【正文】 光子照射在太陽電池上時(shí)，產(chǎn)生電子—空穴對。當(dāng)太陽光照射到這個(gè)太陽電池上時(shí)，將有和暗電流方向相反的光電流Iph流過。可以測得這個(gè)值，并稱為開路電壓。 pn結(jié)的電流－電壓特性當(dāng)光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，光子將能量提供給電子，電子將躍遷到更高的能態(tài)，在這些電子中，作為實(shí)際使用的光電器件里可利用的電子有：（1） 價(jià)帶電子；（2） 自由電子或空穴（Free Carrier）；（3） 存在于雜質(zhì)能級上的電子。在pn結(jié)上加偏置電壓時(shí)，由于空間電荷區(qū)內(nèi)沒有載流子（又稱為耗盡區(qū)）形成高阻區(qū)，因此，電壓幾乎全部跨落在空間電荷區(qū)上。在穩(wěn)態(tài)情況下，凈增加率必須為0，這樣就有 ()同樣，對于空穴有 ()方程組由上述方程，我們可得到應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的基本方程組： ()利用計(jì)算機(jī)，通過引入一些考慮周詳?shù)慕铺幚恚赡軜O簡單地就可求得這些方程的解。忽略其余兩維空間的變化，方程組將寫成一維的形式。因此，在帶隙中央引入能級的雜質(zhì)是有效的復(fù)合中心。對于高質(zhì)量硅，摻雜濃度大于1017cm3時(shí)，俄歇復(fù)合處于支配地位。正如前面所說的直接帶隙材料的復(fù)合壽命比間接帶隙材料的小得多。所有已考慮到的吸收機(jī)構(gòu)都有相反的輻射復(fù)合過程。為了充分利用太陽光，應(yīng)在半導(dǎo)體表面制備絨面和減反射層，以減少光在其表面的反射損失。一般禁帶寬度越寬，對某個(gè)波長的吸收系數(shù)就越小。此現(xiàn)象的基本原因是這些粒子的無規(guī)則的熱速度。因此，隨著半導(dǎo)體摻雜的加重，兩次碰撞間的平均時(shí)間以及遷移率都將降低。晶體內(nèi)的電子處于一種不同的情況，它運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量不同于自由電子的質(zhì)量，它不會長久持續(xù)地加速，最終將與晶格原子、雜質(zhì)原子或晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)的缺陷相碰撞。平衡狀態(tài)時(shí)dp/dt=0,由此可導(dǎo)出 = 常數(shù) ()它意味著多數(shù)載流子濃度和少數(shù)載流子濃度的乘積為確定值。上述的例子都是由摻雜形成的n型或P型半導(dǎo)體，因此稱為摻雜半導(dǎo)體。由于這個(gè)過程是電子空穴成對產(chǎn)生的，因此，也存在相同數(shù)目的空穴。這就在“禁止的”晶隙中安置了一個(gè)允許的能級，Ⅲ 族雜質(zhì)的分析與此類似。而通常情況下，由于半導(dǎo)體內(nèi)含有雜質(zhì)或存在品格缺陷，作為自由載流子的電子或空穴中任意一方增多，就成為摻雜半導(dǎo)體。半導(dǎo)體結(jié)晶在相鄰原子間存在著共用價(jià)電子的共價(jià)鍵。電導(dǎo)現(xiàn)象是隨電子填充允許帶的方式不同而不同。硅是四價(jià)元素，每個(gè)原子的最外殼層上有4個(gè)電子，在硅晶體中每個(gè)原子有4個(gè)相鄰原子，并和每一個(gè)相鄰原子共有兩個(gè)價(jià)電子，形成穩(wěn)定的8電子殼層。108Wm）。電子流動(dòng)運(yùn)載的是電量，我們把這種運(yùn)載電量的粒子，稱為載流子。眾所周知，原子是由原子核及其周圍的電子構(gòu)成的，一些電子脫離原子核的束縛，能夠自由運(yùn)動(dòng)時(shí)，稱為自由電子。半導(dǎo)體的電阻率較大（約105163。103Wm左右。基本物理定理——泡利（Pauli）不相容原理規(guī)定，每個(gè)允許能級最多只能被兩個(gè)自旋方向相反的電子所占據(jù)。參與這種電導(dǎo)現(xiàn)象的滿帶能級在大多數(shù)情況下位于滿帶的最高能級， 。電子和空穴在外電場作用下，朝相反方向運(yùn)動(dòng)，但是由于電荷符號也相反，因此，作為電流流動(dòng)方向則相同，對電導(dǎo)率起迭加作用。可以預(yù)期，與束縛在共價(jià)鍵內(nèi)的自由電子相比，釋放這個(gè)多余電子只須較小的能量。這類可以向半導(dǎo)體提供自由電子的雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)。結(jié)果，雜質(zhì)原子成為1價(jià)負(fù)離子的同時(shí)，提供了束縛不緊的空穴。設(shè)電子濃度為n，空穴濃度為p，則空穴濃度隨時(shí)間的變化率由電子空穴對的產(chǎn)生和復(fù)合之差給出下式： ()電子——空穴對的產(chǎn)生幾率g是由價(jià)帶中成為激發(fā)對象的電子數(shù)和導(dǎo)帶中可允許占據(jù)的能級數(shù)決定。同時(shí)費(fèi)米能級將根據(jù)摻雜濃度的不同。因此半導(dǎo)體的電導(dǎo)率s為 ()其中r是電阻率。電場的增加使碰撞之間的時(shí)間及遷移率減小了。當(dāng)頻率低、光子能量hn比半導(dǎo)體的禁帶寬度 Eg小時(shí)，大部分光都能穿透；隨著頻率變高，吸收光的能力急劇增強(qiáng)。簡言之，制造太陽電池時(shí)，用直接躍遷型材料，即使厚度很薄，也能充分的吸收太陽光，而用間接躍遷型材料，沒有一定的厚度，就不能保證光的充分吸收。下面將介紹幾種不同的復(fù)合機(jī)構(gòu)。在不存在由外部激勵(lì)源產(chǎn)生載流子對的情況下，與上式相對應(yīng)的凈復(fù)合率UR由總的復(fù)合率減去熱平衡時(shí)的產(chǎn)生率得到，即 ()對任何復(fù)合機(jī)構(gòu)，都可定義有關(guān)載流子壽命（對電子）和（對空穴）它們分別為 ()式中，U為凈復(fù)合率, Dn和Dp是相應(yīng)載流子從它們熱平衡時(shí)的值n0和p0的擾動(dòng)。俄歇復(fù)合就是更熟悉的碰撞電離效應(yīng)的逆過程。如果te0和th0數(shù)量級相同，可知當(dāng)n1187。位于帶隙中央附近的表面態(tài)能級也是最有效的復(fù)合中心。電流密度方程電子和空穴通過漂移和擴(kuò)散過程可對電流作出貢獻(xiàn)。內(nèi)建電場從n區(qū)指向p 區(qū)，形成勢壘。電流密度Jp為 ()同樣，注入到p區(qū)的少數(shù)載流子電子的電流密度Jn為 ()因加編壓V而產(chǎn)生的總電流是空穴電流與電子電流之和，故總電流密度J為： () ()。它們在pn結(jié)附近形成與勢壘方向相反的光生電場。本節(jié)以最普通的硅PN結(jié)太陽電池為例，詳細(xì)地觀察光能轉(zhuǎn)換成電能的情況。下面我們把目光轉(zhuǎn)到太陽電池的內(nèi)部，詳細(xì)研究能量轉(zhuǎn)換過程。但有一部分到達(dá)結(jié)的載流子，受結(jié)處的內(nèi)建電場加速而流入n型硅中。F（l）的值很大的程度上依賴于太陽天頂角。即 時(shí) (λ＝λ39。由于制備了減反射膜，短路電流可以增加30～40%。當(dāng)太陽電池處于開路狀態(tài)時(shí)，對應(yīng)光電流的大小產(chǎn)生電動(dòng)勢，這就是開路電壓。但是，由于前面和背面的電極和接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，基區(qū)和頂層都不可避免的要引入附加電阻。Isc之比，所以轉(zhuǎn)換效率可表示為 ()太陽電池的光譜響應(yīng)是指光電流與入射光波長的關(guān)系，設(shè)單位時(shí)間波長為λ的光入身到單位面積的光子數(shù)為F0（l），表面反射系數(shù)為ρ（l），產(chǎn)生的光電流為JL，則光譜響應(yīng)SR（l）定義為 ()其中JL＝JL|頂層＋JL|勢壘＋JL|基區(qū)。這些缺陷將起復(fù)合中心的作用，從而降低少子壽命。例如，一個(gè)硅電池在20176。長壽命也會減小暗電流并增大VOC。摻雜濃度愈高，Voc愈高。六、表面復(fù)合速率低的表面復(fù)合速率有助于提高ISC，并由于I0的減小而使VOC改善。 背表面復(fù)合速率對電場參數(shù)的影響。因?yàn)橛刑柟夥瓷涞拇嬖?，不是全部光線都能進(jìn)入Si中。為獲取高效率，希望有大的短路電流，高的開路電壓和大的填充因子，如果太陽電池用禁帶寬度（Eg）小的材料做成，則短路電流較大。第二章 硅太陽電池常規(guī)工藝自１９５３年研制出具有一定光電轉(zhuǎn)換效率的硅太陽電池后，便被主要應(yīng)用于空間飛行器的能源系統(tǒng)。由工業(yè)硅制成硅的鹵化物（如三氯硅烷，四氯化硅）通過還原劑還原成為元素硅，最后長成棒狀（或針狀、塊狀）多晶硅。為了能與其它能源競爭，一般要和晶硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率大于１０％。所以，～。金屬、金屬離子及各種無機(jī)化合物。出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，通常用較廉價(jià)的NaOH溶液，176。因此，（100）硅片的各向異性腐蝕最終導(dǎo)致在表面產(chǎn)生許多密布的表面為（111）面的四面方錐體，由于腐蝕過程的隨機(jī)性，方錐體的大小不等，以控制在3～6mm為宜。對擴(kuò)散的要求是獲得適合于太陽電池p—n結(jié)需要的結(jié)深和擴(kuò)散層方塊電阻，淺結(jié)死層小，電池短波響應(yīng)好，而淺結(jié)引起串聯(lián)電阻增加，只有提高柵電極的密度，才能有效提高電池的填充因子，這樣，增加了工藝難度，結(jié)深太深，死層比較明顯，如果擴(kuò)散濃度太大，則引起重?fù)诫s效應(yīng)，使電池開路電壓和短路電流均下降，實(shí)際電池制作中，考慮到各個(gè)因素，～，方塊電阻均20～70W/□，硅太陽電池所用的主要熱擴(kuò)散方法有涂布源擴(kuò)散，液態(tài)源擴(kuò)散，固態(tài)源擴(kuò)散等，下面分別對這幾種方法作簡單介紹。C擴(kuò)散時(shí)間 10～15min氮?dú)饬髁? 30～70ml/min雜質(zhì)源為特純P2O5在水或乙醇中的溶液表面方塊電阻20～40W/□二氧化硅乳膠實(shí)際上是一種有機(jī)硅氧烷的水解聚合物，能溶于乙醇等有機(jī)溶劑中，形成有一定粘度的溶液，它在100～400176。： 三氯氧磷擴(kuò)散裝置示意圖對于p型10Wcm硅片，三氯氧磷擴(kuò)散過程舉例如下：（1）將擴(kuò)散爐預(yù)先升溫至擴(kuò)散溫度（850～900176。（5）把石英舟拉至爐口降溫５分鐘，取出擴(kuò)散好的硅片，硼液態(tài)源擴(kuò)散時(shí)，其擴(kuò)散裝置與三氯氧磷擴(kuò)散裝置相同，但不通氧氣。擴(kuò)散硅片中表面狀態(tài)欠佳，ｐ—ｎ結(jié)面不太平整，對于大面積硅片薄層電阻值相差較大。擴(kuò)散過程中，在硅片的周邊表面也形成了擴(kuò)散層?；瘜W(xué)腐蝕是一種比較早使用方法，該方法可同時(shí)除去背結(jié)和周邊的擴(kuò)散層，因此可省去腐蝕周邊的工序。C）以上燒結(jié)合金（）。習(xí)慣上把制作在電池光照面上的電極稱為上電極。目前，該工藝已走向成熟，使線條的寬度可降到50mm，高度達(dá)到10～20mm。圖中也表示出這個(gè)設(shè)計(jì)的對稱性。對于硅電池來說，在一個(gè)太陽下工作時(shí)，接觸電阻損耗一般不是主要問題。若把柵線寬度WF取作在特定工藝條件下的最小值，則對應(yīng)于這個(gè)最小的S值能夠用漸近法求出，對某個(gè)設(shè)定值S39。從第二個(gè)界面返回到第一個(gè)界面的反射光與第一個(gè)界面的反射光相位差180176。商品化太陽電池中使用的一些減反射膜材料的折射率如下表。（5） 組合成本低。在組件中它是一項(xiàng)易被忽視但在實(shí)用中是決不能輕視的部件。邊框?yàn)檎辰Y(jié)劑構(gòu)成對組件邊緣的密封。光通量的單位是流明（lm），它用來計(jì)量所發(fā)出的總光量，發(fā)光強(qiáng)度為1cd的點(diǎn)光源，向周圍空間均勻發(fā)出4p流明的光能量。在地面上，由于太陽光透過大氣層后被吸收掉一部分，這種吸收和大氣層的厚度及組成有關(guān)，因此是選擇性吸收，結(jié)果導(dǎo)致非常復(fù)雜的光譜分布。地面上的情況則不同，一部分太陽光直接從太陽照射下來，而另一部分則來自大氣層或周圍環(huán)境的散射，前者稱為直接輻射，后者稱為天空輻射。其缺點(diǎn)是由于測試工作在極短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，因此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，在大面積太陽電池組件測量時(shí)，目前一般都采用脈沖式太陽模擬器，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。因此目前簡易型太陽模擬器多數(shù)采用冷光燈。脈沖氙燈：脈沖式太陽模擬選用各種脈沖氙燈作為光源，這種光源的特點(diǎn)是能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)出比一般光源強(qiáng)若干倍的強(qiáng)光，而且光譜特性比穩(wěn)態(tài)氙燈更接近于日光。(λ)的相對偏差：即 由上述容易看到，在兩種特殊情況下光譜失配誤差消失：一種情況是太陽模擬器的光譜和標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜完全一致，另一種情況是被測太陽電池的光譜響應(yīng)和標(biāo)準(zhǔn)太陽電池的光譜響應(yīng)完全一致。為了減少光譜失配誤差，模擬陽光的光譜應(yīng)盡量接近標(biāo)準(zhǔn)陽光光譜，或選用和被測量電池光譜響應(yīng)基本相同的標(biāo)準(zhǔn)太陽電池。標(biāo)準(zhǔn)測試溫。（1）開路電壓Voc（2）短路電流Isc（3）最佳工作電壓Vm（4）最佳工作電流Im（5）最大輸出功率Pm（6）光電轉(zhuǎn)換效率h（7）填充因子FF（8）伏安特性曲線或伏安特性（9）短路電流溫度系數(shù)a，簡稱電流溫度系數(shù)（10）開路電壓溫度系數(shù)b， 簡稱電壓溫度系數(shù)（11）內(nèi)部串聯(lián)電阻Rs（12）內(nèi)部并聯(lián)電阻Rsb。光譜響應(yīng)之所難于控制，一方面出于工藝上的原因，在眾多復(fù)雜因素的影響下，即使是同工藝、同結(jié)構(gòu)、同材料，甚至是同一批生產(chǎn)出來的太陽電池，并不能保證具有完全相同的光譜響應(yīng)，另一方面來自測試的困難，光譜響應(yīng)的測量要比伏安特性麻煩得多，也不易測量正確，不可能在測量伏安特性之前先把每片太陽電池的光譜響應(yīng)測量一下。3．3太陽模擬器某些光學(xué)特性的檢測3．3．1輻照不均勻度的檢測輻照不均勻度是對測試平面上不同點(diǎn)的輻照度來說，當(dāng)輻照度不隨時(shí)間改變時(shí)，輻照度不隨時(shí)間改變時(shí)，輻照不均勻度按下式計(jì)算:輻照不均勻度＝177。因此需經(jīng)常更換。但鹵光燈的色溫值在2300K左右，它的光譜和日光相差很遠(yuǎn)，紅外線含量太多，紫外線含量太少。天氣晴朗時(shí)，陽光輻照是非常穩(wěn)定的，僅隨高度角而緩慢的變化，當(dāng)天空有浮云或嚴(yán)重的氣流影響時(shí)才會產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，這種氣候條件不適宜于測量太陽電池，否則會得到不確定的結(jié)果。所以地面陽光的光譜隨時(shí)都在變化。指照射于一表面的光強(qiáng)度，它用勒克斯（lx）作為單位，當(dāng)1lm光通量的光強(qiáng)射到1m2面積上時(shí)，該面積所受的光照度（簡稱照度）就是1lx。平板式組件制造工藝流程如下：單體電池上電極焊互連條制備互連條單防電池分選組合焊接組合電池測試疊 層 層壓封裝 固 化 邊框封裝 電性能測試 組件檢驗(yàn) 組件包裝 玻璃清洗第三章 太陽電池測試太陽電池是將太陽能轉(zhuǎn)變成電能的半導(dǎo)體器件，從應(yīng)用和研究的角度來考慮，其光電轉(zhuǎn)換效率、輸出伏安特性曲線及參數(shù)是必須測量的，而這種測量必須在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)太陽光下進(jìn)行才有參考意義。 上蓋板覆蓋在太陽電池組件的正面，構(gòu)成組件的最外層，它既要透光率高，又要堅(jiān)固，起到長期保護(hù)電池的作用。目前還出現(xiàn)較新的雙面鋼化玻璃封裝組件。表：制作減反射膜所用材料的折射系數(shù)材料折射系數(shù)MgF2～SiO2～Al2O3～SiO～Si3N4～TiO2～Ta2O5～ZnS～減反膜的制備方法:真空鍍 SiO 類金剛石膜濺射法 Ta2O5 IT膜 Nb2O5 SiO2 TiO2印刷法 TiO Ta2O5噴涂法 Ti(OC2H5)4 鈦酸乙酰PECVD沉積 Si3N4單體太陽電