【正文】 液中添加醇類（如無水乙醇或異丙醇等）作為絡合劑，加快硅的腐蝕。因此，（100）硅片的各向異性腐蝕最終導致在表面產(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，一般說來，晶面間的共價健密度越高，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有酸腐蝕光亮平整，但制成的電池性能完全相同，目前，國內(nèi)外在硅太陽電池生產(chǎn)中的應用表明，堿腐蝕液由于成本較低，對環(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，制造薄型硅太陽電池。出于經(jīng)濟上的考慮，通常用較廉價的NaOH溶液，176。而氫氟酸使在硅表面形成的二氧化硅不斷溶解，使反應不斷進行，其反應為生成的絡合物六氟硅酸溶于水，通過調(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、酸性和堿性過氧化氫溶液等。金屬、金屬離子及各種無機化合物。 單體電池的制造硅單體太陽電池的主要制造工藝主要包包括表面準備、擴散制結(jié)、制作電極和減反射膜幾道工序，下面分別作一敘述：硅片的表面準備是制造硅太陽電池的第一步主要工藝，它包括硅片的化學清洗和表面腐蝕。由于絨面電池相對有較高的吸光性能，較多采用（１００）間的硅襯底材料。反而使開路電壓降低，并且導致填充因子下降。所以，～。也由于該種材料易得。為了進一步降低電池成本，人們還在研究單晶硅。人們研制、生產(chǎn)太陽電池級硅（ＳＯＧ——Ｓｉ）。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％。降低太陽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，它的價格在很大程度上決定了成品電池的成本。多晶硅經(jīng)過區(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）通過還原劑還原成為元素硅，最后長成棒狀（或針狀、塊狀）多晶硅。其基本工藝可以歸納為下列步驟：１、砂子還原成治金級硅２、治金級硅提純?yōu)榘雽w級硅３、半導體級硅轉(zhuǎn)變?yōu)楣杵?、硅片制成太陽電池５、太陽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，人們將注意力投到新能源上。相應地，研制了生產(chǎn)滿足空間電池的標準電池工藝流程。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，便被主要應用于空間飛行器的能源系統(tǒng)?！赏_到最高效率。通常開路電壓較高時，F(xiàn)F也較大。太陽電池若用Eg大的材料做成，則具有較高的開路電壓。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。在照明條件下，它們的IV曲線沿電流軸平移，接上負載后，該器件在正電壓和正電流象限工作，給負載提供功率。對太陽光，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。因為有太陽光反射的存在，不是全部光線都能進入Si中。為了使ISC最大，金屬柵占有的面積應最小。一定的串聯(lián)電阻RS的影響是改變I－V曲線的位置。不過通常情況下，串聯(lián)電阻主要來自薄擴散層。 背表面復合速率對電場參數(shù)的影響。如果Wp+與Ln+能比擬，且N+aNa，則Sn可以估計零，Sn對JSC、。在P/P+結(jié)處的電場妨礙電子朝背表面流動存在一個電子勢壘，它容易做到歐姆接觸，在這里電子也被復合，在P/P＋界面處的復合速率可表示為 ()其中N+a，Dn＋和Ln+分別是P＋區(qū)中的摻雜濃度、擴散系數(shù)和擴散長度。一種稱為背表面場（BSF）電池設計為，在沉積金屬接觸之前，電池的背面先擴散一層P＋附加層。六、表面復合速率低的表面復合速率有助于提高ISC，并由于I0的減小而使VOC改善。當Nd和Na或（Nd）eff和（Na）eff不均勻且朝著結(jié)的方向降低時，就會建立起一個電場，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。既然（Nd）eff和（Na）eff顯現(xiàn)出峰值，那么用很高的Nd和Na不會再有好處，特別是在高摻雜濃度下壽命還會減小。摻雜濃度愈高，Voc愈高。五、摻雜濃度及剖面分布對VOC有明顯的影響的另一因素是摻雜濃度。設想光強被濃縮了X倍，單位電池面積的輸入功率和JSC都將增加X倍，同時VOC也隨著增加(kT/q)lnX倍。在加工過程中，適當而且經(jīng)常進行工藝處理，可以使復合中心移走，因而延長壽命。長壽命也會減小暗電流并增大VOC。在間接帶隙半導體材料如Si中，離結(jié)100mm處也產(chǎn)生相當多的載流子，所以希望它們的壽命能大于1ms。C， %。C時，效率僅為12％。例如，一個硅電池在20176。對于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。當溫度升高時，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。載流子的擴散系數(shù)隨溫度的增高而增大，所以少數(shù)載流子的擴散長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 ()太陽電池的光譜響應是指光電流與入射光波長的關系，設單位時間波長為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SR（l）定義為 ()其中JL＝JL|頂層＋JL|勢壘＋JL|基區(qū)。當負載RL從0變化到無窮大時，輸出電壓V則從0變到VOC，同時輸出電流便從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串聯(lián)電阻RS來表示。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，一個處于工作狀態(tài)的太陽電池，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體，VOC也愈大。而當有較強的陽光時，VOC則與入射光的強度的對數(shù)成正比。當太陽電池處于開路狀態(tài)時，對應光電流的大小產(chǎn)生電動勢，這就是開路電壓。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l39。以硅電池為例，因為在可見光至紅外光范圍內(nèi)，硅的折射率為n2 = ~，使式（）為零，則n1的值（， n0＝1）163。即 時 (λ＝λ39。這個薄膜層稱為減反射膜（Antireflective coating）。時的情況，AM0則表示在宇宙空間中的分布在實際的半導體表面的反射率與入射光的波長有關，一般為30～50％。AM表示入射到地球大氣的太陽直射光所通過的路程長度，定義為 ()式中： b0——標準大氣壓b——測定時的大氣壓Z——太陽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天頂角。流過負載電阻的電子到達p型硅表面電極處，在P型硅中成為過剩載流子，于是和被掃出來的空穴復合，形成光電流太陽電池的短路電流等于其光生電流。由于電路中無電源，電壓V=IR實際加在太陽電池的結(jié)上，即結(jié)處于正向偏置。這時，電子失去相當于空間電荷區(qū)的電位高度及導帶底和費米能級之間電位差的能量。但有一部分到達結(jié)的載流子，受結(jié)處的內(nèi)建電場加速而流入n型硅中。這時電子及空穴將總的hν Eg（ev）的多余能量以聲子（晶格振動）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)到比導帶底還高的能級處。并假設除負載電阻R外，電路中無其它電阻成分。下面我們把目光轉(zhuǎn)到太陽電池的內(nèi)部，詳細研究能量轉(zhuǎn)換過程。通過調(diào)整負載的大小，可以在一個最佳的工作點上得到最大輸出功率。 無光照及光照時電流－電壓特性當給太陽電池連結(jié)負載R，并用太陽光照射時，則負載上的電流Im和電壓Vm將由圖中有光照時的電流一電壓特性曲線與V=IR表示的直線的交點來確定。（暗電流）。本節(jié)以最普通的硅PN結(jié)太陽電池為例，詳細地觀察光能轉(zhuǎn)換成電能的情況。它的基本構造是由半導體的PN結(jié)組成。由于此時結(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，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，這個電流稱作短路電流，另一方面，若將PN結(jié)兩端開路，則由于電子和空穴分別流入N區(qū)和P區(qū)，使N區(qū)的費米能級比P區(qū)的費米能級高，在這兩個費米能級之間就產(chǎn)生了電位差VOC。它們在pn結(jié)附近形成與勢壘方向相反的光生電場。太陽電池能量轉(zhuǎn)換的基礎是結(jié)的光生伏特效應。太陽電池可利用的電子主要是價帶電子。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： () ()。當存在外加電壓時，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： ()當加正向電壓時V0，加反向電壓時V0。當外加電壓使得p區(qū)為正時，勢壘高度減小，空穴從p區(qū)向n區(qū)的移動以及電子從n區(qū)向p區(qū)的移動變得容易，在兩個區(qū)內(nèi)有少數(shù)載流子注入，因此電流容易流動（稱為正向）。對于電子也可做同樣的論述。內(nèi)建電場從n區(qū)指向p 區(qū)，形成勢壘。通過這個空間電荷區(qū)的作用，使費米能級成同一水平，達到平衡狀態(tài)。在一塊半導體晶體內(nèi)，P型和n型緊接在一起時，將它們交界處稱為pn結(jié)。連續(xù)方程 推導電子連續(xù)方程用的單元體積、橫截面積為A的單元體積，可以說這個體積中電子的凈增加幾率等于它們進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，減去它們的復合率，寫成方程為：進入速率－出去速率＝ ()產(chǎn)生率－復合率＝ ()式中G是由于外部作用（如光照）所一引起的凈產(chǎn)生率，U是凈復合率。電流密度方程電子和空穴通過漂移和擴散過程可對電流作出貢獻。在半導體中，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散度與空間電荷密度r之間的關系，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電池在內(nèi)的大部分半導體器件的理想特性。位于帶隙中央附近的表面態(tài)能級也是最有效的復合中心。因此由上面所敘述的機構，在表面處，復合很容易發(fā)生。五、表面復合表面可以說是晶體結(jié)構中有相當嚴重缺陷的地方。當缺陷能級位于禁帶間中央附近時，就出現(xiàn)這種情況。如果te0和th0數(shù)量級相同，可知當n1187。（a）所示，在此過程中，電子從導帶能級弛豫到缺陷能級，然后再弛豫到價帶，結(jié)果與一個空穴復合。 俄歇復合過程（a） 多余的能量傳給導帶中的電子（b） 多余的能量傳給價帶中的電子四、通過陷阱的復合前面已指出，半導體中的雜質(zhì)和缺陷會在禁帶中產(chǎn)生允許能級。由于第二項的影響，高摻雜材料中俄歇復合尤其顯著。俄歇復合就是更熟悉的碰撞電離效應的逆過程。三、俄歇復合在俄歇（Auger）效應中，電子與空穴復合時，將多余的能量傳給第二個電子而不是發(fā)射光。利用GaAs及其合金為材料的商用半導體激光器和光發(fā)射二極管就是以輻射復合過程作為基礎的。1015cm3/s。在不存在由外部激勵源產(chǎn)生載流子對的情況下，與上式相對應的凈復合率UR由總的復合率減去熱平衡時的產(chǎn)生率得到，即 ()對任何復合機構，都可定義有關載流子壽命（對電子）和（對空穴）它們分別為 ()式中，U為凈復合率, Dn和Dp是相應載流子從它們熱平衡時的值n0和p0的擾動。由于光吸收和這種復合過程之間的關系，由半導體的吸收系數(shù)能夠計算出B。由于間接帶隙半導體需要包括聲子的兩級過程，所以輻射復合在直接帶隙半導體中比間接帶隙半導體中進行得快。占據(jù)比熱平衡時更高能態(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合機構。如果切斷光源，則載流子濃度就衰減到它們平衡時的值。一 馳豫到平衡適當波長的光照射在半導體上會產(chǎn)生電子—空穴對。由于一部分光在半導體表面被反射掉，因此，進入內(nèi)部的光實際上等于扣除反射后所剩部分。簡言之，制造太陽電池時，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。 直接帶隙半導體的能量－晶體動量圖 間接帶隙半導體的能量－晶體動量圖硅屬于間接躍遷類型，其吸收系數(shù)上升非常平緩，所以在太陽光照射下，光可到達距表面20mm以上相當深的地方，在此還能產(chǎn)生電子一空穴對。除此以外，光的吸收還依賴于導帶、價帶的態(tài)