太陽電池材料

太陽電池材料太陽能常數(shù)：太陽光在其到達(dá)地球的平均距離處的自由空間中的輻射強(qiáng)度。取值為1353W/m2。大氣質(zhì)量（AM）：大氣對地球表面接受太陽光的影響程度。AM0：即太陽常數(shù)，指在地球外空間接受太陽光的情況。AM1：指太陽光直接垂直照射到地球表面的情況。AM1.5：指典型晴天時(shí)太陽光照射到一般地面的情況，輻射總量為1kW/m2，常用于太陽電池和組件效率測試時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。本證半導(dǎo)體：在超高純沒有參入雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料中，電子和空穴的濃度相等，稱為本證半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體:在超高純半導(dǎo)體材料中摻入某種雜質(zhì)元素，電子濃度大于空穴濃度。P型半導(dǎo)體：在超高純半導(dǎo)體材料中摻入某種雜質(zhì)元素，空穴濃度大于電子濃度。量子態(tài)：電子處于一系列特定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。能級：每個(gè)量子態(tài)中，電子的能量是一定的，稱為能級。靠近原子核的能級，電子受的束縛強(qiáng)，能級就低；遠(yuǎn)離原子核的能級，受的束縛弱，能級就高。滿帶：填滿了電子的能量低的能帶。導(dǎo)帶：半空或是全空，電子沒有填滿，能量最高的能帶。價(jià)帶：導(dǎo)帶下面的那個(gè)滿帶，其電子有可能躍遷到導(dǎo)帶。淺能級：在室溫下電離，對半導(dǎo)體材料提供額外的載流子，這類雜質(zhì)稱為淺能級雜質(zhì)。所引入的能級稱為淺能級。深能級：雜質(zhì)能級位于禁帶中心附近，室溫下基本不電離，成為少數(shù)載流子的復(fù)合中心，影響非平衡少數(shù)載流子的壽命，這類雜質(zhì)稱為深能級雜質(zhì)。所引入的能級為深能級。施主能級：像磷原子一樣能夠向品體硅提供電子作為載流子的雜質(zhì)，稱為施主雜質(zhì)，所引起的雜質(zhì)能級稱為施主能級，用Ed表示。受主能級：像硼原子一樣能夠向品體硅提供空穴作為載流子的雜質(zhì)，稱為受主雜質(zhì)，所引起的雜質(zhì)能級稱為受主能級，用Ea表示。本征激發(fā)：隨著溫度的升高，電子從熱振動(dòng)的晶格中吸收能量，電子從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，如從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，形成自由的導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴，稱為本征激發(fā)。一般認(rèn)為，本證半導(dǎo)體的費(fèi)米能級位于禁帶中央。電中性條件：無論摻入N型或P型摻雜劑，其雜質(zhì)半導(dǎo)體必然是電中性的，即半導(dǎo)體中的正電荷數(shù)和負(fù)電荷數(shù)相等，稱為電中性條件。直接復(fù)合：導(dǎo)帶底的電子躍遷到價(jià)帶與空位復(fù)合，稱為直接復(fù)合。間接復(fù)合：導(dǎo)帶底躍遷的電子，先躍遷到缺陷能級，再躍遷到價(jià)帶與空位復(fù)合，稱為間接復(fù)合。復(fù)合分三種形式：載流子復(fù)合時(shí)，發(fā)射光子，產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象，稱為輻射復(fù)合或發(fā)光復(fù)合。載流子復(fù)合時(shí)，發(fā)射聲子，將能量傳遞給晶格，產(chǎn)生熱能，稱為非輻射復(fù)合。載流子復(fù)合時(shí)，將能量傳遞給其他載流子，增加它們的能量，稱為俄歇復(fù)合。擴(kuò)散法：是太陽電池制備工藝最常用的方法。內(nèi)建電場：空間電荷區(qū)中存在正、負(fù)電荷區(qū)，形成了一個(gè)從n型半導(dǎo)體指向p型半導(dǎo)體的電場，又稱自建電場。肖特基二極管：具有整流效應(yīng)的金屬和半導(dǎo)體接觸，稱為肖特基接觸，以此基礎(chǔ)制成的二極管稱為肖特基二極管。沒有整流效應(yīng)的金屬和半導(dǎo)體接觸，稱為歐姆接觸。本證吸收：吸收的能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，就有可能使電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生電子-空穴對，這種吸收稱為本征吸收。本征吸收限：光能等于禁帶寬度時(shí)的波長和頻率分別為X。和v。！也就是說只有當(dāng)波長小于X?；蛘哳l率大于v。時(shí)本征吸收才能發(fā)生。直接帶隙半導(dǎo)體：半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶底的最小值和價(jià)帶頂?shù)淖畲笾稻哂邢嗤牟ㄊ竗，價(jià)帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶時(shí)，動(dòng)量不發(fā)生變化，稱為直接躍遷，這種半導(dǎo)體稱為直接帶隙半導(dǎo)體。如神化鎵。間接帶隙半導(dǎo)體：半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶底的最小值和價(jià)帶頂?shù)淖畲笾稻哂胁煌牟ㄊ竗，價(jià)帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶時(shí)，動(dòng)量發(fā)生變化，除了吸收光子外，電子還要與晶格作用，發(fā)射或吸收聲子，達(dá)到動(dòng)量守恒，稱為間接躍遷，這種半導(dǎo)體稱為間接帶隙半導(dǎo)體。如硅、鍺。絨面結(jié)構(gòu)：對于單品體硅而言，如果選擇擇優(yōu)化學(xué)腐蝕劑，就可以在硅片表面形成金字塔結(jié)構(gòu)，又稱表面織構(gòu)化。而對于鑄造多晶硅硅片，利用非擇優(yōu)腐蝕的酸性腐蝕劑，在鑄造多晶硅表面形成大小不等的球形結(jié)構(gòu)。磷擴(kuò)散的工藝：氣態(tài)磷擴(kuò)散、固態(tài)磷擴(kuò)散和液態(tài)磷擴(kuò)散。通常利用的液態(tài)磷源為三氯氧磷。在磷擴(kuò)散時(shí)，由于硅片表面具有高濃度的磷，會形成磷硅玻璃。一般是將硅片浸入稀釋的HF中，以去除磷硅玻璃。制備氮化硅薄膜：工業(yè)上和實(shí)驗(yàn)室一般使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法。非晶硅太陽電池結(jié)構(gòu)是pin結(jié)構(gòu)。硅晶體：硅晶體是立方晶系，其晶胞含有的總原子數(shù)為8.硅材料的分類：按純度分為金屬硅和半導(dǎo)體（電子級）硅；按結(jié)品形態(tài)分為非晶硅、多晶硅和單晶硅?；瘜W(xué)提純多晶硅的各種路線的共同特點(diǎn)是：中間化合物容易提純。在工業(yè)中應(yīng)用的技術(shù)有：三氯氫硅氫還原法、硅烷熱分解法和四氯化硅氫還原法。最重要的是前兩種技術(shù)。區(qū)熔單晶硅：品體生長的主要技術(shù)關(guān)鍵是如何控制好熔區(qū)。針對這個(gè)困難，采用“針眼工藝”。直拉單晶硅的制備工藝：多晶硅的裝料和熔化、種晶、縮頸、放肩、等頸和收尾。種晶完成后，籽品應(yīng)快速向上提升，品體生長速度加快新結(jié)品的單晶硅直徑比籽品小。在縮頸完成后，品體硅的生長速度大大放慢。當(dāng)放肩達(dá)到預(yù)定晶體直徑時(shí)，品體生長速度加快，并保持幾乎固定的速度，使晶體保持固定的直徑生長。斷苞：品體硅外形有連續(xù)不斷的扁平棱線，是無位錯(cuò)生長，反之有位錯(cuò)。固溶體：由兩種或兩種以上元素構(gòu)成的固溶體，在高溫溶化后，隨著溫度的降低將重新結(jié)品形成固溶體。在再結(jié)品的過程中，濃度小的元素在濃度高的元素品體及熔體中德濃度是不同的，稱為分凝現(xiàn)象。固相中某雜質(zhì)的濃度為Cs，液相中該雜質(zhì)的濃度為Cl，兩者的比值稱為該雜質(zhì)在此晶體中的平衡分凝系數(shù)。太陽電池單晶硅硅片加工工藝：切斷（割斷）、滾圓（切方塊）、切片和化學(xué)腐蝕。在太陽電池用直拉單晶硅中，主要的雜質(zhì)是氧、碳和金屬雜質(zhì)。主要的缺陷是位錯(cuò)。氧來源于晶體生長過程中石英坩蝸的污染。利用氧沉淀的性質(zhì)，設(shè)計(jì)“內(nèi)吸雜”工藝。直拉單晶硅：氧濃度表現(xiàn)為頭部高尾部底;從單晶硅的中心部位到邊緣是逐漸降低的。熱施主：450攝氏度是最有效的熱施主生成溫度。一般需要進(jìn)行650攝氏度熱處理，以去除原生熱施主，回復(fù)真實(shí)的電阻率。碳在硅中的分凝系數(shù)很小，一般認(rèn)為是0.07.碳濃度的分布與氧相反，頭部很低，品體尾部很高。碳為氧沉淀提供異質(zhì)核心。金屬原子在品體硅中的擴(kuò)散一般以間隙和替位擴(kuò)散兩種方式進(jìn)行。間隙擴(kuò)散比替位擴(kuò)散快。位錯(cuò)的類型：刃型位錯(cuò)（位錯(cuò)線的方向與晶體滑移的方向或者說外力的方向是垂直的）、螺型位錯(cuò)（位錯(cuò)線的方向與晶體滑移的方向或者說外力的方向是平行的）以及有它們組成的混合位錯(cuò)。鑄造多晶硅的兩種工藝：澆鑄法和直接熔融定向凝固法（直熔法）。石英坩堝使得多晶硅中的氧濃度升高，所以工藝上一般利用Si3N4或SiO/SiN等材料作為涂層。鑄造多晶硅中少量的位錯(cuò)和缺陷對熱施主的形成沒有重大影響。氫的作用：研究者發(fā)現(xiàn)氫可以和品體硅中的缺陷和雜質(zhì)作用，鈍化它們的電活性。吸雜：分為外吸雜和內(nèi)吸雜。對于硅太陽電池，內(nèi)吸雜技術(shù)是不合適的。對于鑄造多晶硅而言，磷吸雜和鋁吸雜是常用的吸雜技術(shù)。非晶硅的特點(diǎn)：呈現(xiàn)短程有序、長程無序的特點(diǎn)，是一種共價(jià)無規(guī)的網(wǎng)絡(luò)原子結(jié)構(gòu)。簡答題1、 半導(dǎo)體材料的基本特征:①電阻率特性②導(dǎo)電特性③負(fù)的電阻率溫度系數(shù)④整流特性⑤光電特性2、 P-n結(jié)的整流性：p-n結(jié)正向偏置時(shí)，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成較大的正向電流；p-n結(jié)反向偏置時(shí)，少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成很小的反向電流。3、 太陽能光電池的基本原理：光照在p-n結(jié)上且光能大于p-n結(jié)的禁帶寬度則在p-n結(jié)附近將產(chǎn)生電子-空穴對。由于內(nèi)建電場的存在，產(chǎn)生的非平衡少數(shù)載流子向空間電荷區(qū)兩端漂移，產(chǎn)生光生電勢，破壞原平衡，接入外電路則會出現(xiàn)電流，稱為光生伏特現(xiàn)象或光生伏特效應(yīng)，即太陽能光電池的基本原理。4、 品體硅太陽電池的基本工藝：絨面制備、p-n結(jié)制備、鋁背場制備、正面和背面金屬接觸以及減發(fā)射層沉積。5、 直拉單晶硅的制備工藝：多晶硅的裝料和熔化、種晶、縮頸、放肩、等頸和收尾。6、 對于太陽電池用單晶硅，硅片的加工工藝：切斷（割斷）、滾圓（切方塊）、切片和化學(xué)腐蝕。7、 鑄造多晶硅的晶體生長工藝:①裝料②加熱③化料④品體生長⑤退火⑥冷卻8、 吸除金屬雜質(zhì)的三個(gè)主要步驟及兩種吸雜機(jī)理:步驟一是原金屬沉淀的溶解；二是金屬原子的擴(kuò)散，擴(kuò)散到吸雜位置；三是金屬雜質(zhì)在吸雜點(diǎn)的重新沉淀。吸雜機(jī)理一種是松弛機(jī)理，另一種是分凝機(jī)理。9、 輝光放電的基本原理：在置有板狀的玻璃內(nèi)沖入低壓氣體或蒸汽，在兩板間電壓較高時(shí)，稀薄氣體中的殘余正