太陽能電池制程工藝-培訓(xùn)資料

PAGE第19頁太陽能電池制程工藝2008年09月04日初訂目錄第一章太陽能概況 2第二章太陽能電池的發(fā)明和未來前景 31．太陽能電池發(fā)明 32．太陽能電池前景 3第三章太陽能光伏技術(shù) 41．光伏效應(yīng) 42．光伏電池分類 53．晶體硅生產(chǎn)一般工藝流程 5第四章硅太陽能電池的工作原理及其結(jié)構(gòu) 12第五章太陽能電池基本參數(shù) 161．標(biāo)準(zhǔn)測試條件 162．太陽電池等效電路 163．伏安(I-V)特性曲線 174．開路電壓 185．短路電流 186．最大功率點(diǎn) 187．最佳工作電壓 188．最佳工作電流 189．轉(zhuǎn)換效率 1810．填充因子(曲線因子) 1912．電壓溫度系數(shù) 19第一章太陽能概況太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、海洋能、水能等都來自太陽能，廣義地說，太陽能包含以上各種可再生能源。太陽能作為可再生能源的一種，則是指太陽能的直接轉(zhuǎn)化和利用。通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能利用的屬于太陽能熱利用技術(shù)，再利用熱能進(jìn)行發(fā)電的稱為太陽能熱發(fā)電，也屬于這一技術(shù)領(lǐng)域；通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽能光發(fā)電技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱太陽能光伏技術(shù)。二十世紀(jì)50年代，太陽能利用領(lǐng)域出現(xiàn)了兩項(xiàng)重大技術(shù)突破：一是1954年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出6％的實(shí)用型單晶硅電池，二是1955年以色列Tabor提出選擇性吸收表面概念和理論并研制成功選擇性太陽吸收涂層。這兩項(xiàng)技術(shù)突破為太陽能利用進(jìn)入現(xiàn)代發(fā)展時(shí)期奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。70年代以來，鑒于常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力的增加，世界上許多國家掀起了開發(fā)利用太陽能和可再生能源的熱潮。1973年，美國制定了政府級的陽光發(fā)電計(jì)劃，1980年又正式將光伏發(fā)電列入公共電力規(guī)劃，累計(jì)投入達(dá)8億多美元。1992年，美國政府頒布了新的光伏發(fā)電計(jì)劃，制定了宏偉的發(fā)展目標(biāo)。日本在70年代制定了“陽光計(jì)劃”，1993年將“月光計(jì)劃”（節(jié)能計(jì)劃）、“環(huán)境計(jì)劃”、“陽光計(jì)劃”合并成“新陽光計(jì)劃”。德國等歐共體國家及一些發(fā)展中國家也紛紛制定了相應(yīng)的發(fā)展計(jì)劃。90年代以來聯(lián)合國召開了一系列有各國領(lǐng)導(dǎo)人參加的高峰會(huì)議，討論和制定世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃、國際太陽能公約，設(shè)立國際太陽能基金等，推動(dòng)全球太陽能和可再生能源的開發(fā)利用。開發(fā)利用太陽能和可再生能源成為國際社會(huì)的一大主題和共同行動(dòng)，成為各國制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。二十多年來，太陽能利用技術(shù)在研究開發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場開拓方面都獲得了長足發(fā)展，成為世界快速、穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。第二章太陽能電池的發(fā)明和未來前景1．太陽能電池發(fā)明1839年法國物理學(xué)家A·E·貝克勒爾意外的發(fā)現(xiàn)，兩片金屬進(jìn)入溶液構(gòu)成的伏打電池，受到陽光照射時(shí)會(huì)產(chǎn)生額外的伏打電勢，他把這種現(xiàn)象稱為光生伏打效應(yīng)。1883年，有人在半導(dǎo)體硒和金屬接觸處發(fā)現(xiàn)了固體光伏效應(yīng)。后來就把能夠產(chǎn)生光生伏打效應(yīng)的器件稱為光伏器件。由于半導(dǎo)體PN結(jié)器件在陽光下光電轉(zhuǎn)換效率最高，所以通常把這類光伏器件稱為太陽能電池，也稱太陽電池和光電池。2．太陽能電池前景電池行業(yè)是２１世紀(jì)的朝陽行業(yè)，發(fā)展前景十分廣闊。在電池行業(yè)中，最沒有污染、市場空間最大的應(yīng)該是太陽能電池，太陽能電池的研究與開發(fā)越來越受到世界各國的廣泛重視。目前，技術(shù)最成熟，并具有商業(yè)價(jià)值的太陽電池要算硅太陽電池。70年代初，世界石油危機(jī)促進(jìn)了新能源的開發(fā)，開始將太陽電池轉(zhuǎn)向地面應(yīng)用，技術(shù)不斷進(jìn)步，光電轉(zhuǎn)換效率提高，成本大幅度下降。時(shí)至今日，光電轉(zhuǎn)換已展示出廣闊的應(yīng)用前景。太陽能電池近年也被人們用于生產(chǎn)、生活的許多領(lǐng)域。從1974年世界上第一架太陽能電池飛機(jī)在美國首次試飛成功以來，激起人們對太陽能飛機(jī)研究的熱潮，太陽能飛機(jī)從此飛速地發(fā)展起來，只用了六七年時(shí)間太陽能飛機(jī)從飛行幾分鐘，航程幾公里發(fā)展到飛越英吉利海峽。現(xiàn)在，最先進(jìn)的太陽能飛機(jī)，飛行高度可達(dá)2萬多米，航程超過4000公里。另外，太陽能汽車也發(fā)展很快。在建造太陽能電池發(fā)電站上，許多國家也取得了較大進(jìn)展。1985年，美國阿爾康公司研制的太陽能電池發(fā)電站，用108個(gè)太陽板，256個(gè)光電池模塊，年發(fā)電能力300萬度。德國1990年建造的小型太陽能電站，光電轉(zhuǎn)換率可達(dá)30％多，適于為家庭和團(tuán)體供電。1992年美國加州公用局又開始研制一種“革命性的太陽能發(fā)電裝置”，預(yù)計(jì)可供加州1／3的用電量。用太陽能電池發(fā)電確實(shí)是一種誘人的方式，據(jù)專家測算，如果能把撒哈拉沙漠太陽輻射能的1％收集起來，足夠全世界的所有能源消耗。在生產(chǎn)和生活中，太陽能電池已在一些國家得到了廣泛應(yīng)用，在遠(yuǎn)離輸電線路的地方，使用太陽能電池給電器供電是節(jié)約能源降低成本的好辦法。芬蘭制成了一種用太陽能電池供電的彩色電視機(jī)，太陽能電池板就裝在住家的房頂上，還配有蓄電池，保證電視機(jī)的連續(xù)供電，既節(jié)省了電能又安全可靠。日本則側(cè)重把太陽能電池應(yīng)用于汽車的自動(dòng)換氣裝置、空調(diào)設(shè)備等民用工業(yè)。我國的一些電視差轉(zhuǎn)臺(tái)也已用太陽能電池為電源，投資省，使用方便，很受歡迎。當(dāng)前，太陽能電池的開發(fā)應(yīng)用已逐步走向商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化；小功率小面積的太陽能電池在一些國家已大批量生產(chǎn)，并得到廣泛應(yīng)用；同時(shí)人們正在開發(fā)光電轉(zhuǎn)換率高、成本低的太陽能電池；可以預(yù)見，太陽能電池很有可能成為替代煤和石油的重要能源之一，在人們的生產(chǎn)、生活中占有越來越重要的位置。第三章太陽能光伏技術(shù)1．光伏效應(yīng)是指當(dāng)半導(dǎo)體受到光照射時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生電流或電動(dòng)勢的現(xiàn)象。當(dāng)電池表面受到光照射時(shí)，在電池內(nèi)部產(chǎn)生的光生電子-空穴對，擴(kuò)散到P-N結(jié)并受結(jié)電場影響而分開，電子移向N區(qū)，空穴移向P區(qū)，這樣在P區(qū)和N區(qū)時(shí)間產(chǎn)生了光生電動(dòng)勢，當(dāng)外路連接起來時(shí)就有電流通過。2．光伏電池分類目前市場太陽能電池分類：晶體硅光池和非晶硅光電池晶體硅光電池有單晶硅和多晶硅（包括微晶）電池兩大類非晶體硅光電池有銅銦硒光電池、硫化鎘光電池、砷化鎵光電池、磷化銦光電池和納米晶太陽能電池。分選測試PECVD清洗制絨分選測試PECVD清洗制絨去磷硅玻璃燒結(jié)印刷電極周邊刻蝕檢驗(yàn)入庫擴(kuò)散圖（1-1）一般工藝流程清洗清洗的目的：1去除硅片表面的機(jī)械損傷層。2對硅片的表面進(jìn)行凹凸面(金字塔絨面）處理,增加光在太陽電池片表面的折射次數(shù),利于太陽電池片對光的吸收,以達(dá)到電池片對太陽能價(jià)值的最大利用率。3清除表面硅酸鈉、氧化物、油污以及金屬離子雜質(zhì)?；瘜W(xué)清理原理：HF去除硅片表面氧化層：HCl去除硅片表面金屬雜質(zhì)：鹽酸具有酸和絡(luò)合劑的雙重作用，氯離子能與溶解片子表面可能沾污的雜質(zhì)，鋁、鎂等活潑金屬及其它氧化物。但不能溶解銅、銀、金等不活潑的金屬以及二氧化硅等難溶物質(zhì)。安全提示：NaOH、HCl、HF都是強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)藥品，其固體顆粒、溶液、蒸汽會(huì)傷害到人的皮膚、眼睛、呼吸道，所以操作人員要按照規(guī)定穿戴防護(hù)服、防護(hù)面具、防護(hù)眼鏡、長袖膠皮手套。一旦有化學(xué)試劑傷害了員工的身體，馬上用純水沖洗30分鐘，送醫(yī)院就醫(yī)。制絨制絨的目的：減少光的反射率，提高短路電流（Isc），最終提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。制絨的原理利用低濃度堿溶液對晶體硅在不同晶體取向上具有不同腐蝕速率的各向異性腐蝕特性，在硅片表面腐蝕形成角錐體密布的表面形貌，就稱為表面織構(gòu)化。角錐體四面全是由〈111〉面包圍形成。反應(yīng)為：Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑質(zhì)構(gòu)化硅表面通常反射率為質(zhì)構(gòu)化硅表面通常反射率為30%反射率可降至12%平坦的硅表面圖（1-2）制絨后絨面顯微圖圖（1-3）絨面結(jié)構(gòu)可降低反射率影響絨面的因素：圖表SEQ圖表\*ARABIC1NaOH濃度無水乙醇或異丙醇濃度制絨槽內(nèi)硅酸鈉的累計(jì)量制絨腐蝕的溫度制絨腐蝕時(shí)間的長短槽體密封程度、乙醇或異丙醇的揮發(fā)程度⑶擴(kuò)散擴(kuò)散的目的：在p型晶體硅上進(jìn)行N型擴(kuò)散，形成PN結(jié)，它是半導(dǎo)體器件工作的“心臟”；擴(kuò)散方法：１．三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴(kuò)散２．噴涂磷酸水溶液后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散３．絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散本公司采用第一種方法POCl3磷擴(kuò)散原理：POCl3在高溫下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反應(yīng)式如下：2．生成的P2O5在擴(kuò)散溫度下與硅反應(yīng)，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反應(yīng)式如下：3由上面反應(yīng)式可以看出，POCl3熱分解時(shí)，如果沒有外來的氧（O2）參與其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且對硅有腐蝕作用，破壞硅片的表面狀態(tài)。但在有外來O2存在的情況下，PCl5會(huì)進(jìn)一步分解成P2O5并放出氯氣（Cl2）。4．生成的P2O5又進(jìn)一步與硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可見，在磷擴(kuò)散時(shí)，為了促使POCl3充分的分解和避免PCl5對硅片表面的腐蝕作用，必須在通氮?dú)獾耐瑫r(shí)通入一定流量的氧氣。在有氧氣的存在時(shí)，POCl3熱分解的反應(yīng)式為：4POCL3+5O2→2P2O5+6CL2POCl3分解產(chǎn)生的P2O5淀積在硅片表面，P2O5與硅反應(yīng)生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一層含P2O5的SIO2（磷硅玻璃），然后磷原子再向硅中進(jìn)行擴(kuò)散。影響擴(kuò)散的因素：１．管內(nèi)氣體中雜質(zhì)源濃度的大小決定著硅片N型區(qū)域磷濃度的大小。2。表面的雜質(zhì)源達(dá)到一定程度時(shí)，將對N型區(qū)域的磷濃度改變影響不大。3．?dāng)U散溫度和擴(kuò)散時(shí)間對擴(kuò)散結(jié)深影響較大。4．N型區(qū)域磷濃度和擴(kuò)散結(jié)深共同決定著方塊電阻的大小。安全操作：所有的石英器具都必須輕拿輕放。源瓶更換的標(biāo)準(zhǔn)操作過程。依次關(guān)閉進(jìn)氣閥門、出氣閥門，拔出連接管道，更換源瓶，連接管道，打開出氣閥門、進(jìn)氣閥門。⑷周邊刻蝕周邊刻腐目的：1．去除硅片周邊的n層，防止短路。2．工藝方法有等離子刻蝕和激光劃邊。3．我們采用等離子刻蝕機(jī)把周邊n層刻蝕掉?？涛g方法：等離子刻蝕和濕法刻蝕。本公司采用等離子刻蝕。等離子體刻蝕原理：等離子體刻蝕是采用高頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體激活成活性粒子，如原子或游離基，這些活性粒子擴(kuò)散到需刻蝕的部位，在那里與被刻蝕材料進(jìn)行反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除。它的優(yōu)勢在于快速的刻蝕速率同時(shí)可獲得良好的物理形貌。1．母體分子CF4在高能量的電子的碰撞作用下分解成多種中性基團(tuán)或離子。2．其次，這些活性粒子由于擴(kuò)散或者在電場作用下到達(dá)SiO2表面，并在表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。3．生產(chǎn)過程中，CF4中摻入O2，這樣有利于提高Si和SiO2的刻蝕速率?？涛g影響因素：刻蝕時(shí)間和射頻功率⑸去磷硅玻璃去磷硅玻璃目的：擴(kuò)散工藝會(huì)在在硅片表面形成一層含有磷元素的SiO2，稱之為磷硅玻璃（PSG）。它會(huì)阻止光吸收，同時(shí)又是絕緣的。工藝上采用HF酸腐蝕，所以也稱為去PSG。去磷硅玻璃原理：1．氫氟酸能夠溶解二氧化硅是因?yàn)闅浞崮芘c二氧化硅作用生成易揮發(fā)的四氟化硅氣體。SiO2+4HF→SiF4↑+2H2O2．若氫氟酸過量，反應(yīng)生成的四氟化硅會(huì)進(jìn)一步與氫氟酸反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸?？偡磻?yīng)式為：安全提示：1。在配制氫氟酸溶液時(shí)，要穿好防護(hù)服，戴好防護(hù)手套和防毒面具。2．不得用手直接接觸硅片和承載盒。3．當(dāng)硅片在1號槽氫氟酸溶液中時(shí)，不得打開設(shè)備照明，防止硅片被染色。4．硅片在兩個(gè)槽中的停留時(shí)間不得超過設(shè)定時(shí)間，防止硅片被氧化。⑹PECVD鍍減反射膜PECVD=PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition即“等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積”，是一種化學(xué)氣相沉積，其它的有HWCVD，LPCVD，MOCVD等。PECVD是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子化學(xué)活性很強(qiáng)，很容易發(fā)生反應(yīng)，在基片上沉積出所期望的薄膜。一次反射一次反射R1SiNN-Sin0二次反射R2圖（1-4）減反射原理減反射目的：通過調(diào)整薄膜厚度及折射率，使得兩次反射產(chǎn)生相消干涉，即光程差為1/2波長，薄膜的厚度應(yīng)該是1/4波長的光程。PECVD的種類：直接式—基片位于一個(gè)電極上，直接接觸等離子體（低頻放電10-500kHz或高頻13.56MHz）間接式—基片不接觸激發(fā)電極（如2.45GHz微波激發(fā)等離子）圖（1-5）直接式的PECVD圖（1-6）間接式的PECVDPECVD氮化硅膜的鈍化技術(shù)氫鈍化：鈍化硅體內(nèi)的懸掛鍵等缺陷。在晶體生長中受應(yīng)力等影響造成缺陷越多的硅材料，氫鈍化的效果越好。氫鈍化可采用離子注入或等離子體處理。在晶體硅太陽電池表面采用PECVD法鍍上一層氮化硅減反射膜，由于硅烷分解時(shí)產(chǎn)生氫離子，對晶體硅電池可產(chǎn)生氫鈍化的效果。應(yīng)用PECVDSi3N4可使表面復(fù)合速度小于20cm/s。安全提示：使用和維護(hù)本設(shè)備時(shí)必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程和安全規(guī)則，因?yàn)椋罕驹O(shè)備的工藝氣體為SiH4和NH3，二者均有毒，且SiH4易燃易爆。本設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生微波輻射，每次維護(hù)后和停機(jī)一段時(shí)間再開機(jī)前都要檢測微波是否泄漏。⑺印刷電極印刷電極目的：1．金屬接觸，收集載流子。2．背面場，經(jīng)燒結(jié)后形成的鋁硅合金，提高轉(zhuǎn)換效率。3．采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)。絲網(wǎng)印刷原理：絲網(wǎng)印刷是把帶有圖像或圖案的模版被附著在絲網(wǎng)上進(jìn)行印刷的。通常絲網(wǎng)由尼龍、聚酯、絲綢或金屬網(wǎng)制作而成。絲網(wǎng)印刷實(shí)際上是利用漿料進(jìn)行印刷制作電極。電池片絲網(wǎng)印刷的三步驟：背電極印刷及烘干漿料：Ag/Al漿如DupontPV502背電場印刷及烘干漿料：Al漿如廣州儒興RX8204正面電極印刷及烘干漿料：Ag漿如DupontPV149圖（1-7正面電極）圖（1-8背面電極）⑻燒結(jié)燒結(jié)目的：干燥硅片上的漿料，燃盡漿料的有機(jī)組分，使?jié){料和硅片形成良好的歐姆接觸。燒結(jié)對電池片的影響：1．于鋁漿燒結(jié)，銀漿的燒結(jié)要重要很多，對電池片電性能影響主要表現(xiàn)在串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻，即FF的變化。2．燒結(jié)的目的使?jié){料中的有機(jī)溶劑完全揮發(fā)，并形成完好的鋁硅合金和鋁層。局部的不均和散熱不均可能會(huì)導(dǎo)致起包，嚴(yán)重的會(huì)起鋁珠。3．背面場經(jīng)燒結(jié)后形成的鋁硅合金，鋁在硅中是作為P型摻雜，它可以減少金屬與硅交接處的少子復(fù)合，從而提高開路電壓和短路電流，改善對紅外線的響應(yīng)。安全提示：1．灼熱的表面有燙傷的危險(xiǎn)。2．危險(xiǎn)電壓有電擊或燒傷的危險(xiǎn)。3．有害或刺激性粉塵、氣體導(dǎo)致人身傷害。4．設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)打開或移動(dòng)固定件有卷入的危險(xiǎn)。第四章硅太陽能電池的工作原理及其結(jié)構(gòu)硅太陽電池的工作原理：硅原子的外層電子殼層中有4個(gè)電子。受到原子核的束縛比較小，如果得到足夠的能量，會(huì)擺脫原子核的束縛而成為自由電子，并同時(shí)在原來位置留出一個(gè)空穴。電子帶負(fù)電；空穴帶正電。在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數(shù)目是相等的。圖（1-9）硅原子示意圖在硅晶體中每個(gè)原子有4個(gè)相鄰原子，并和每一個(gè)相鄰原子共有2個(gè)價(jià)電子，形成穩(wěn)定的8原子殼層。從硅的原子中分離出一個(gè)電子需要1.12eV的能量，該能量稱為硅的禁帶寬度。被分離出來的電子是自由的傳導(dǎo)電子，它能自由移動(dòng)并傳送電流。圖（2-0）硅原子的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)如果在純凈的硅晶體中摻入少量的5價(jià)雜質(zhì)磷（或砷，銻等），由于磷原子具有5個(gè)價(jià)電子，所以1個(gè)磷原子同相鄰的4個(gè)硅原子結(jié)成共價(jià)鍵時(shí)，還多余1個(gè)價(jià)電子，這個(gè)價(jià)電子很容易掙脫磷原子核的吸引而變成自由電子。所以一個(gè)摻入5價(jià)雜質(zhì)的4價(jià)半導(dǎo)體，就成了電子導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體，也稱為n型半導(dǎo)體。在n型半導(dǎo)體中，除了由于摻入雜質(zhì)而產(chǎn)生大量的自由電子以外，還有由于熱激發(fā)而產(chǎn)生少量的電子-空穴對。然而空穴的數(shù)目相對于電子的數(shù)目是極少的，所以在n型半導(dǎo)體材料中，空穴數(shù)目很少,稱為少數(shù)載流子;而電子數(shù)目很多,稱為多數(shù)載流子。圖（2-1）n型半導(dǎo)體同樣如果在純凈的硅晶體中摻入3價(jià)雜質(zhì)，如硼（或鋁、鎵或銦等），這些3價(jià)雜質(zhì)原子的最外層只有3個(gè)價(jià)電子，當(dāng)它與相鄰的硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，還缺少1個(gè)價(jià)電子，因而在一個(gè)共價(jià)鍵上要出現(xiàn)一個(gè)空穴，因此摻入3價(jià)雜質(zhì)的4價(jià)半導(dǎo)體，也稱為p型半導(dǎo)體。對于p型半導(dǎo)體，空穴是多數(shù)載流子，而電子為少數(shù)載流子。圖（2-2）P型半導(dǎo)體若將p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體兩者緊密結(jié)合，聯(lián)成一體時(shí)，由導(dǎo)電類型相反的兩塊半導(dǎo)體之間的過渡區(qū)域，稱為p-n結(jié)。在p-n結(jié)兩邊，由于在p型區(qū)內(nèi)，空穴很多，電子很少；而在n型區(qū)內(nèi)，則電子很多，空穴很少。由于交界面兩邊，電子和空穴的濃度不相等，因此會(huì)產(chǎn)生多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。在靠近交界面附近的p區(qū)中，空穴要由濃度大的p區(qū)向濃度小的n區(qū)擴(kuò)散，并與那里的電子復(fù)合，從而使那里出現(xiàn)一批帶正電荷的攙入雜質(zhì)的離子。同時(shí)在p型區(qū)內(nèi)，由于跑掉了一批空穴而呈現(xiàn)帶負(fù)電荷的攙入雜質(zhì)的離子。同樣在靠近交界面附近的n區(qū)中，電子要由濃度大的n區(qū)向濃度小的p區(qū)擴(kuò)散，而電子則由濃度大的n區(qū)要向濃度小的p區(qū)擴(kuò)散，并與那里的空穴復(fù)合，從而使那里出現(xiàn)一批帶負(fù)電荷的攙入雜質(zhì)的離子。同時(shí)在n型區(qū)內(nèi)，由于跑掉了一批電子而呈現(xiàn)帶正電荷的攙入雜質(zhì)的離子。于是，擴(kuò)散的結(jié)果是在交界面的兩邊形成一邊帶正電荷而另一邊帶負(fù)電荷的一層很薄的區(qū)域，稱為空間電荷區(qū)。這就是p-n結(jié)。在p-n結(jié)內(nèi)，由于兩邊分別積聚了負(fù)電荷和正電荷，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由正電荷指向負(fù)電荷的電場，因此在p-n結(jié)內(nèi)，存在一個(gè)由n區(qū)指向p區(qū)的電場，稱為內(nèi)建電場（或稱勢壘電場)。圖（2-3）內(nèi)建電場太陽電池在光照下，能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度的光子，使得半導(dǎo)體中原子的價(jià)電子受到激發(fā)，在p區(qū)、空間電荷區(qū)和n區(qū)都會(huì)產(chǎn)生光生電子-空穴對，也稱光生載流子。這樣形成的電子-空穴對由于熱運(yùn)動(dòng)，向各個(gè)方向遷移。光生電子-空穴對在空間電荷區(qū)中產(chǎn)生后，立即被內(nèi)建電場分離，光生電子被推進(jìn)n區(qū)，光生空穴被推進(jìn)p區(qū)。在空間電荷區(qū)邊界處總的載流子濃度近似為0。在n區(qū)，光生電子-空穴產(chǎn)生后，光生空穴便向p-n結(jié)邊界擴(kuò)散，一旦到達(dá)p-n結(jié)邊界，便立即受到內(nèi)建電場的作用，在電場力作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，越過空間電荷區(qū)進(jìn)入p區(qū)，而光生電子（多數(shù)載流子）則被留在n區(qū)。p區(qū)中的光生電子也會(huì)向p-n結(jié)邊界擴(kuò)散，并在到達(dá)p-n結(jié)邊界后，同樣由于受到內(nèi)建電場的作用而在電場力作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入n區(qū)，而光生空穴（多數(shù)載流子）則被留在p區(qū)。因此在p-n結(jié)兩側(cè)形成了正、負(fù)電荷的積累，形成與內(nèi)建電場方向相反的光生電場。這個(gè)電場除了一部分抵消內(nèi)建電場以外，還使p型層帶正電，n型層帶負(fù)電，因此產(chǎn)生了光生電動(dòng)勢。這就是“光生伏打效應(yīng)”（簡稱光伏）。如果使太陽電池開路，即負(fù)載電阻，RL=∞，則被p-n結(jié)分開的全部過剩載流子就會(huì)積累在p-n結(jié)附近，于是產(chǎn)生了等于開路電壓VOC的最大光生電動(dòng)勢。如果把太陽電池短路，即RL=0，則所有可以到達(dá)p-n結(jié)的過剩載流子都可以穿過結(jié)，并因外電路閉合而產(chǎn)生了最大可能的電流，即短路電流ISC。圖（2-4）太陽能電池結(jié)構(gòu)圖第五章太陽能電池基本參數(shù)1．標(biāo)準(zhǔn)測試條件光源輻照度：1000W/m2；測試溫度：25±20C；AM1.5地面太陽光譜輻照度分布。2．太陽電池等效電路(1)理想太陽電池等效電路：相當(dāng)于一個(gè)電流為Iph的恒流電源與一只正向二極管并聯(lián)。流過二極管的正向電流稱為暗電流ID.流過負(fù)載的電流為I負(fù)載兩端的電壓為V圖（2-5）理想的太陽電池等效電路圖（2-6）實(shí)際的太陽電池等效電路(2)實(shí)際太陽電池等效電路：由于漏電流等產(chǎn)生的旁路電阻Rsh由于體電阻和電極的歐姆電阻產(chǎn)生的串聯(lián)電阻Rs在Rsh兩端的電壓為：Vj=(V+IRS)因此流過旁路電阻Rsh的電流為：ISh=(V+IRS)/Rsh流過負(fù)載的電流：I=Iph–ID–ISh暗電流ID是注入電流和復(fù)合電流之和，可以簡化為單指數(shù)形式：ID=Ioo{exp(qVj/A0kT)-1}其中：Ioo為太陽電池在無光照時(shí)的飽和電流；A0為結(jié)構(gòu)因子，它反映了p-n結(jié)的結(jié)構(gòu)完整性對性能的影響；K是玻爾茲曼恒量因此得出:這就是光照情況下太陽電池的電流與電壓的關(guān)系。畫成圖形，即為(I-V)特性曲線。在理想情況下：Rsh→∞，Rs→0由此得到：I=Iph–ID=Iph–Ioo{exp(qV/A0kT)-1}在負(fù)載短路時(shí)，即V