【正文】 入法等。C左右，為了獲得均勻的絨面，還應(yīng)在溶液中添加醇類(lèi)（如無(wú)水乙醇或異丙醇等）作為絡(luò)合劑，加快硅的腐蝕。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(guò)程的隨機(jī)性，方錐體的大小不等，以控制在3～6mm為宜。各向異性腐蝕即腐蝕速度隨單晶的不同結(jié)晶方向而變化，一般說(shuō)來(lái)，晶面間的共價(jià)健密度越高，也就越難腐蝕。 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。 硅片在不同濃度NaOH溶液中的腐蝕速率堿腐蝕的硅片表面雖然沒(méi)有酸腐蝕光亮平整，但制成的電池性能完全相同，目前，國(guó)內(nèi)外在硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)中的應(yīng)用表明，堿腐蝕液由于成本較低，對(duì)環(huán)境污染較小，是較理想的硅表面腐蝕液，另外堿腐蝕還可以用于硅片的減薄技術(shù)，制造薄型硅太陽(yáng)電池。出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，通常用較廉價(jià)的NaOH溶液，176。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。酸性腐蝕法硝酸和氫氟酸的混合液可以起到很好的腐蝕作用，其溶液配比為濃硝酸：氫氟酸=10：1到2：1。如硫酸、王水、酸性和堿性過(guò)氧化氫溶液等。金屬、金屬離子及各種無(wú)機(jī)化合物。 單體電池的制造硅單體太陽(yáng)電池的主要制造工藝主要包包括表面準(zhǔn)備、擴(kuò)散制結(jié)、制作電極和減反射膜幾道工序，下面分別作一敘述：硅片的表面準(zhǔn)備是制造硅太陽(yáng)電池的第一步主要工藝，它包括硅片的化學(xué)清洗和表面腐蝕。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。反而使開(kāi)路電壓降低，并且導(dǎo)致填充因子下降。所以，～。也由于該種材料易得。為了進(jìn)一步降低電池成本，人們還在研究單晶硅。人們研制、生產(chǎn)太陽(yáng)電池級(jí)硅（ＳＯＧ——Ｓｉ）。為了能與其它能源競(jìng)爭(zhēng)，一般要和晶硅太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率大于１０％。降低太陽(yáng)電池的成本決定于硅材料成本的降低。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。多晶硅經(jīng)過(guò)區(qū)熔法（Ｆｚ）和坩堝直拉法（ＣＧ）制成單晶硅棒。由工業(yè)硅制成硅的鹵化物（如三氯硅烷，四氯化硅）通過(guò)還原劑還原成為元素硅，最后長(zhǎng)成棒狀（或針狀、塊狀）多晶硅。其基本工藝可以歸納為下列步驟：１、砂子還原成治金級(jí)硅２、治金級(jí)硅提純?yōu)榘雽?dǎo)體級(jí)硅３、半導(dǎo)體級(jí)硅轉(zhuǎn)變?yōu)楣杵础⒐杵瞥商?yáng)電池５、太陽(yáng)電池封裝成電池組件 硅材料的制備與選取硅是地球外殼第二位最豐富的元素，提煉硅的原料是ＳiO２。到七十年代中期，由于石油危機(jī)，人們將注意力投到新能源上。相應(yīng)地，研制了生產(chǎn)滿足空間電池的標(biāo)準(zhǔn)電池工藝流程。第二章 硅太陽(yáng)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(yáng)電池后，便被主要應(yīng)用于空間飛行器的能源系統(tǒng)?！?，可望達(dá)到最高效率。通常開(kāi)路電壓較高時(shí)，F(xiàn)F也較大。太陽(yáng)電池若用Eg大的材料做成，則具有較高的開(kāi)路電壓。為獲取高效率，希望有大的短路電流，高的開(kāi)路電壓和大的填充因子，如果太陽(yáng)電池用禁帶寬度（Eg）小的材料做成，則短路電流較大。在照明條件下，它們的IV曲線沿電流軸平移，接上負(fù)載后，該器件在正電壓和正電流象限工作，給負(fù)載提供功率。對(duì)太陽(yáng)光，采用多層涂層能得到更好的效果。使用減反射膜可降低反射率。因?yàn)橛刑?yáng)光反射的存在，不是全部光線都能進(jìn)入Si中。為了使ISC最大，金屬柵占有的面積應(yīng)最小。一定的串聯(lián)電阻RS的影響是改變I－V曲線的位置。不過(guò)通常情況下，串聯(lián)電阻主要來(lái)自薄擴(kuò)散層。 背表面復(fù)合速率對(duì)電場(chǎng)參數(shù)的影響。如果Wp+與Ln+能比擬，且N+aNa，則Sn可以估計(jì)零，Sn對(duì)JSC、。在P/P+結(jié)處的電場(chǎng)妨礙電子朝背表面流動(dòng)存在一個(gè)電子勢(shì)壘，它容易做到歐姆接觸，在這里電子也被復(fù)合，在P/P＋界面處的復(fù)合速率可表示為 ()其中N+a，Dn＋和Ln+分別是P＋區(qū)中的摻雜濃度、擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散長(zhǎng)度。一種稱為背表面場(chǎng)（BSF）電池設(shè)計(jì)為，在沉積金屬接觸之前，電池的背面先擴(kuò)散一層P＋附加層。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。當(dāng)Nd和Na或（Nd）eff和（Na）eff不均勻且朝著結(jié)的方向降低時(shí)，就會(huì)建立起一個(gè)電場(chǎng)，其方向能有助于光生載流子的收集，因而也改善了ISC。 高摻雜效應(yīng)。既然（Nd）eff和（Na）eff顯現(xiàn)出峰值，那么用很高的Nd和Na不會(huì)再有好處，特別是在高摻雜濃度下壽命還會(huì)減小。摻雜濃度愈高，Voc愈高。五、摻雜濃度及剖面分布對(duì)VOC有明顯的影響的另一因素是摻雜濃度。設(shè)想光強(qiáng)被濃縮了X倍，單位電池面積的輸入功率和JSC都將增加X(jué)倍，同時(shí)VOC也隨著增加(kT/q)lnX倍。在加工過(guò)程中，適當(dāng)而且經(jīng)常進(jìn)行工藝處理，可以使復(fù)合中心移走，因而延長(zhǎng)壽命。長(zhǎng)壽命也會(huì)減小暗電流并增大VOC。在間接帶隙半導(dǎo)體材料如Si中，離結(jié)100mm處也產(chǎn)生相當(dāng)多的載流子，所以希望它們的壽命能大于1ms。C， %。C時(shí)，效率僅為12％。例如，一個(gè)硅電池在20176。對(duì)于Si，溫度每增加1176。二、溫度隨溫度的增加，效率η下降。一、 禁帶亮度VOC隨Eg的增大而增大，但另一方面，JSC隨Eg的增大而減小。這些缺陷將起復(fù)合中心的作用，從而降低少子壽命。但是在外層空間存在著高能粒子，如電子、質(zhì)子、g粒子等。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。載流子的擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的增高而增大，所以少數(shù)載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度也隨溫度的升高稍有增大，因此，光生電流JL也隨溫度的升高有所增加。Isc之比，所以轉(zhuǎn)換效率可表示為 ()太陽(yáng)電池的光譜響應(yīng)是指光電流與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系，設(shè)單位時(shí)間波長(zhǎng)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(shì)壘＋JL|基區(qū)。當(dāng)負(fù)載RL從0變化到無(wú)窮大時(shí)，輸出電壓V則從0變到VOC，同時(shí)輸出電流便從ISC變到0，由此得到電池的輸出特性曲線。（b）的形式。在等效電路中，可將它們的總效果用一個(gè)串聯(lián)電阻RS來(lái)表示。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。在恒定光照下，一個(gè)處于工作狀態(tài)的太陽(yáng)電池，其光電流不隨工作狀態(tài)而變化，在等效電路中可把它看作是恒流源。假如結(jié)形成的很好，禁帶寬度愈寬的半導(dǎo)體，VOC也愈大。而當(dāng)有較強(qiáng)的陽(yáng)光時(shí)，VOC則與入射光的強(qiáng)度的對(duì)數(shù)成正比。當(dāng)太陽(yáng)電池處于開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)光電流的大小產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這就是開(kāi)路電壓。將具有不同折射率的氧化膜重疊二層，在滿足一定的條件下，就可以在更寬的的波長(zhǎng)范圍內(nèi)減少折射率。）、TiOTa2O5（n1187。）、Al2O3(n1187。由于制備了減反射膜，短路電流可以增加30～40%。d1163。設(shè)l39。以硅電池為例，因?yàn)樵诳梢?jiàn)光至紅外光范圍內(nèi)，硅的折射率為n2 = ~，使式（）為零，則n1的值（， n0＝1）163。即 時(shí) (λ＝λ39。這個(gè)薄膜層稱為減反射膜（Antireflective coating）。時(shí)的情況，AM0則表示在宇宙空間中的分布在實(shí)際的半導(dǎo)體表面的反射率與入射光的波長(zhǎng)有關(guān)，一般為30～50％。AM表示入射到地球大氣的太陽(yáng)直射光所通過(guò)的路程長(zhǎng)度，定義為 ()式中： b0——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓b——測(cè)定時(shí)的大氣壓Z——太陽(yáng)天頂距離一般情況下，b 187。F（l）的值很大的程度上依賴于太陽(yáng)天頂角。流過(guò)負(fù)載電阻的電子到達(dá)p型硅表面電極處，在P型硅中成為過(guò)剩載流子，于是和被掃出來(lái)的空穴復(fù)合，形成光電流太陽(yáng)電池的短路電流等于其光生電流。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。這時(shí)，電子失去相當(dāng)于空間電荷區(qū)的電位高度及導(dǎo)帶底和費(fèi)米能級(jí)之間電位差的能量。但有一部分到達(dá)結(jié)的載流子，受結(jié)處的內(nèi)建電場(chǎng)加速而流入n型硅中。這時(shí)電子及空穴將總的hν Eg（ev）的多余能量以聲子（晶格振動(dòng)）的形式傳給晶格。由于光子的能量比硅的禁帶寬度大，因此電子被激發(fā)到比導(dǎo)帶底還高的能級(jí)處。并假設(shè)除負(fù)載電阻R外，電路中無(wú)其它電阻成分。下面我們把目光轉(zhuǎn)到太陽(yáng)電池的內(nèi)部，詳細(xì)研究能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。通過(guò)調(diào)整負(fù)載的大小，可以在一個(gè)最佳的工作點(diǎn)上得到最大輸出功率。 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。（暗電流）。本節(jié)以最普通的硅PN結(jié)太陽(yáng)電池為例，詳細(xì)地觀察光能轉(zhuǎn)換成電能的情況。它的基本構(gòu)造是由半導(dǎo)體的PN結(jié)組成。由于此時(shí)結(jié)處于正向偏置，因此，上述短路光電流和二極管的正向電流相等，并由此可以決定VOC的值。此時(shí)，如果將外電路短路，則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過(guò)，這個(gè)電流稱作短路電流，另一方面，若將PN結(jié)兩端開(kāi)路，則由于電子和空穴分別流入N區(qū)和P區(qū)，使N區(qū)的費(fèi)米能級(jí)比P區(qū)的費(fèi)米能級(jí)高，在這兩個(gè)費(fèi)米能級(jí)之間就產(chǎn)生了電位差VOC。它們?cè)趐n結(jié)附近形成與勢(shì)壘方向相反的光生電場(chǎng)。太陽(yáng)電池能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)是結(jié)的光生伏特效應(yīng)。太陽(yáng)電池可利用的電子主要是價(jià)帶電子。稱J0為飽和電流密度。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： () ()。當(dāng)存在外加電壓時(shí)，空間電荷區(qū)的n區(qū)邊界和p區(qū)邊界的空穴濃度pn及電子濃度np如下： ()當(dāng)加正向電壓時(shí)V0，加反向電壓時(shí)V0。當(dāng)外加電壓使得p區(qū)為正時(shí)，勢(shì)壘高度減小，空穴從p區(qū)向n區(qū)的移動(dòng)以及電子從n區(qū)向p區(qū)的移動(dòng)變得容易，在兩個(gè)區(qū)內(nèi)有少數(shù)載流子注入，因此電流容易流動(dòng)（稱為正向）。對(duì)于電子也可做同樣的論述。內(nèi)建電場(chǎng)從n區(qū)指向p 區(qū)，形成勢(shì)壘。通過(guò)這個(gè)空間電荷區(qū)的作用，使費(fèi)米能級(jí)成同一水平，達(dá)到平衡狀態(tài)。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)。連續(xù)方程 推導(dǎo)電子連續(xù)方程用的單元體積、橫截面積為A的單元體積，可以說(shuō)這個(gè)體積中電子的凈增加幾率等于它們進(jìn)入的速率減去它們出去的速率，加上該體積中它們的產(chǎn)生率，減去它們的復(fù)合率，寫(xiě)成方程為：進(jìn)入速率－出去速率＝ ()產(chǎn)生率－復(fù)合率＝ ()式中G是由于外部作用（如光照）所一引起的凈產(chǎn)生率，U是凈復(fù)合率。電流密度方程電子和空穴通過(guò)漂移和擴(kuò)散過(guò)程可對(duì)電流作出貢獻(xiàn)。在半導(dǎo)體中，r值為 ()式中，p和n是空穴和電子的濃度，ND+和NA分別是已電離的施主和受主的濃度。 泊松方程它描述了電場(chǎng)散度與空間電荷密度r之間的關(guān)系，在一維情況下，其形式為： ()式中e是介電常數(shù)。這些方程的解使我們能夠確定包括太陽(yáng)電池在內(nèi)的大部分半導(dǎo)體器件的理想特性。位于帶隙中央附近的表面態(tài)能級(jí)也是最有效的復(fù)合中心。因此由上面所敘述的機(jī)構(gòu)，在表面處，復(fù)合很容易發(fā)生。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。當(dāng)缺陷能級(jí)位于禁帶間中央附近時(shí)，就出現(xiàn)這種情況。如果te0和th0數(shù)量級(jí)相同，可知當(dāng)n1187。（a）所示，在此過(guò)程中，電子從導(dǎo)帶能級(jí)弛豫到缺陷能級(jí)，然后再弛豫到價(jià)帶，結(jié)果與一個(gè)空穴復(fù)合。 俄歇復(fù)合過(guò)程（a） 多余的能量傳給導(dǎo)帶中的電子（b） 多余的能量傳給價(jià)帶中的電子四、通過(guò)陷阱的復(fù)合前面已指出，半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷會(huì)在禁帶中產(chǎn)生允許能級(jí)。由于第二項(xiàng)的影響，高摻雜材料中俄歇復(fù)合尤其顯著。俄歇復(fù)合就是更熟悉的碰撞電離效應(yīng)的逆過(guò)程。三、俄歇復(fù)合在俄歇（Auger）效應(yīng)中，電子與空穴復(fù)合時(shí)，將多余的能量傳給第二個(gè)電子而不是發(fā)射光。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。1015cm3/s。在不存在由外部激勵(lì)源產(chǎn)生載流子對(duì)的情況下，與上式相對(duì)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(duì)任何復(fù)合機(jī)構(gòu)，都可定義有關(guān)載流子壽命（對(duì)電子）和（對(duì)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)。由于光吸收和這種復(fù)合過(guò)程之間的關(guān)系，由半導(dǎo)體的吸收系數(shù)能夠計(jì)算出B。由于間接帶隙半導(dǎo)體需要包括聲子的兩級(jí)過(guò)程，所以輻射復(fù)合在直接帶隙半導(dǎo)體中比間接帶隙半導(dǎo)體中進(jìn)行得快。占據(jù)比熱平衡時(shí)更高能態(tài)的電子有可能躍遷到空的低能態(tài)，其全部（或大部分）初末態(tài)間的能量差以光的方式發(fā)射。下面將介紹幾種不同的復(fù)合機(jī)構(gòu)。如果切斷光源，則載流子濃度就衰減到它們平衡時(shí)的值。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)。由于一部分光在半導(dǎo)體表面被反射掉，因此，進(jìn)入內(nèi)部的光實(shí)際上等于扣除反射后所剩部分。簡(jiǎn)言之，制造太陽(yáng)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(yáng)光，而用間接躍遷型材料，沒(méi)有一定的厚度，就不能保證光的充分吸收。 直接帶隙半導(dǎo)體的能量－晶體動(dòng)量圖 間接帶隙半導(dǎo)體的能量－晶體動(dòng)量圖硅屬于間接躍遷類(lèi)型，其吸收系數(shù)上升非常平緩，所以在太陽(yáng)光照射下，光可到達(dá)距表面20mm以上相當(dāng)深的地方，在此還能產(chǎn)生電子一空穴對(duì)