【正文】 能夠俘獲電子，它就成了 空穴型半導(dǎo)體，通常用符號 P表示；如果摻入能夠釋放電子的磷、砷等元素，它就成了 電子型 半導(dǎo)體，以符號 N代表。太陽能電池的奧妙就在這個“結(jié)”上， P－ N結(jié)就像一堵墻，阻礙著電子和空穴的移動 ? 當(dāng)太陽能電池受到陽光照射時，電子接受光能，向 N型區(qū)移動，使 N型區(qū)帶負(fù)電，同時空穴向 P型區(qū)移動，使 P型區(qū)帶正電。這種現(xiàn)象就是上面所說的“光生伏特效應(yīng)” ? 如果這時分別在 P型層和 N型層焊上金屬導(dǎo)線，接通負(fù)載，則外電路便有電流通過，如此形成的一個個電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。目前，技術(shù)最成熟，并具有商業(yè)價值的太陽電池要算硅太陽電池。 太陽能電池的出現(xiàn)，好比一道曙光，尤其是航天領(lǐng)域的科學(xué)家，對它更是注目。 ? 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)，身價百倍。 ? 我國 1958年開始進行太陽能電池的研制工作 ? 1971年將研制的太陽能電池用在了發(fā)射的第二顆衛(wèi)星上。 ? 空間應(yīng)用范圍有限，當(dāng)時太陽電池造價昂貴，發(fā)展受到限制。 ? 時至今日，光電轉(zhuǎn)換已展示出廣闊的應(yīng)用前景。 ? 從 1974年世界上第一架太陽能電池飛機在美國首次試飛成功以來，激起人們對太陽能飛機研究的熱潮，太陽能飛機從此飛速地發(fā)展起來，只用了六七年時間太陽能飛機從飛行幾分鐘，航程幾公里發(fā)展到飛越英吉利海峽。另外，太陽能汽車也發(fā)展很快。 1985年，美國阿爾康公司研制的太陽能電池發(fā)電站，用 108個太陽板， 256個光電池模塊，年發(fā)電能力 300萬度。 ?德國 1990年建造的小型太陽能電站，光電轉(zhuǎn)換率可達 30％多，適于為家庭和團體供電。 ? 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。 ? 日本則側(cè)重把太陽能電池應(yīng)用于汽車的自動換氣裝置、空調(diào)設(shè)備等民用工業(yè)。 ? 當(dāng)前，太陽能電池的開發(fā)應(yīng)用已逐步走向商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化； ? 小功率小面積的太陽能電池在一些國家已大批量生產(chǎn)，并得到廣泛應(yīng)用； ? 同時人們正在開發(fā)光電轉(zhuǎn)換率高、成本低的太陽能電池； ? 可以預(yù)見，太陽能電池很有可能成為替代煤和石油的重要能源之一，在人們的生產(chǎn)、生活中占有越來越重要的位置。 ? 為此各國力圖擺脫對常規(guī)能源的依賴，加速發(fā)展可再生能源。 ? 所以在發(fā)達國家得到了高度重視，歐洲聯(lián)盟國家計劃在2022年太陽能光電轉(zhuǎn)換的電力占所有總電力的 ％，美國啟動了“百萬屋頂”計劃。 太陽能電池就是利用光伏效應(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種裝置。當(dāng) N型和 P型兩種不同型號的半導(dǎo)體材料接觸后，由于擴散和漂移作用，在界面處形成由 P型指向 N型的內(nèi)建電場。 ? 從本世紀(jì) 70年代中期開始了地面用太陽電池商品化以來， 晶體硅 就作為基本的電池材料占據(jù)著統(tǒng)治地位，而且可以確信這種狀況在今后 20年中不會發(fā)生根本的轉(zhuǎn)變。 ? 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。 ? 鑄造多晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率略低于直拉單晶硅太陽能電池，材料中的各種 缺陷 ，如晶界、位錯、微缺陷，和材料中的雜質(zhì)碳和氧，以及工藝過程中玷污的過渡族金屬被認(rèn)為是電池轉(zhuǎn)換效率較低的關(guān)鍵原因。 ? 另外，尋找適合鑄造多晶硅表面織構(gòu)化的濕化學(xué)腐蝕方法也是目前低成本制備高效率電池的重要工藝。 ? 其中，碲化鎘 (CdTe)和銅銦硒(CuInSe2)被認(rèn)識是兩種非常有前途的光伏材料，而且目前已經(jīng)取得一定的進展，但是距離大規(guī)模生產(chǎn)，并與晶體硅太陽電池抗衡需要大量的工作去做。 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。 ? 貝爾實驗室 Chapin等人 1954年開發(fā)出效率為 6％的單晶硅光電池，現(xiàn)代硅太陽電池時代從此開始。在隨后 10多年里，硅太陽電池在空間應(yīng)用不斷擴大，工藝不斷改進，電池設(shè)計逐步定型。 ? 第二個時期開始于 70年代初，在這個時期背表面場、細柵金屬化、淺結(jié)表面擴散和表面織構(gòu)化開始引人到電池的制造工藝中，太陽電池轉(zhuǎn)換效率有了較大提高。 ? 80年代初，硅太陽電池進入快速發(fā)展的第三個時期。以各種高效電池為代表，電池效率大幅度提高，商業(yè)化生產(chǎn)成本進一步降低，應(yīng)用不斷擴大。 ? 以材料區(qū)分，有晶硅電池，非晶硅薄膜電池，銅銦硒（ CIS） 電池，碲化鎘（ CdTe） 電池，砷化稼電池等，而以晶硅電池為主導(dǎo)，由于硅是地球上儲量第二大元素(%)，作為半導(dǎo)體材料，人們對它研究得最多、技術(shù)最成熟，而且晶硅性能穩(wěn)定、無毒，因此成為太陽電池研究開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用中的主體材料。在石油危機和降低成本的推動下，太陽電池開始了一個蓬勃發(fā)展時期，這個時期不但出現(xiàn)了許多新型電池，而且引入許多新技術(shù)。 ? （ 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。m） 密柵（ 30／ cm）、 減 反射（ Ta2O5— 短波透過好）而獲得高效率。 ? （ 3） 表面織構(gòu)化電池 —— 也稱絨面電池，最早（ 1974）也是為通訊衛(wèi)星開發(fā)的。 ? （ 4） 異質(zhì)結(jié)太陽電池 —— 即不同半導(dǎo)體材料在一起形成的太陽電池如 SnO／ Si，In20／ Si，（ 1n203十 SnO2／ Si電池等。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。 ? 其中 1層起到減少表面復(fù)合的作用。m的 SiO2膜，在膜上真空蒸發(fā)金屬柵線，整個表面再沉積 SiN薄膜。對效率產(chǎn)生決定性影響的是在介電層中使用了銀。 ? （ 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。 ? （ 7） 聚光電池 —— 聚光電池的特點是電池面積小，從而可以降低成本，同時在高光強下可以提高電池開路電壓，從而提高轉(zhuǎn)換效率，因此聚光電池一直受到重視。在早期的硅電池研究中，人們探索各種各樣的電池結(jié)構(gòu)和技術(shù)來改進電池性能，如背表面場，淺結(jié)，絨面，氧化膜鈍化， Ti／ Pd金屬化電極和減反射膜等。 1． 2． 1單晶硅高效電池 ? 單晶硅高效電池的典型代表是斯坦福大學(xué)的背面點接觸電池（ PCC）， 新南威爾士大學(xué)（ UNSW） 的鈍化發(fā)射區(qū)電池（ PESC， PERC， PERL以及德國Fraumhofer太陽能研究所的局域化背表面場（ LBSF） 電池等。近年來硅電池的一個重要進展來自于表面鈍化技術(shù)的提高。 熱氧化鈍化表面技術(shù)已使表面態(tài)密度降到 10cm2以下，表面復(fù)合速度降到100cm／ s以下。低成本高效硅電池也得到了飛速發(fā)展。 ? V型槽對電池的貢獻是：減少電池表面反射；垂直光線在 V型槽表面折射后以41” 角進入硅片，使光生載流子更接近發(fā)射結(jié)，提高了收集效率，對低壽命襯底尤為重要； ? V型槽可使發(fā)射極橫向電阻降低 3倍。 ? 在發(fā)射結(jié)磷擴散后的 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。m左右。淺結(jié)電池已成為歷史。這種金屬化有相當(dāng)大的厚／寬比和很小的接觸面積，因此這種電池可以做到大于83％的填充因子和 20． 8％的效率。 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電池的一個關(guān)鍵技術(shù)。 PERC和 PERL電池成功地解決了這個問題。 ? （ C） 鈍化發(fā)射區(qū)和背面局部擴散電池（ PERL）： 在背面接觸點下增加一個濃硼擴散層，以減小金屬接觸電阻。m、 接觸孔徑減小到 10181。 PERL電池達到了 702mV的開路電壓和 23． 5％的效率。m寬、 40181。然后在槽內(nèi)鍍出金屬電極。電池背面與 PESC相同，由于刻槽會引進損傷，其性能略低于 PESC電池。 （ 2）斯坦福大學(xué)的背面點接觸電池（ PCC） ? 點接觸電池的結(jié)構(gòu)與 PER1電池一樣，用TCA生長氧化層鈍化電池正反面。電池正面采用由光刻制成的金字塔（絨面）結(jié)構(gòu)。m間距， 10181。m接觸孔徑，基區(qū)也作成同樣的形狀，這樣可減小背面復(fù)合。m， 以進一步減小體內(nèi)復(fù)合。 （ 3）德國 Fraunhofer太陽能研究所的深結(jié)局部背場電池（ LBSF） ? LBSF的結(jié)構(gòu)與 PERL電池類似，也采用TCA氧化層鈍化和倒金字塔正面結(jié)構(gòu)。 （ 4）日本 SHARP的 C一 Si／ 181。c一 Si薄膜作為背場，用 SiN薄膜作為后表面的鈍化層， Al層通過 SiN上的孔與 181。5cmX5cm電池效率達到 21． 4％（ Voc＝669mV， Isc＝ ， FF=0． 79）。北京市太陽能研究所“九五”期間在北京市政府支持下開展了高效電池研究，電池前面有倒金字塔織構(gòu)化結(jié)構(gòu)，2cmX2cm電池效率達到了 19． 8％，大面（ 5cmX5cm） 激光刻槽埋柵電池效率達到了 18． 6％。 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。 ? 近年來吸雜工藝再度受到重視，包括三氯氧磷吸雜及鋁吸雜工藝。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。近幾年在吸雜上的工作證明，它對高效單晶硅太陽電池及多晶硅太陽電池都會產(chǎn)生一定的作用。一種方法是采用氫鈍化，鈍化硅體內(nèi)的懸掛鍵等缺陷。氫鈍化可采用離子注入或等離子體處理。 ? 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。 ? 多孔硅作為多晶硅太陽電池的減反射膜具有實用意義，其減反射的作用已能與雙重減反射膜相比，所得多晶硅電池的效率也能達到 ％。 ? 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。 ? （ 1） Geogia Tech． 電池 ? Geogia工業(yè)大學(xué)光伏中心使用電阻率 Ωcm、 厚度 280181。 1cm2電池的效率達到18． 6％。多晶硅片由意大利 Eurosolare提供， lcm2電池的效率 ,達到 ％，這是目前水平最高的多晶硅電池的研究結(jié)果。 ? （ 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)。電池前面柵線也采用絲印技術(shù)。目前日本正