2014硅電池原理期末復(fù)習(xí)題庫解析

1、1、單晶硅晶胞常數(shù)為 0.543 nm,計算(100), (110), (111)晶面的面間距和原子密度(110)面：面間距：0.543nm ;面密度：6.783nm-2(110)面：面間距：0.768nm ;面密度：4.748nm-2(111)面：面間距：0941nm ;面密度：7.801nm-22、舉例說明晶體缺陷主要類型缺陷分為：點缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷點缺陷：肖特基缺陷和弗侖克爾缺陷，反結(jié)構(gòu)缺陷線缺陷：位錯，分為刃行位錯、螺旋位錯面缺陷：層錯，常見的有外延層錯、熱氧化層錯體缺陷：有空洞、夾雜物、沉淀等3、畫出PN結(jié)能帶圖及載流子分布PN結(jié)能帶圖：4、簡述光生伏特效應(yīng)1)用能量等于

2、或大于禁帶寬度的光子照射p-n結(jié)；2) p、n區(qū)都產(chǎn)生電子一空穴對，產(chǎn)生非平衡載流子；3)非平衡載流子破壞原來的熱平衡；4)非平衡載流子在內(nèi)建電場作用下，n區(qū)空穴向p區(qū)擴散，p區(qū)電子向n區(qū)擴散;5)若p-n結(jié)開路，在結(jié)的兩邊積累電子一空穴對，產(chǎn)生開路電壓。5、簡述硅太陽能電池工作原理太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，硅太陽能電池的基本材料為P型單晶硅，上表面為N理區(qū)，構(gòu)成一個 PN+結(jié)。頂區(qū)表面有柵狀金屬電極，硅片背面為金屬底電極。上下電極分別與 N+區(qū)和P區(qū)形成歐姆接觸，整個上表面還均勻覆蓋著減反射膜。當(dāng)入發(fā)射 光照在電池表面時，光子穿過減反射膜進入硅中，能量大于硅禁帶寬度的光子在

3、N+區(qū)，PN+結(jié)空間電荷區(qū)和 P區(qū)中激發(fā)出光生電子一一空穴對。各區(qū)中的光生載流子如果在復(fù)合前能越過耗盡區(qū)，就對發(fā)光電壓作出貢獻。光生電子留于N+區(qū)，光生空穴留于 P區(qū)，在PN+結(jié)的兩側(cè)形成正負電荷的積累，產(chǎn)生光生電壓，此為光生伏打效應(yīng)。當(dāng)光伏電池兩端接一負載 后，光電池就從 P區(qū)經(jīng)負載流至N+區(qū)，負載中就有功率輸出。6、如何從石英砂制取硅？簡要框圖說明從石英到單晶硅的工藝加料一- 熔化-縮頸生長一-放肩生長一-等徑生長一-尾部生長SiO2+4HCl=SiCl4+2H2O SiCl4+2H2=Si+4HCl首先對石料分揀出純石英石，然后用水冼機去 皮清污，然后由膠帶運送至破裂機粗粉碎，細碎的石料

4、進入磁選振念頭篩分出兩種石英石： 對知足精制的石英砂，舉行酸冼、水冼、去鐵、去硫去除雜質(zhì)，再細粉碎或經(jīng)球磨機制成超 細粉未，按目數(shù)分級制品，末了包裝入庫；對不能知足精制的石英砂料，再經(jīng)破裂后制成低端粗制石英砂產(chǎn)品and供煉鋼廠做爐底料。增長中端精制石英砂產(chǎn)品線，對原料深加工可以有用地進步經(jīng)濟效益。7、簡述半導(dǎo)體硅中的雜質(zhì)對其性能的影響1）雜質(zhì)對材料導(dǎo)電類型的影響當(dāng)材料中共存施主和受主雜質(zhì)時，他們將互相發(fā)生補償，材料的導(dǎo)電類型取決于占優(yōu)勢的雜質(zhì)。對于硅材料，當(dāng)出族雜質(zhì)元素在數(shù)量上占優(yōu)勢時，材料呈現(xiàn)P型，反之當(dāng)V族元素占優(yōu)勢時則呈現(xiàn) N型，當(dāng)兩者數(shù)量接近，他們相互補償，結(jié)果材料將呈現(xiàn)弱N型或弱P型

5、。2）雜質(zhì)對材料電阻率的影響半導(dǎo)體材料的電阻率一方面與載流子濃度有關(guān)，另一方面又與載流子的遷移率有關(guān)。同樣的摻雜濃度，載流子的遷移率越大，材料的電阻率越低。如果半導(dǎo)體中存在多種雜質(zhì)，通常情 況下，可以認為基本上屬于雜質(zhì)飽和電離范圍。在有雜質(zhì)補償?shù)那闆r下，電阻率主要由有效雜質(zhì)濃度（NA-ND或（ND-NA決定。但是總的雜質(zhì)濃度 N1=NA+N曲會對材料的電阻率產(chǎn) 生影響，因為當(dāng)雜質(zhì)濃度很大時，雜質(zhì)對載流子的散射作用會大大降低其遷移率。3）雜質(zhì)對非平衡載流子壽命的影響半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)和缺陷， 對非平衡載流子壽命有重要的影響， 特別是重金屬雜質(zhì)，它們 具有多重能級而且還是深能級， 這些能級在禁帶中

6、好像臺階一樣， 對電子和空穴的復(fù)合起“中 間站”的作用，成為復(fù)合中心。它捕獲導(dǎo)帶中的電子和價帶中的空穴使兩者復(fù)合，這就大大縮短了非平衡載流子的壽命。8、以P摻入Si為例，說明什么是施主雜質(zhì)、施主雜質(zhì)電離過程和N型半導(dǎo)P在硅中電離時，能夠施放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心，稱它們?yōu)槭┲麟s質(zhì)。P在硅中電離時，能夠施放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心，稱它們?yōu)槭┲麟s質(zhì)。 磷原子占據(jù)硅原子的位置。磷原子有五個價電子。其中四個價電子與周圍的四個硅原于 形成共價鍵，還剩余一個價電子。這個多余的價電子就束縛在正電中心P+的周圍。價電子只要很少能量就可掙脫束縛，成為導(dǎo)電電子在晶格中自由運動，這時磷原子就成為

7、少了一個 價電子的磷離子 P+,它是一個不能移動的正電中心。上述電子脫離雜質(zhì)原子的束縛成為導(dǎo) 電電子的過程稱為雜質(zhì)電離。施主雜質(zhì)電離后成為不可移動的帶正電的施主離子，同時向?qū)峁╇娮樱?使半導(dǎo)體成為電子導(dǎo)電的n型半導(dǎo)體。9、以B摻入Si為例，說明什么是受主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)電離過程和P型半導(dǎo)體B在硅中能夠接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴，并形成負電中心，所以稱它們?yōu)槭苤麟s質(zhì)。B原子占據(jù)，硅原子的位置。硼原子有三個價電子。與周圍的四個硅原子形成共價鍵時還缺一個電子，就從別處奪取價電子，這就在Si形成了一個空穴。這時 B原子就成為多了一個價電子的硼離子 B-,它是一個不能移動的負電中心。空穴束縛在正電中心 B

8、的周圍?？昭ㄖ灰苌倌芰烤涂蓲昝撌`，成為導(dǎo)電空穴在晶格中自由運動，使空穴掙脫束縛成為導(dǎo)電空穴所需要的能量稱為受主雜質(zhì)電離能。受主雜質(zhì)電離后成為不可移動的帶負電的受主離子，同時向價帶提供空穴，使半導(dǎo)體成 為空穴導(dǎo)電的p型半導(dǎo)體。10、 解釋平衡載流子和非平衡載流子并舉例說明在熱平衡狀態(tài)半導(dǎo)體中，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合的過程保持動態(tài)平衡，從而使載流子濃度保持定值，則處于此種狀態(tài)下的載流子為平衡載流子。處于非平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，其載流子濃度也不再是n0和p0（此處0是下標(biāo)），可以比他們多出一部分。比平衡狀態(tài)多出來的這部分載流子稱為非平衡載流子。舉例：電阻率為1C cm白n - Si1L L 一 八15J

9、3升34ie。、&+n0 =5.5父10 cm其平衡載流子儂度J 0,、p0 = 3.1父 104cm 當(dāng)非平衡載流子濃度.：n = p =1010cm二貝ij An n0Mip p01. x一一一 八15 二3n =n0 + An % n0 生 5.5父10 cm -p = p0 + Ap Ap . 1010cm上1、如何控制直拉法生長單晶硅的電阻率均勻性(1) 直拉法單晶中縱向電阻率均勻性的控制使縱向電阻率逐漸降低的效果與使電阻率逐漸升高的效果達到平衡，就會得到縱向電阻率比較均勻的晶體。方法：變速拉晶法，雙塔蝸法。(2) 徑向電阻率均勻性的控制固液交界面平坦度的影響。平坦的固液界面其徑向電

10、阻率均勻性比較好，為了獲取徑向電阻率均勻的單晶，必須調(diào)平固液界面，方法： a.調(diào)整晶體生長熱系統(tǒng)，使熱場的徑向溫度梯度變小。b.調(diào)節(jié)拉晶運行參數(shù)。c.調(diào)整晶體或增竭的轉(zhuǎn)速，增加晶轉(zhuǎn)會使固體固體界面由下向上運動的高溫液流增大，使界面由凸變凹。d.增大增期內(nèi)徑與晶體直徑的比值，會使固體界面變平，還能使位錯密度及晶體中氧含量下降。小平面效應(yīng)的影響。 由于小平面效應(yīng)，小平面區(qū)域電阻率會降低，嚴重時會出現(xiàn)雜質(zhì)管道芯。2、Cz硅單晶生長工藝中影響縱向電阻率均勻性主要因素有哪些？如何改善(含原理) 影響因素：分凝、蒸發(fā)、增期污染。改善：1)變速拉晶法：Cs=KCl是基本原理，實際上 K應(yīng)該為Keff ,其隨著轉(zhuǎn)速f的增加而 增大。通過速度f的改變可以調(diào)節(jié)晶體的電阻率。2)雙塔期法(連通增蝸法、浮置增蝸法)：針對K 、， 一 一，_. 一2.對于正方形電池片，則 s/d=1/m ,可得：Rs=FO/ (8m)可見m越大，Rs越小。10、試求硅太陽能電池表面減反射層的最佳厚度減反射層在光學(xué)性質(zhì)上必須滿足兩個條件：1) n1n3=n22; 2) n2d=0.2