電極結(jié)構(gòu)還包括了自我對(duì)準(zhǔn)、自對(duì)準(zhǔn)、自 我選擇的發(fā)射區(qū)，能夠因此減小接觸復(fù)合我選擇的發(fā)射區(qū)，能夠因此減小接觸復(fù)合和提高開路電壓。和提高開路電壓。 9.2 埋電極電池埋電極電池2021-10-2447

51、 9.2 埋電極電池埋電極電池 埋電極電池的高效率顯著降低了成本，并提高了電池性能。埋電極電池的高效率顯著降低了成本，并提高了電池性能。就成本就成本/w而言，埋電極電池與絲網(wǎng)印刷電池是不相上下的。而言，埋電極電池與絲網(wǎng)印刷電池是不相上下的。然而，由于然而，由于PV系統(tǒng)中包括了與面積相關(guān)的成本和固定成本，系統(tǒng)中包括了與面積相關(guān)的成本和固定成本，則效率高的太陽(yáng)能電池的發(fā)電成本更低。埋電極電池技術(shù)的另則效率高的太陽(yáng)能電池的發(fā)電成本更低。埋電極電池技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是能夠在聚光太陽(yáng)能系統(tǒng)中使用。一個(gè)優(yōu)勢(shì)是能夠在聚光太陽(yáng)能系統(tǒng)中使用。2021-10-2448 高效率太陽(yáng)能電池制造的成本比普通硅太陽(yáng)能電池要

52、高效率太陽(yáng)能電池制造的成本比普通硅太陽(yáng)能電池要高得多，因此通常使用在太陽(yáng)能車或空間應(yīng)用上。高得多，因此通常使用在太陽(yáng)能車或空間應(yīng)用上。 Honda dream，1996年世界太陽(yáng)能汽車挑戰(zhàn)年世界太陽(yáng)能汽車挑戰(zhàn)賽的冠軍車。此車的太陽(yáng)能電池效率超過賽的冠軍車。此車的太陽(yáng)能電池效率超過20%。 9.2 硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)高效率太陽(yáng)能電池高效率太陽(yáng)能電池2021-10-2449 9.2 硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)硅太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)高效率太陽(yáng)能電池高效率太陽(yáng)能電池 為了獲得最高效率，實(shí)驗(yàn)室制造硅太陽(yáng)能電池時(shí)所使用為了獲得最高效率，實(shí)驗(yàn)室制造硅太陽(yáng)能電池時(shí)所使用的一些技術(shù)和工藝特

53、點(diǎn)：的一些技術(shù)和工藝特點(diǎn)： 在發(fā)射區(qū)擴(kuò)散低濃度的磷，既能盡量減小復(fù)合損失又能避免在發(fā)射區(qū)擴(kuò)散低濃度的磷，既能盡量減小復(fù)合損失又能避免 電池表面電池表面“死層死層”的出現(xiàn)。的出現(xiàn)。 縮窄金屬柵條的距離以減小發(fā)射區(qū)橫向電阻的功率損耗。縮窄金屬柵條的距離以減小發(fā)射區(qū)橫向電阻的功率損耗。 非常好的金屬柵條，通常小于非常好的金屬柵條，通常小于20m，以減小陰影損失。，以減小陰影損失。 打磨或拋光晶片表面后進(jìn)行激光雕刻并鋪上金屬網(wǎng)格。打磨或拋光晶片表面后進(jìn)行激光雕刻并鋪上金屬網(wǎng)格。 小的電池面積和好的金屬導(dǎo)電性，以盡量減小金屬網(wǎng)格電阻小的電池面積和好的金屬導(dǎo)電性，以盡量減小金屬網(wǎng)格電阻 損失。損失。2021-10-2450 小的金屬接觸面積和在金