【正文】 世界級(jí)的產(chǎn)業(yè)基地 ， 并將在國(guó)際太陽(yáng)能光伏工業(yè)產(chǎn)業(yè)中占據(jù)重要的地位 。 ?1979年我國(guó)開始利用半導(dǎo)體工業(yè)廢次硅材料生產(chǎn)單晶硅太陽(yáng)能電池 。 人類將充分利用太陽(yáng)能發(fā)電 。 預(yù)計(jì)未來(lái)世界太陽(yáng) ?2020年太陽(yáng)能發(fā)電成本與化石能源成本相接近 ，德國(guó)可再生能源占 20%。 ? 1921年德國(guó)物理學(xué)家愛因斯坦由于 1904年提出的解釋光電效應(yīng)的理論獲得諾貝爾 （ Nobel） 物理獎(jiǎng) 。 ? 1877年 （ Se） 的光伏效應(yīng) ， 并制作第一片硒太陽(yáng)能電池 。 對(duì)太陽(yáng)電池的實(shí)際應(yīng)用起到?jīng)Q定性作用的是美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室關(guān)于單晶硅太陽(yáng)電池的研制成功 ， 在太陽(yáng)電池發(fā)展史上起到里程碑的作用 。 ? 到達(dá)地球表面的太陽(yáng)光一部分被表面物體所吸收，另外一部分又被反射回大氣層。其中氫占 80%，氦占 19%。Introduction to Solar Photovoltaic Technology 培訓(xùn)教師：馮少純 第一節(jié) 167。 ? 太陽(yáng)內(nèi)部處于高溫高壓狀態(tài)，不停進(jìn)行著熱核反應(yīng)，由氫聚變成氦，并將質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量。 太陽(yáng)電池發(fā)展史 太陽(yáng)能光伏發(fā)電最核心的器件 —— 太陽(yáng)電池 。至今為止 ， 太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)和機(jī)理沒有發(fā)生改變 。 ? 1883年美國(guó)發(fā)明家 Charles Fritts描述了第一塊硒太陽(yáng)能電池的原理 。 ?貝爾 (Bell)實(shí)驗(yàn)室研究人員 , %效率的單晶硅太陽(yáng)能電池的發(fā)現(xiàn) ，幾個(gè)月后效率達(dá)到 6%。 ?2030年太陽(yáng)能發(fā)電達(dá)到 10%~20%；德國(guó)將關(guān)閉所有的核電站 。 能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 中國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展史 ?1958年我國(guó)開始研制太陽(yáng)能電池 。 中國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展史 ?我國(guó)大陸包括正在建設(shè)的太陽(yáng)電池或太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)量可達(dá) 10MW以上的廠家有很多 ， 如：無(wú)錫尚德 ， 保定天威英利 ， 寧波太陽(yáng)能 ， 南京中電光伏 ， 上海太陽(yáng)能科技 ， 云南天達(dá)和常州天合等 。 太陽(yáng)電池分類 ? 晶體硅太陽(yáng)電池 （包括單晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池） ? 非晶硅太陽(yáng)電池 ? 薄膜太陽(yáng)電池 ? 化合物太陽(yáng)電池 ? 有機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)電池 第二節(jié) 167。 晶體概念 簡(jiǎn)單立方晶格 面心立方晶格 Au、 Ag、 Cu、 Al… 體心立方晶格 Li、 Na、 K、 Fe… 六角密排晶格 Be， Mg， Zn， Cd… 晶體： ? 有 規(guī)則對(duì)稱的幾何外形； ? 物理性質(zhì) (力 、 熱 、 電 、 光 … )各向異性 ； ? 有確定的熔點(diǎn)； ? 微觀 上 ， 分子 、 原子或離子呈有規(guī)則的周期性 排列 ， 形成 空間點(diǎn)陣 (晶格 )。 本征半導(dǎo)體 價(jià)電子（熱激發(fā)） 自由電子 空穴對(duì) 復(fù)合 平衡 本征半導(dǎo)體中 本征半導(dǎo)體 (1) 在半導(dǎo)體中有兩種載流子 這就是半導(dǎo)體和金屬導(dǎo)電原理的 本質(zhì)區(qū)別 a. 電阻率大 (2) 本征半導(dǎo)體的特點(diǎn) b. 導(dǎo)電性能隨溫度變化大 帶正電的空穴 帶負(fù)電的自由電子 本征半導(dǎo)體不能在半導(dǎo)體器件中直接使用 本征半導(dǎo)體 在外電場(chǎng)作用下，電子的定向移動(dòng)形成電流 + + + + + + + + 在外電場(chǎng)作用下，空穴的定向移動(dòng)形成電流 + + + + + + + + ? 本征半導(dǎo)體缺點(diǎn) 電子濃度 =空穴濃度； 載流子少，導(dǎo)電性差，溫度穩(wěn)定性差！ 不適宜制造半導(dǎo)體器件，通常要摻入一些雜質(zhì)來(lái)提高導(dǎo)電能力。 ? 載流子：自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。 P型半導(dǎo)體 ? 形成：本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)原子 ，如硼（ B）等。 在半導(dǎo)體內(nèi) ， 由于摻雜的不同 ， 使部分區(qū)域是 n型 ，另一部分區(qū)域是 p型 ， 它們交界處的結(jié)構(gòu)稱為 pn結(jié) (PN junction)。 E阻PN結(jié) PN結(jié)的形成 在交界面，由于兩種載流子的濃度差，出現(xiàn)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。 電子電勢(shì)能曲線 U0 電子能級(jí) 電勢(shì)曲線 PN結(jié) 0eU?它阻止 P區(qū)帶正電的空穴進(jìn)一步向 N區(qū)擴(kuò)散； 也阻止 N區(qū)帶負(fù)電的電子進(jìn)一步向 P區(qū)擴(kuò)散 。 于是 ， 有一些電子要從 N型區(qū)向 P型區(qū)擴(kuò)散 ， 也有一些空穴要從 P型區(qū)向 N型區(qū)擴(kuò)散 。 文字總結(jié)： PN結(jié)的形成 PN結(jié) 擴(kuò)散越強(qiáng) ， 空間電荷區(qū)越寬 。 文字總結(jié)： PN結(jié)的形成 PN結(jié) 另一方面 ， 這個(gè)電場(chǎng)將使 N區(qū)的少數(shù)載流子空穴向P區(qū)漂移 ， 使 P區(qū)的少數(shù)載流子電子向 N區(qū)漂移 ， 漂移運(yùn)動(dòng)的方向正好與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相反 。 最后 ， 多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 。 V （伏） 30 20 10 （毫安） 正向 0 I PN結(jié)的單向?qū)щ娦? (2) 負(fù)向偏壓 在 pn結(jié)的 p型一端接電源負(fù)極 ， 另一端接正極 ， 這叫對(duì)pn結(jié)加 反向偏壓 。 PN結(jié)的單向?qū)щ娦? 當(dāng)反向電壓超過某一數(shù)值后 ，反向電流會(huì)急劇增大 ， 這稱為反向擊穿 。 PN結(jié)的單向?qū)щ娦? PN結(jié)外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài) 外電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)的共同作用，使耗盡層變寬，形成很小的漂移電流。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 溫度特性 溫度也能顯著改變半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能 。 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 熱敏電阻 根據(jù)半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的升高而迅速下降的現(xiàn)象制成的半導(dǎo)體器件 ， 稱為 熱敏電阻(thermosensitive resistance) 。 光敏電阻是自動(dòng)控制 、 遙感等技術(shù)中的一個(gè)重要元件 。 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 集成電路 pn結(jié)的適當(dāng)組合可以作成具有放大功能的晶體三極管 (trasistor)， 以及其他各種晶體管 。 人類歷史上的第一個(gè)晶體管 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 人類歷史上的第一塊集成電路 1958年 9月 Texas Instruments Jack Kilby 2022年諾貝爾獎(jiǎng) 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 p n p 電信號(hào) c b Veb Vcb R e ~ 后來(lái)，晶體管又從點(diǎn)接觸型發(fā)展到 面接觸型 。 達(dá)到平衡后 ， 擴(kuò)散產(chǎn)生的電流和漂移產(chǎn)生的電流相等 。 PN結(jié) 光生伏特效應(yīng) 當(dāng)光照射在 pn結(jié)上時(shí)，光子會(huì)產(chǎn)生 電子 空穴對(duì) 。 利用太陽(yáng)光照射 pn結(jié)產(chǎn)生電池的裝置叫 太陽(yáng)能電池 。而對(duì)半導(dǎo)體技術(shù)要求的純度還要高幾個(gè)數(shù)量級(jí) 。 一般含 Si為 90～ 99%。 太陽(yáng)能級(jí)硅 太陽(yáng)能級(jí)硅是電子級(jí)硅生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品 ， 按照質(zhì)量排序主要包括以下幾種： 電子級(jí)硅的次級(jí)產(chǎn)品 →等外品硅大塊料 →小塊料 →單晶硅錠頭尾料 →廠內(nèi)循環(huán)返回料 →堝底料 →其它來(lái)源的硅料 雜質(zhì)含量： 10～ 100 ppm 電阻率： ～ 1 ohmcm以上 (B、 P) (1) 少子壽命 (ms) (2) 單位硅料消耗 （ 克硅 /瓦或噸硅 /兆瓦 ） (3) 太陽(yáng)電池組件總成本 評(píng)價(jià)因素： 太陽(yáng)能級(jí)硅 現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)是不管是單晶還是多晶硅太陽(yáng)電池 ， 都使用大尺寸 、 超薄的硅片 。 大尺寸： 太陽(yáng)能級(jí)硅 而厚度開始從 330 ?m向 240 ?m 、 220 ?m甚至可減少到 100 ?m以下 。 地殼中含量最多的元素氧和硅結(jié)合形成的二氧化硅 SiO2， 占地殼總質(zhì)量的 87%。 C左右 ， 這時(shí)碳就會(huì)將硅還原出來(lái) 。在電弧爐底部開孔可將液相硅收集 ， 凝固后可通過機(jī)械粉碎 ， 得到冶金級(jí)硅粉 。 生產(chǎn)一噸冶金硅 ， 需要消耗 12,000～ 13,000 度電 ，電力成本占整個(gè)生產(chǎn)成本的 60%。 冶金硅 由于冶金硅行業(yè)的準(zhǔn)入門檻很低 ， 投資 1臺(tái) 6300KVA 的硅爐只需要 300～ 400萬(wàn)元 ， 在 2022～ 2022 年間 ， 各地紛紛開始投資生產(chǎn)金屬硅 ， 使得中國(guó)的金屬硅產(chǎn)能飛速增長(zhǎng) ， 最終導(dǎo)致的結(jié)果是金屬硅價(jià)格長(zhǎng)期低迷 ， 一直在 ～ /公斤徘徊 。 目前 ， 100%的集成電路 （ Integrated Circuit, IC） 及 95％ 的太陽(yáng)能電池是硅制造的 。 高純多晶硅的生產(chǎn) 西門子法 德國(guó)西門子公司于 1954年發(fā)明，也叫三氯氫硅氫還原法，是廣泛采用的高純多晶硅制備技術(shù)。 高純多晶硅的生產(chǎn) 硅烷熱分解法