【正文】 ? 從能帶圖看， N型、 P型半導(dǎo)體單獨(dú)存在時(shí)， EFN與 EFP有一定差值。 ? 禁帶寬的材料， ni較小，故 UD也大。此電場使勢壘降低，其減小量即光生電勢差 ， P端正， N端負(fù)。 此時(shí) ? ? 令 Ip=SE， 則 ? )( 00 pKTqUIIeII ???)( 00 SEIeII KTe q U???0I? 開路電壓 Uoc： 光照下的 PN結(jié)外電路開路時(shí) P端對N端的電壓，即上述電流方程中 I=0時(shí)的 U值： ? )(0 00 SEIeI KTe q U???)/l n ( ()/(/)l n ()/( 000 ISEqKTIISEqKTU oc ???? 短路電流 Isc： 光照下的 PN結(jié)，外電路短路時(shí)，從 P端流出，經(jīng)過外電路，從 N端流入的電流稱為短路電流 Isc。 3．太陽能電池 ? 太陽的光輝普照大地，它是明亮的使者，太陽的光除了照亮世界，使植物通過光合作用把太陽光轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N養(yǎng)分，供人們食用，產(chǎn)生纖維質(zhì)供人們做衣服，生長木材給我們建筑房屋以外，太陽的光還可以通過太陽能電池轉(zhuǎn)變?yōu)殡?。太陽能電池的奧妙就在這個(gè)“結(jié)”上， P－ N結(jié)就像一堵墻，阻礙著電子和空穴的移動(dòng) ? 當(dāng)太陽能電池受到陽光照射時(shí)，電子接受光能，向 N型區(qū)移動(dòng)，使 N型區(qū)帶負(fù)電，同時(shí)空穴向 P型區(qū)移動(dòng)，使 P型區(qū)帶正電。 ? 太陽能電池 完全滿足這些要求 ? 1958年，美國的“先鋒一號”人造衛(wèi)星就是用了太陽能電池作為電源，成為世界上第一個(gè)用太陽能供電的衛(wèi)星 . ? 空間電源的需求使太陽電池作為尖端技術(shù)，身價(jià)百倍。 ? 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。 ? 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。 ? 所以在發(fā)達(dá)國家得到了高度重視，歐洲聯(lián)盟國家計(jì)劃在2022年太陽能光電轉(zhuǎn)換的電力占所有總電力的 ％，美國啟動(dòng)了“百萬屋頂”計(jì)劃。 ? 單晶硅電池具有電池轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高； ? 非晶硅太陽電池則具有生產(chǎn)效率高，成本低廉，但是轉(zhuǎn)換效率較低，而且效率衰減得比較厲害； ? 鑄造多晶硅太陽能電池則具有穩(wěn)定 的轉(zhuǎn)換效率，而且性能價(jià)格比最高； ? 薄膜晶體硅太陽能電池則現(xiàn)在還只能處在研發(fā)階段。 1876年，在固態(tài)硒（ Se） 的系統(tǒng)中也觀察到了光伏效應(yīng)，隨后開發(fā)出 Se／ CuO光電池。 ? 80年代初，硅太陽電池進(jìn)入快速發(fā)展的第三個(gè)時(shí)期。 ? （ 2） 紫光電池 一一這種電池最早（ 1972）是為通信衛(wèi)星開發(fā)的。目前因效率不高等問題研究者已不多，但 SnO In2O（ 1n2O3＋ SnO2） 是許多薄膜電池的重要構(gòu)成部分，作收集電流和窗口材料用。 ? （ 6） MINP電池 —— 可以把這種電池看作是 M1S電池和 p一 n結(jié)的結(jié)合，其中氧化層對表面和晶界復(fù)合起抑制作用。近年來硅電池的一個(gè)重要進(jìn)展來自于表面鈍化技術(shù)的提高。 ? 在發(fā)射結(jié)磷擴(kuò)散后的 Al層沉積在電池背面，再熱生長 10nm表面鈍化氧化層，并使背面 Al和硅形成合金，正面氧化層可大大降低表面復(fù)合速度，背面 Al合金可吸除體內(nèi)雜質(zhì)和缺陷，因此開路電壓得到提高。 FF=(Im Vm)/(Isc Voc) ? 其中： Isc— 短路電流， Voc— 開路電壓， Im— 最佳工作電流， Vm— 最佳工作電壓； ? （ B） 鈍化發(fā)射區(qū)和背表面電池（ PERC）： 鋁背面吸雜是 PESC電池的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。 PERL電池達(dá)到了 702mV的開路電壓和 23． 5％的效率。 （ 2）斯坦福大學(xué)的背面點(diǎn)接觸電池（ PCC） ? 點(diǎn)接觸電池的結(jié)構(gòu)與 PER1電池一樣，用TCA生長氧化層鈍化電池正反面。m， 以進(jìn)一步減小體內(nèi)復(fù)合。5cmX5cm電池效率達(dá)到 21． 4％（ Voc＝669mV， Isc＝ ， FF=0． 79）。研究證明，在多晶硅太陽電池上，不同材料的吸雜作用是不同的，特別是對碳含量高的材料就顯不出磷吸雜的作用。 ? 在高效太陽電池上常采用表面氧鈍化的技術(shù)來提高太陽電池的效率，近年來在晶體硅材料上使用也有明顯的效果，尤其采用熱氧化法效果更明顯。 1cm2電池的效率達(dá)到18． 6％。目前日本正計(jì)劃實(shí)現(xiàn)這種電池的產(chǎn)業(yè)化。 ? CdTe電池性能穩(wěn)定，但由于資源有限和 Cd毒性大，近 10年來市場份額一直維持在：13％左右； ? C1S電池的實(shí)驗(yàn)室效率不斷攀升：最近達(dá)到18％，但由于中試產(chǎn)品的重復(fù)性和一致性沒有根本解決，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程一再推后，至今仍停留在實(shí)驗(yàn)室和中試階段； ? 與此同時(shí)，晶體硅電池效率不斷提高，技術(shù)不斷改進(jìn)，加上晶硅穩(wěn)定，無毒，材料資源豐富，人們開始考慮開發(fā)多晶硅薄膜電池。 （ 2）多層多晶硅薄膜電池 ? UNSW1994年提出一種多層多晶硅薄膜電池的概念和技術(shù)， 1994年與 Pacific Power公司合作成立 Kcific solar公司開發(fā)這種電池?；瘜W(xué)提純是將純度較高的冶金級硅（ 99％）加工成細(xì)顆粒后，使用鹽酸、王水、氫氟酸等進(jìn)行酸洗革取，可將含鐵量降到200ppm量級，然后再進(jìn)行二次定向凝固（早期使用二次直拉），將含鐵量降到0． 3ppm量級，但其純度及成本均未能達(dá)到要求。目前全世界冶金級硅的產(chǎn)量約為 50萬噸／年。 拉制單晶有 CZ法（ 坩堝 拉制）和區(qū)熔法兩種。 定向凝固法中有一種稱為熱交換法（ HEM）， 在 坩堝 底部通入氣體冷源來形成溫度梯度。技術(shù)先進(jìn)的公司生產(chǎn)的鑄錠多在55cmX55cm（ 錠重 150kJ左右，目前65cmX65cm（ 錠重 230kJ的方形硅錠也已被鑄出，鑄錠時(shí)間在 3一 43h范圍，切片前硅材料的實(shí)收率可達(dá)到 83． 8％。目前該工藝已鑄出截面為 220mmX220mm的長硅錠，鑄錠的材質(zhì)純度比常規(guī)硅錠高。 （ 3）硅片加工技術(shù) 常規(guī)的硅片切割采用內(nèi)圓切片機(jī)，其刀損為 0． 3一 0． 35mm， 使晶體硅切割損失較大，且大硅片不易切得很薄。 ?采用激光切割法將硅管切成10cmXl0cm方形硅片。在 80年代中期北京有色金屬研究院在國家自然科學(xué)基金支持下開展了用碳網(wǎng)作支持物，從橫向拉制硅帶的工作，并研制出了設(shè)備。 （ 4）小硅球太陽電池 硅球的平均直徑為 12mm， 約有 2萬個(gè)小球鑲在 100cm2的鋁箔上以形成太陽電池，每個(gè)小球具有 p/n結(jié)，這么多的小球在鋁箔上形成并聯(lián)的結(jié)構(gòu)， 100cm2面積的電池效率可達(dá)到 10％。 ? 一種目前制造太陽級硅的主要方法是使用精煉的冶金級硅，采用 電子束加熱真空抽除法 去除磷雜質(zhì)，然后凝固，再采用等離子體氧化法去除硼及碳，再凝固。絨面、背場和減反射涂層被普遍采用，細(xì)柵金屬化技術(shù)在不斷改進(jìn)，單晶硅商業(yè)化電池效率在 13一 16％之間。光伏發(fā)電累計(jì)總裝機(jī)容量達(dá)到 800MW。 5MW／ 年，比 1997年高出 2倍。 ? （ 2）技術(shù)水平較低 ? （ 3）專用原材料國產(chǎn)化程度不高 ? （ 4）成本高。荷蘭政府向我國新疆自治區(qū)贈(zèng)送近 10萬套戶用光伏電源系統(tǒng)，價(jià)值 1500萬美元。但是該地區(qū)未來安裝量卻大大褪色，僅僅有 500MW。光伏市場希望美國、德國、法國和意大利等市場能推動(dòng)需求。 1997年世界發(fā)電總裝機(jī)容量約2022GW，其中核電約 400GW，約占 20％，世界核電目前是收縮或維持，而我國屆時(shí)核能將發(fā)展到約 100GW，這就意味著世界光伏發(fā)電屆時(shí)將達(dá)到 500GW左右。 4．二十一世紀(jì)晶硅電池的發(fā)展趨勢和展望 ? 90年代以來，在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推動(dòng)下，可再生能源技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。意大利在 2022年也實(shí)現(xiàn)了增長，以 258MW的安裝量排名第五。 ? 歐洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會（ EPIA）在 Frankfurt舉行的研討會上回顧了 2022年光伏產(chǎn)業(yè)的成長率，指出 2022年是杰出的一年。 到 1998年底，光伏發(fā)電系統(tǒng)總保有量約 12MW。 ? 預(yù)測到下世紀(jì)中葉，太陽能光伏發(fā)電將達(dá)到世界總發(fā)電量 15一 20％，成為人類的基礎(chǔ)能源之一。 歐洲和日本也有類似的計(jì)劃。 ? 3． 2晶硅電池的產(chǎn)業(yè)和市場發(fā)展 ? 國際光伏工業(yè)在過去 15年的平均年增長率為 20％。此太陽級硅已進(jìn)入每年生產(chǎn) 60噸的中試階段。我國復(fù)旦大學(xué)也曾對這種太陽電池工藝進(jìn)行了探索性實(shí)驗(yàn)，掌握了基本技術(shù)的要點(diǎn)。在電池制作中采用了 Al吸雜和低溫PECVDSi3N4， 鈍化技術(shù)，后者提供了體鈍化和發(fā)射區(qū)鈍化。 ? （ 2）枝蔓踐狀帶硅技術(shù) 在生長硅帶時(shí)兩條枝蔓晶直接從 坩堝 熔硅中長出，由于表面張力的作用，兩條枝晶的中間會同時(shí)長出一層如踐狀的薄片，所以稱為踐狀晶。 2． 2帶狀多晶硅制造技術(shù) ? 為了減少切片損失，在過去幾十年里開發(fā)過很多種制造片狀硅或帶硅的技術(shù)。 我國在 80年代初就開始了多晶硅材料和太陽電池研究，進(jìn)行鑄錠材料研究的有北京有色金屬研究總院、上海有色金屬研究所、復(fù)旦大學(xué)；其中上海有色所采用的是澆鑄法，北京有色院及復(fù)旦大學(xué)采用的是定向凝固法，并鑄出了 15kg重、220mmX220mmX140mm的硅錠。由于硅錠整體質(zhì)量的提高，使硅錠的可利用率得到明顯提高。此外，熔化硅幾乎能與所有材料起化學(xué)反應(yīng)，因而 坩堝 對硅料的污染必須控制在太陽級硅所允許的限度以內(nèi)。現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出多線切割法，可以切出很?。ā?100Pm） 的硅片，切割損失?。ā?30％），硅片表面切割損傷輕，有利于提高電池效率，切割成本低。 由于 SiHC13在 30℃ 以下是液體，因此很容易與氫氣分離。它的制備主要是在電弧爐中用碳還原石英砂而成。 2太陽電池用晶硅材料 ? 2． 1現(xiàn)用太陽電池硅材料 ? 目前全世界光伏工業(yè)晶體硅太陽電池所用的晶錠的投爐料，都采用半導(dǎo)體工業(yè)的次品硅及其單晶硅的頭尾料，其總量約占半導(dǎo)體工業(yè)生產(chǎn)硅料的 1／ 10，約為 1000～1200噸／年。 （ 1） CVD多晶硅薄膜電池 ? 各種 CVD（ PECVD等離子體， RTCVD快速熱， Hot一 wire CVD等）技術(shù)被用來生長多晶硅薄膜，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有些技術(shù)獲得了重要的結(jié)果。我國中試生產(chǎn)的 10cmX10cm多晶硅太陽電池的效率為 10一 11％，最高效率為 12％。 ? （ 3） Kysera電池 ? 日本 kysera公司在多晶硅高效電池上采用體鈍化和表面鈍化技術(shù)， PECVDSiN膜既作為減反射膜，又作為體鈍化措施，表面織構(gòu)化采用反應(yīng)性粒子刻邊技術(shù)。 ? 由于多晶硅材料制作成本低于單晶硅材料，因此多晶硅組件比單晶硅組件具有更大的降低成本的潛力，因而提高多晶硅電池效率的研究工作也受到普遍重視。一種方法是采用氫鈍化，鈍化硅體內(nèi)的懸掛鍵等缺陷。 晶界及雜質(zhì)影響可通過電池的工藝改善；由于材質(zhì)和晶界影響，電池效率較低。 （ 4）日本 SHARP的 C一 Si／ 181。m間距， 10181。然后在槽內(nèi)鍍出金屬電極。 ? （ C） 鈍化發(fā)射區(qū)和背面局部擴(kuò)散電池（ PERL）： 在背面接觸點(diǎn)下增加一個(gè)濃硼擴(kuò)散層，