【正文】 在某一個(gè)確定的Eg隨處出現(xiàn)太陽(yáng)電池效率的峰值。四、光強(qiáng)將太陽(yáng)光聚焦于太陽(yáng)電池，可使一個(gè)小小的太陽(yáng)電池產(chǎn)生出大量的電能。在P/P＋界面 背表面場(chǎng)電池。對(duì)于垂直地投射到電池上的單波長(zhǎng)的光，用一種厚為1/4波長(zhǎng)、折射率等于 （n為Si的折射率）的涂層能使反射率降為零。該工藝在六十年代和七十年代初期一直被沿用。我們知道一些金屬（Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔｉ和Ｖ）只要很低的濃度就能降低電池的性能，而另一些雜質(zhì)即便濃度超過(guò)１０１５／ｃｍ２仍不成問(wèn)題，此濃度大約比半導(dǎo)體級(jí)硅的雜質(zhì)濃度高１００倍，這樣就可以選用成本較低的工藝來(lái)生產(chǎn)純度稍低的太陽(yáng)電池級(jí)硅，而仍舊能制造性能比較好的電池。硅片經(jīng)過(guò)初步清洗去污后，要進(jìn)行表面腐蝕，這是由于機(jī)械切片后，在硅片表面留下的平均為30～50mm厚的損傷層，腐蝕液有酸性和堿性兩類。制結(jié)過(guò)程是在一塊基體材料上生成導(dǎo)電類型不同的擴(kuò)散層，它和制結(jié)前的表面處理均是電池制造過(guò)程中的關(guān)鍵工序。乳膠中適量溶解五氧化二磷或三氧化二硼等雜質(zhì)，并經(jīng)乙醇稀釋成可用的二氧化硅乳膠源。擴(kuò)散前，氮化硼片預(yù)先在擴(kuò)散溫度下通氧３０分鐘使氮化硼表面的三氧化二硼與硅發(fā)生反應(yīng)，形成硼硅玻璃沉積下在硅表面，硼向硅內(nèi)部擴(kuò)散。去邊的方法有腐蝕法，即將硅片兩面掩好。它補(bǔ)償了背面n+層中的施主雜質(zhì)，得到以鋁摻雜的p型層，由硅一鋁二元相圖可知（）隨著合金溫度的上升，液相中鋁的比率增加。對(duì)于普通的電極設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原則是使電池的輸出最大，即電池的串聯(lián)電阻盡可能小和電池的光照作用面積盡可能大。主線的最佳尺寸可以由（2）和（4）式相加，然后對(duì)WB求導(dǎo)而得出。由下式給出：當(dāng)n1d1=l0/4時(shí)，反射有最小值：如果反射率是其兩邊材料的折射率的幾何平均值（n12=n0n2），則反射值為零。 玻璃殼體式太陽(yáng)電池組件示意圖1－玻璃殼體；2－硅太陽(yáng)電池；3－互連條；4－粘接劑；5－襯底；6－下底板；7－邊框線；8－電極接線柱。如果測(cè)試光源的特性和太陽(yáng)光相差很遠(yuǎn)，則測(cè)得的數(shù)據(jù)不能代表它在太陽(yáng)光下使用時(shí)的真實(shí)情況，甚至也無(wú)法換算到真實(shí)的情況，考慮到太陽(yáng)光本身隨時(shí)間、地點(diǎn)而變化，因此必須規(guī)定一種標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光條件，才能使測(cè)量結(jié)果既能彼此進(jìn)行相對(duì)比較，又能根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光下的測(cè)試數(shù)據(jù)估算出實(shí)際應(yīng)用時(shí)太陽(yáng)電池的性能參數(shù)。因此從測(cè)試的角度來(lái)考慮，需要規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的地面太陽(yáng)光譜分布。作為廉價(jià)的太陽(yáng)模擬器避免采用昂貴的濾光設(shè)備，通常用3cm厚的水膜來(lái)濾除一部分紅外線，使它近紅外區(qū)的光譜適當(dāng)改善，但卻無(wú)法補(bǔ)充過(guò)少的紫外線。（最大輻照度－最小輻照度）/（最大輻照度＋最小輻照度）100％在測(cè)量單體電池時(shí)，輻照不均勻度應(yīng)使用不超過(guò)待測(cè)電池面積1/4的檢測(cè)電池來(lái)檢測(cè)。地面陽(yáng)光的總輻照度規(guī)定為1000 w/m2。輻照度可以用標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池短路電流的標(biāo)定值來(lái)校準(zhǔn)?？偟膩?lái)說(shuō)，氙燈模擬器的缺點(diǎn)是裝置復(fù)雜，價(jià)格昂貴，特別是有效輻照面積很難做得很大。其優(yōu)點(diǎn)是瞬間功率可以很大，而平均功率卻很小。太陽(yáng)電池對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有不同的響應(yīng)，就是說(shuō)輻照度相同而光譜成分不同的光照射到同一太陽(yáng)電池上，其效果是不同的，太陽(yáng)光是各種波長(zhǎng)的復(fù)合光，它所含的光譜成分組成光譜分布曲線，而且其光譜分布也隨地點(diǎn)、時(shí)間及其它條件的差異而不同，在大氣層外情況很單純，太陽(yáng)光譜幾乎相當(dāng)于6000K的黑體輻射光譜，稱為AMO光譜。目前較多應(yīng)用的是TPF復(fù)合膜，要求:（1）具有良好的耐氣候性能（2）層壓溫度下不起任何變化（3）與粘接材料結(jié)合牢固平板組件必須有邊框，以保護(hù)組件和組件與方陣的連接固定。（4） 組合引起的電性能損失小。在其上覆蓋一層減反射膜層，可大大降低光的反射。由于柵線和主線的遮擋布而引起的功率損失是:忽略直接由半導(dǎo)體到主線的電流，接觸電阻損耗僅僅是由于柵線所引起的，這都分功率損耗一般近似為其中rc是接觸電阻率。（2） 化學(xué)鍍鎳制作電極 利用鎳鹽（氯化鈉或硫酸鎳）溶液在強(qiáng)還原劑次磷酸鹽的作用下，依靠鍍件表面具有的催化作用，使次磷酸鹽分解出生態(tài)原子氫將鎳離子還原成金屬鎳，同時(shí)次磷酸鹽分解析出磷，因此在鍍件表面上獲得鎳磷合金的沉積鍍層，化學(xué)鍍鎳的配方很多，堿性溶液用于半導(dǎo)體鍍鎳比酸性溶液好，下面是一種典型鍍液的萬(wàn)分：氯化鎳 30g/l氯化銨 50g/l檸檬酸銨 65g/l次磷酸鈉 10g/l（3） 絲網(wǎng)印刷制作電極真空蒸鍍和化學(xué)鍍鎳制作電極的方法是一種傳統(tǒng)的制作方法，但存在工藝成本較高，耗能量大，批量小，不適宜于自動(dòng)化生產(chǎn)，為了降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)量，人們將厚膜集成電路的絲網(wǎng)漏印工藝引入太陽(yáng)電池的生產(chǎn)中。該方法是在擴(kuò)散硅片背面真空蒸鍍或絲網(wǎng)印刷一層鋁，加熱或燒結(jié)到鋁—硅共熔點(diǎn)（577176。氮化硼固態(tài)源擴(kuò)散設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，擴(kuò)散硅片表面狀態(tài)好，ｐ—ｎ結(jié)面平整，均勻性，重復(fù)性比液態(tài)源擴(kuò)散好適合于大批量生產(chǎn)。（4）失源，繼續(xù)通大流量的氮?dú)猓祄in，以趕走殘存在管道內(nèi)的源蒸氣。實(shí)例：p型硅片 晶向（111）電阻率 擴(kuò)散溫度 900～950176。對(duì)于硅而言，如選擇合適的腐蝕液和腐蝕溫度，（100）面可比（111）面腐蝕速度大數(shù)十倍以上。通常，由單晶棒所切割的硅片表面可能污染的雜質(zhì)大致可歸納為三類：油脂、松香、蠟等有機(jī)物質(zhì)。而硅材料成本的關(guān)鍵在于材料的制造方法。薄膜電池用直接帶隙半導(dǎo)體更為可取，因?yàn)樗茉诒砻娓浇展庾印榱耸筊S小，一般是使金屬柵做成又密又細(xì)的形狀。這種不均勻摻雜的剖面分布，在電池基區(qū)中通常是做不到的；而在擴(kuò)散區(qū)中是很自然的。在直接帶隙材料，如GaAs或Gu2S中，只要10ns的復(fù)合壽命就已足夠長(zhǎng)了。高能粒子輻照時(shí)通過(guò)與晶格原子的碰撞，將能量傳給晶格，當(dāng)傳遞的能量大于某一閾值時(shí)，便使晶格原子發(fā)生位移，產(chǎn)生晶格缺陷，如填隙原子、空位、缺陷簇、空位一雜質(zhì)復(fù)合體等。光電流一部分流經(jīng)負(fù)載RL，在負(fù)載兩端建立起端電壓V，反過(guò)來(lái)它又正向偏置于p—n結(jié)二極管，引起一股與光電流方向相反的暗電流Ibk，這樣，(a)所示。667埃，滿足這些條件的材料一般可采用一氧化硅，在中心波長(zhǎng)處，反射率達(dá)到1%左右。分析短路電流的最方便的方法是將太陽(yáng)光譜劃分成許多段，每一段只有很窄的波長(zhǎng)范圍，并找出每一段光譜所對(duì)應(yīng)的電流，電池的總短路電流是全部光譜段貢獻(xiàn)的總和： ()式中 λ0 ——本征吸收波長(zhǎng)限 R(λ)——表面反射率 F(λ)——太陽(yáng)光譜中波長(zhǎng)為l～l+dl間隔內(nèi)的光子數(shù)。輸出功率（電能）與輸入功率（光能）之比稱為太陽(yáng)電池的能量轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)光照射到pn結(jié)上時(shí)，產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，在半導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)附近生成的載流子沒(méi)有被復(fù)合而到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)建電場(chǎng)的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結(jié)果使n區(qū)儲(chǔ)存了過(guò)剩的電子，p區(qū)有過(guò)剩的空穴。（b）表示pn結(jié)的能帶圖及從p區(qū)向n區(qū)變化的空間電荷區(qū)。即 ()式中Se0和Sh0是表面復(fù)合速度。然后，第二個(gè)電子通過(guò)發(fā)射聲子弛豫回到它初始所在的能級(jí)。這個(gè)衰減過(guò)程通稱為復(fù)合過(guò)程。半導(dǎo)體晶體的吸光程度由光的頻率n和材料的禁帶寬度所決定。電子載流子的遷移率定義為： ()來(lái)自導(dǎo)帶電子的相應(yīng)的電流密度將是 ()對(duì)于價(jià)帶內(nèi)的空穴，其類似公式為 ()總電流就是這兩部分的和。因某種原因，少數(shù)載流子一旦超過(guò)平衡值，就將發(fā)生與多數(shù)載流子的復(fù)合，企圖恢復(fù)到原來(lái)的平衡的狀態(tài)。這種情況下，形成電子過(guò)剩的n型半導(dǎo)體。在半導(dǎo)體中，空穴和導(dǎo)帶中的自由電子一樣成為導(dǎo)電的帶電粒子（即載流子）。但是晶體的平衡狀態(tài)并不是電子全都處在最低允許能級(jí)的一種狀態(tài)。許多有機(jī)化合物，如蒽也是半導(dǎo)體。在常溫下，絕緣體內(nèi)僅有極少量的自由電子，因此對(duì)外不呈現(xiàn)導(dǎo)電性。自由空間的電子所能得到的能量值基本上是連續(xù)的，但在晶體中的情況就可能截然不同了，孤立原子中的電子占據(jù)非常固定的一組分立的能線，當(dāng)孤立原子相互靠近，規(guī)則整齊排列的晶體中，由于各原子的核外電子相互作用，本來(lái)在孤立原子狀態(tài)是分離的能級(jí)擴(kuò)展，根據(jù)情況相互重疊。一旦從外部獲得能量，共價(jià)鍵被破壞后，電子將從價(jià)帶躍造到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶中留出電子的一個(gè)空位。例如，把V族元素（Sb,As,P）作為雜質(zhì)摻入單元素半導(dǎo)體硅單晶中時(shí)，這 （a） V族替位雜質(zhì)在禁帶中引入的允許能級(jí) （b）Ⅲ族雜質(zhì)的對(duì)應(yīng)能態(tài)些雜質(zhì)替代硅原子的位置進(jìn)入晶格點(diǎn)。但為數(shù)很多的化合物半導(dǎo)體，根據(jù)構(gòu)成元素某種過(guò)?；虿蛔?，有時(shí)導(dǎo)電類型發(fā)生變化。這種碰撞將造成電子運(yùn)動(dòng)的雜亂無(wú)章，換句話說(shuō)，它將降低電子從外加電場(chǎng)得到附加速度，兩次碰撞之間的“平均”時(shí)間稱為弛豫時(shí)間tr，由電子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速度來(lái)決定。粒子流與濃度梯度的負(fù)值成正比。一 馳豫到平衡適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射在半導(dǎo)體上會(huì)產(chǎn)生電子—空穴對(duì)。利用GaAs及其合金為材料的商用半導(dǎo)體激光器和光發(fā)射二極管就是以輻射復(fù)合過(guò)程作為基礎(chǔ)的。五、表面復(fù)合表面可以說(shuō)是晶體結(jié)構(gòu)中有相當(dāng)嚴(yán)重缺陷的地方。在一塊半導(dǎo)體晶體內(nèi)，P型和n型緊接在一起時(shí)，將它們交界處稱為pn結(jié)。太陽(yáng)電池可利用的電子主要是價(jià)帶電子。 無(wú)光照及光照時(shí)電流－電壓特性當(dāng)給太陽(yáng)電池連結(jié)負(fù)載R，并用太陽(yáng)光照射時(shí)，則負(fù)載上的電流Im和電壓Vm將由圖中有光照時(shí)的電流一電壓特性曲線與V=IR表示的直線的交點(diǎn)來(lái)確定。由于電路中無(wú)電源，電壓V=IR實(shí)際加在太陽(yáng)電池的結(jié)上，即結(jié)處于正向偏置。設(shè)l39。假如結(jié)形成的很好，禁帶寬度愈寬的半導(dǎo)體，VOC也愈大。當(dāng)溫度升高時(shí)，I—V曲線形狀改變，填充因子下降，所以轉(zhuǎn)換效率隨溫度的增加而降低。C， %。 高摻雜效應(yīng)。一定的串聯(lián)電阻RS的影響是改變I－V曲線的位置。通常開(kāi)路電壓較高時(shí)，F(xiàn)F也較大。硅片質(zhì)量直接影響成品電池的性能，它的價(jià)格在很大程度上決定了成品電池的成本。由于絨面電池相對(duì)有較高的吸光性能，較多采用（１００）間的硅襯底材料。 在掃描電鏡下絨面電池表面的外貌高10mm的峰是方形底面金字塔的頂。因而形成pn或np結(jié)。（2）取出經(jīng)過(guò)表面準(zhǔn)備的硅片，裝入石英舟，推入恒溫區(qū)，在大流量氮?dú)猓?00～1000ml/min）保護(hù)下預(yù)熱5分鐘?？梢赃m用自動(dòng)化，流水線生產(chǎn)。磨片法是用金鋼砂將背結(jié)磨去，也可以用壓縮空氣攜帶砂粒噴射到硅片背面除去。電極及電極材料的選擇：對(duì)于制作的上下電極材料一般要滿足下列要求:（1） 能與硅形成牢固的接觸（2） 接觸電阻比較小，應(yīng)是一種歐姆接觸（3） 有優(yōu)良的導(dǎo)電性（4） 遮擋面積小，一般小于8%（5） 收集效率高（6） 可焊性強(qiáng)（7） 成本低廉（8） 污染比較小。如果電極各部分是線性地逐漸變細(xì)的，則m值為4，如果寬度是均勻的，則m值為3。用式（10）所算出的S值的一半作初試值即可得出一個(gè)穩(wěn)定的迭代結(jié)果。對(duì)太陽(yáng)電池組件要求為：（1） 有一定的標(biāo)稱工作電流輸出功率。目前，低鐵鋼化玻璃為最為普遍的上蓋板材料主要有：室溫固化硅橡膠、氟化乙烯丙烯、聚乙烯醇縮丁醛、透明雙氧樹(shù)酯、聚醋酸乙烯等。對(duì)空間應(yīng)用，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)輻照度為1367w/m2（另一種較早的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為1353 w/m2），對(duì)地面應(yīng)用，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)輻照度為1000 w/m2。3．2．1穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬器和脈沖式太陽(yáng)模擬器穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬器是在工作時(shí)輸出輻照度穩(wěn)定不變的太陽(yáng)模擬器，它的優(yōu)點(diǎn)是能提供連續(xù)照射的標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光，使測(cè)量工作能從容不迫的進(jìn)行。因此必須用濾光片濾除，現(xiàn)代的精密太陽(yáng)模擬器幾乎都用氙燈作電源，主要原因是光譜比較接近日光。 單體太陽(yáng)電池測(cè)試測(cè)量太陽(yáng)電池的電性能歸結(jié)為測(cè)量它的伏安特性，由于伏安特性與測(cè)試條件有關(guān)，必須在統(tǒng)一的規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下進(jìn)行測(cè)量，或?qū)y(cè)量結(jié)果換算到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件，才能鑒定太陽(yáng)電池電性能的好壞，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件包括標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光（標(biāo)準(zhǔn)光譜和標(biāo)準(zhǔn)輻照度）和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度，溫度可以人工控制。C。輻照不穩(wěn)定度按下式計(jì)算輻照不穩(wěn)定度＝177。因此經(jīng)反射后紅外線大大減弱而其它光線卻成倍增加。原因是這種情況在地面上比較有代表性。坎德拉是一光源在給定的方向上的光強(qiáng)度，該光源發(fā)出頻率為540180。 全膠密封太陽(yáng)電池組件示意圖1－硅太陽(yáng)電池；2－粘接劑；3－電極引線；4－下底板；5－互連條。 減反射膜的硅表面反射的正常入射光的百分比與波長(zhǎng)的關(guān)系減反射膜的厚度的選取使得波長(zhǎng)在600nm處產(chǎn)生最小的反射。于是，最佳值由下面條件給出，即即： 實(shí)際上，不可能得到這個(gè)最佳值，在特定的條件下，要保持產(chǎn)品有較高的成品率，WF及S的最小值均受到工藝條件的限制。這種單電池的最大輸出功率可由ABJmpVmp得到，式中AB為單電池的面積，Jmp和Vmp分別為最大功率點(diǎn)的電流密度和電壓。 硅合金過(guò)程示意圖 鋁硅相圖背結(jié)能否燒穿與下列因素有關(guān)，基體材料的電阻率，背面擴(kuò)散層的摻雜濃度和厚度，背面蒸鍍或印刷鋁層的厚度，燒結(jié)的溫度，時(shí)間和氣氛等因素。目前，工業(yè)化生產(chǎn)用等離子干法腐蝕，在輝光放電條件下通過(guò)氟和氧交替對(duì)硅作用，去除含有擴(kuò)散層的周邊。 擴(kuò)散方法 比 較簡(jiǎn)單涂布源擴(kuò)散設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。C擴(kuò)散時(shí)間 15～60min則可使方塊電阻為10～40W/□。擴(kuò)散是物質(zhì)分子或原子運(yùn)動(dòng)引起的一種自然現(xiàn)象，熱擴(kuò)散制p—n結(jié)法為用加熱方法使V族雜質(zhì)摻入P型或Ⅲ族雜質(zhì)摻入n型硅。而氫氟酸使在硅表面形成的二氧化硅不斷溶解，使反應(yīng)不斷進(jìn)行，其反應(yīng)為生成的絡(luò)合物六氟硅酸溶于水，通過(guò)調(diào)整硝酸和氫氟酸的比例，溶液的溫度可控制腐蝕速度，如在腐蝕液中加入醋酸作緩沖劑，可使硅片表面光亮。也由于該種材料易得。其基本工藝可以歸納為下列步驟：１、砂子還原成治金