【正文】 象，實(shí)行對購買太陽能 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 6 發(fā)電設(shè)備的費(fèi)用補(bǔ)助三分之二的制度。要求第一年有 1000 戶家庭、 20xx 年時有7 萬戶家庭裝上太陽能發(fā)電設(shè)備。據(jù)日本有關(guān)部門估計(jì)日本 2100 萬戶個人住宅中如果有 80％裝上太陽能發(fā)電設(shè)備，便可滿足全國總電力需要的 14％，如果工廠及辦公樓等單位用房也進(jìn)行太陽能發(fā)電，則太陽能發(fā)電將占全國電力的 30％－ 40％。當(dāng)前阻礙太陽能發(fā)電普及的最主要因素是費(fèi)用昂貴。為了滿足一般家庭電力需要的 3 千瓦發(fā)電系統(tǒng) ,太陽能空調(diào)，需 600 萬至 700 萬日元，還未 包括安裝的工錢。有關(guān)專家認(rèn)為，至少要降到 100 萬到 200 萬日元時，太陽能發(fā)電才能夠真正普及。降低費(fèi)用的關(guān)鍵在于太陽電池提高變換效率和降低成本。不久前，美國德州儀器公司和 SCE 公司宣布，它們開發(fā)出一種新的太陽電池，每一單元是直徑不到 1毫米的小珠，它們密密麻麻規(guī)則地分布在柔軟的鋁箔上，就像許多蠶卵緊貼在紙上一樣。在大約 50 平方厘米的面積上便分布有 1， 700 個這樣的單元。這種新電池的特點(diǎn)是，雖然變換效率只有 8％ 10%，但價格便宜。而且鋁箔底襯柔軟結(jié)實(shí)，可以像布帛一樣隨意折疊且經(jīng)久耐用，掛在向陽處便可發(fā)電，非常方便。據(jù)稱，使用這種新太陽電池，每瓦發(fā)電能力的設(shè)備只要 15 至 2 美元，而且每發(fā)一度電的費(fèi)用也可降到 14美分左右，完全可以同普通電廠產(chǎn)生的電力相競爭。每個家庭將這種電池掛在向陽的屋頂、墻壁上，每年就可獲得一二千度的電力。進(jìn)一步的提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率和降低太陽電池的生產(chǎn)成本是我們現(xiàn)階段不斷研究的課題。提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率的方法，有在太陽電池中減少能量的損失。損失有兩種類型：光學(xué)損失和電學(xué)損失，其中光學(xué)損失主要體現(xiàn)以下 3種方式： ，經(jīng)處理的拋光硅片反射率可達(dá) 30%以上； 的遮光損失，作為 上極電極的金屬柵線要遮掉 5%~15%的入射光； 量大于禁帶寬度的光子在電池背面的投射。三種光學(xué)性質(zhì)的損失中，硅表面的反射損失最多。通過在太陽電池表面制備絨面可以有效降低太陽電池的表面反射率。 本論文所研究的主要內(nèi)容 本論文主要從實(shí)用、商品化太陽電池的生產(chǎn)與工藝研究出發(fā)， 對太陽電池生產(chǎn)制絨的研究及技術(shù)改進(jìn)進(jìn)行了全方位的描述。 在第二章中著重對制作太陽電池工藝過程進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，并對某些工藝進(jìn)行了工藝條件的實(shí)驗(yàn)，通過對比得到結(jié)論，總結(jié)提出了提高效率、降低成本的個人看法。在三 、 四章主要 從理論 、 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 7 圖片和實(shí)際出發(fā)， 提出了在太陽電池生產(chǎn)工藝中制絨工藝的重要性和其改進(jìn)方法。本文 主要介紹清洗制絨的基本原理及工藝流程，并結(jié)合個人工作期間遇到的來料 、制絨深度的控制、人為不當(dāng)操作 等問題。 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 8 第二章 太陽電池基礎(chǔ)及其制作工藝 太陽電池 基本構(gòu)造和工作原理 太陽電池的基本構(gòu)造 （ a ） ( b ) ( c ) a. 太陽電池正面俯視 圖 其中 : 1 太陽電池主柵線 2 太陽電池副柵線、 3 太陽電池背電場 4 減反射膜 5 擴(kuò)散層 6 – 其區(qū)層 圖 2— 1 太陽電池的基本結(jié)構(gòu)圖 太陽電池工作原理 太陽電池是利用半導(dǎo)體光生伏打效應(yīng)（ Photovoltaic Effect）的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體按其是否含有雜質(zhì)及雜質(zhì)成分，分為本征半導(dǎo)體、非本征半導(dǎo)體。高純硅是一種本征半導(dǎo)體，在常溫下只有為數(shù)極少的電子穴對參與導(dǎo)電，部分自由電子遇到空穴會迅 速恢復(fù)合成共價鍵電子結(jié)構(gòu)，所以硅的本征電阻率比較大。但如果在高純中摻入極微量的電活性雜質(zhì)，其電阻率會顯著下降。當(dāng)向硅中摻入億分之一的硼，其電阻率就會降為原來的千分之一。摻入對雜質(zhì)不僅改變電導(dǎo)率，而且改變導(dǎo)電型號。 當(dāng)在硅中摻入磷、砷、銻等 5價元素（又稱施主雜質(zhì)），它們的價電子多于價軌道，是多電子原子，在形成共價鍵之外，有多余的電子，位于共價鍵之外的電子受原子核的束縛力要比組成共價鍵的電子小得多，只要得到很少的能量，就能成為自己電子。同時，該 5價的元素的原子成為帶正電陽離子。該材料以電子為多數(shù)載流子， 稱之為 N型半導(dǎo)體。 N型半導(dǎo)體也有空穴，但數(shù)量少，稱為少數(shù) 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 9 載流子。如果的在硅中摻入硼、鎵、鋁等 3價元素（又稱受主雜質(zhì)），它的價電子數(shù)目少于價軌道，是缺電子原子，在形成的共價鍵內(nèi)出現(xiàn)空穴，位于共價鍵內(nèi)的電子只需外界給很少能量，就會擺脫束縛過來填充，形成新的空穴。同時該 3價元素的原子成為帶負(fù)電的陰離子。該材料以空穴為多數(shù)載流子，稱為 P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體中也有自由電子，但數(shù)量很少，稱為少數(shù)載流子。當(dāng) P型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體緊密接觸在一起時，在交界面上就會有自由電子和空穴的濃度差，空穴向N型半導(dǎo)體擴(kuò)散，自由電子向 P型 半導(dǎo)體擴(kuò)散，在交界面附近，空穴和自由電子復(fù)合，于是在交界面附近， P型半導(dǎo)體帶負(fù)電， N型半導(dǎo)體帶正電，形成一個稱為勢壘電場的內(nèi)建電場，其方向從帶正電的 N區(qū)指向帶負(fù)電的 P區(qū)，電場的形成阻礙了自由電子和空穴的擴(kuò)散，從而形成一個穩(wěn)定的電場。當(dāng)太陽光照射到 PN結(jié)上時，光能被吸收后，在導(dǎo)帶和價帶中產(chǎn)生非平衡載流子 —— 電子空穴。它們分別在 P區(qū)的 N區(qū)形成濃度梯度，開始向 PN結(jié)作擴(kuò)散運(yùn)動。到達(dá)邊界時受 PN結(jié)勢壘區(qū)存在的強(qiáng)內(nèi)建電場作用下將空穴推向 P區(qū)，電子推向 N區(qū)，在勢壘區(qū)的內(nèi)建電場下，各向相反方向運(yùn)動。離開勢壘區(qū)，結(jié)果 使得 P區(qū)電勢升高 N區(qū)電勢降低， PN結(jié)兩端形成光生電動勢，這就是 PN的光生伏特效應(yīng)。 具有光生伏特效應(yīng)的 PN結(jié)實(shí)際上就相當(dāng)于一個電源，接上用電器后就能工作，這就是太陽電池的工作原理。 圖 22 太陽電池工作原理圖 太陽電池的簡介 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 10 圖 23 太陽電池制作工序 制作絨面：在太陽能電池中，其能量的損失有兩種類型，光學(xué)損失、電學(xué)損失，其中光學(xué)損失主要的以下幾種： 1硅表面上的反射損失，拋光后的硅片反射率在 30%發(fā)上； 2 上電極的遮光損失，作為上 電極的金屬柵線要遮蓋 5%15%的入射光； 3進(jìn)入硅片能量大于禁帶寬度的光子在家電池背面的投身。制絨是減少這些損失的方法之一，通過在硅片表面的制作絨面可以有效的降低太陽能電池的表面反射率，入射光在電池表面多次反射延長了光程，增加了對紅外光的吸收，而且有更多的光子在 PN結(jié)附近會產(chǎn)生光生載流子，從而增加了光生載流子的收集機(jī)率；另外同樣尺寸的硅片 ,絨面電池 PN 結(jié)的面積較大，可以提高短路電流，轉(zhuǎn)換效率也會有相應(yīng)的提高。 酸性制絨（主要適用于多晶硅） Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O （ ） SiO2+4HF=SiF4+2H2O （ ） SiF4+2HF=H2［ SiF6］ （ ） 擴(kuò)散：擴(kuò)散是一種由微粒的熱運(yùn)動所引起的物質(zhì)輸運(yùn)的過程，可以是一種或多種物質(zhì)在氣、液、固體的同一相內(nèi)或不同相間進(jìn)行。擴(kuò)散的驅(qū)動力實(shí)質(zhì)是化學(xué)勢梯度。固體中擴(kuò)散微觀基質(zhì)即擴(kuò)散基質(zhì)可以概括為 3種 ：填隙原子機(jī)制、空位機(jī)制、交換機(jī)制。 刻蝕：刻蝕是采用化學(xué)或是物理的方法，有選擇地從半導(dǎo)體材料表面除去不需要的材料的過程。通常是刻蝕技術(shù)分為濕法腐蝕和干法刻蝕。 1. 濕法腐蝕是通過化學(xué)溶液與被刻蝕材料發(fā)生反應(yīng)而去除被刻蝕部分制作絨面 擴(kuò)散 刻蝕 去 PSG PECVD 絲網(wǎng)印刷 電極燒結(jié) 檢測分選 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)畢業(yè)論文 11 的方法。但其特點(diǎn)是各向同性，存在側(cè)向腐蝕而產(chǎn)生底切現(xiàn)象，導(dǎo)致線寬失真等問題，所以目前不用。 2. 干法刻蝕是把材料的被刻蝕表面暴露于等離子體中，等離子體通過光刻膠中開出的窗口與材料發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)從而去除暴露的材料。分為物理性刻蝕和化學(xué)性刻蝕。 去磷硅玻璃（ PSG）：磷硅玻璃是硅片在擴(kuò)散時的化學(xué) 反應(yīng)導(dǎo)致在硅片表面形成一層含有磷元素的二氧化硅，稱之為磷硅玻璃。除去這層磷硅玻璃主要是用氫氟酸來腐蝕，因?yàn)闅浞峋哂腥芙舛趸璧奶匦浴? 減反射膜： PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 )技術(shù)原理是低溫等離子體作為能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電（或另加發(fā)熱體） 使樣品上升到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體，氣體經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面固態(tài)薄膜。 絲網(wǎng)印刷：絲網(wǎng)印刷是太陽能電池制造的重要工藝，它質(zhì)量的好壞會對太陽能電池的性能特別是電性能產(chǎn)生重要影響。太陽能電 池的印刷電極，最早是采用真空鍍或化學(xué)電鍍技術(shù)制作現(xiàn)普遍采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)，即通過特殊的印刷機(jī)和模板將銀漿、鋁漿印刷在太陽電池的正、背面以形成正負(fù)電極引線，再經(jīng)過低溫烘烤、高溫?zé)Y(jié)，最終制成太陽電池。 電極燒結(jié)：太陽電池片目前采用只需一次燒結(jié)的共燒工藝原理，同時形成上下電極的歐姆接觸（歐姆接觸：金屬與半導(dǎo)體的接觸，接觸