【正文】 除了價(jià)格、成本和來源難易外，根據(jù)不同用途，可以從下幾方面選用硅材料１、導(dǎo)電類型：從國內(nèi)外硅太陽電池生產(chǎn)的情況來看，多數(shù)采用Ｐ型硅材料，這是基于ｎ＋／ｐ型電池在空間的應(yīng)用及其傳統(tǒng)的生產(chǎn)歷史。２、電阻率：由硅太陽電池的原理知道，在一定范圍內(nèi)，電池的開路電壓隨著硅基體電阻率的下降而增加，材料電阻率較低時(shí)，能得到較高的開路電壓，而路電流則略低，總的轉(zhuǎn)換效率較高。太低的電阻率。３、晶向、位錯(cuò)、壽命太陽電池較多選用（１１１）和（１００）晶向生長的單晶。在不要求太陽電池有很高轉(zhuǎn)換效率的場(chǎng)合，位錯(cuò)密度和電子壽命不作嚴(yán)格要求。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)。塵埃以及其它可溶性物質(zhì)，通過一些化學(xué)清洗劑可以達(dá)到去污的目的。硅片經(jīng)過初步清洗去污后，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。硝酸的作用是使單質(zhì)硅氧化為二氧化硅，其反應(yīng)為3Si+4HNO3===3SiO2+2HO2+4NO173。一般酸性腐蝕液的配比為硝酸：氫氟酸：醋酸==5：3：3或5：1：1堿性腐蝕硅可與氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿的溶液起作用，生成硅酸鹽并放出氫氣，化學(xué)反應(yīng)為：Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2173。C下不同濃度的NaOH溶液對(duì)（100）晶向硅片的腐蝕速度。太陽電池主要進(jìn)展之一是應(yīng)用了絨面硅片，絨面狀的硅表面是利用硅的各向異性腐蝕，在硅表面形成無數(shù)的四面方錐體。這些金字塔的側(cè)面是硅晶體結(jié)構(gòu)中相交的(111)面由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，其反射率很低，故絨面電池也稱為黑電池或無反射電池。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。硅的各向異性腐蝕液通常用熱的堿性溶液，如氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化鋰，聯(lián)氨和乙二胺等，商品化電池的生產(chǎn)中，通常使用廉價(jià)的氫氧化鈉稀溶液（濃度為1～2%）來制備絨面硅，腐蝕溫度為80176。制結(jié)過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程中的關(guān)鍵工序。本節(jié)主要介紹熱擴(kuò)散法。硅太陽電池中最常用的V族雜質(zhì)元素為磷，Ⅲ族雜質(zhì)元素為硼。涂布源擴(kuò)散一般分簡單涂源擴(kuò)散和二氧化硅乳膠源涂布擴(kuò)散。沉積在硅表面的雜質(zhì)元素在擴(kuò)散溫度下向硅內(nèi)部擴(kuò)散。工業(yè)生產(chǎn)中，涂布源方法有噴涂，刷涂，絲網(wǎng)印刷，浸涂，旋轉(zhuǎn)涂布等。實(shí)例：p型硅片 晶向（111）電阻率 擴(kuò)散溫度 900～950176。C下燒烘烤后逐步形成無定型的二氧化硅。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。C擴(kuò)散溫度 800～950176。液態(tài)源擴(kuò)散有三氯氧磷液態(tài)源擴(kuò)散和硼的液態(tài)源擴(kuò)散，它是通過氣體攜帶法將雜質(zhì)帶入擴(kuò)散爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散。C）。如果是新處理的石英管，還應(yīng)接著通源，即通小流量氮?dú)?，?0～100ml/min）和氧氣（30～90ml/min），使石英壁吸收飽和。（3）調(diào)小流量，氮?dú)?0～100ml/min、氧氣流量30～90ml/min。（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。固態(tài)氮化硼擴(kuò)散通常采用片狀氮化硼作源，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行擴(kuò)散。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。Ｃ，擴(kuò)散時(shí)間１５～３０分鐘，氮?dú)饬髁浚玻埃埃埃恚欤恚椋钜韵?，氮?dú)饬髁枯^低，可使擴(kuò)散更為均勻。工藝要求較低，比較成熟。二氧化硅乳膠源涂布擴(kuò)散設(shè)備簡單，操作方便，擴(kuò)散硅片表面狀態(tài)良好，ｐ—ｎ結(jié)平整。改進(jìn)涂布設(shè)備。液態(tài)源擴(kuò)散設(shè)備和操作比較復(fù)雜。氮化硼固態(tài)源擴(kuò)散設(shè)備簡單，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)。周邊擴(kuò)散層使電池的上下電極形成短路環(huán)，必須將它除去。去邊的方法有腐蝕法，即將硅片兩面掩好。擠壓法是用大小與硅片相同，略帶彈性的耐酸橡膠或塑料，與硅片相間整齊隔開，施加一定壓力后，阻止腐蝕液滲入縫隙取得掩蔽。去除背結(jié)常用下面三種方法，化學(xué)腐蝕法，磨沙法和蒸鋁燒結(jié)，絲網(wǎng)印刷鋁燒結(jié)法。腐蝕后背面平整光亮，適合于制作真空蒸鍍的電極。硅片腐蝕去背結(jié)后用溶劑溶去真空封蠟，再經(jīng)過濃硫酸或清洗液煮清洗。磨片后背面形成一個(gè)粗糙的硅表面，因此適應(yīng)于化學(xué)鍍鎳制造的背電極。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。經(jīng)過合金化以后，隨著降溫，液相中的硅將重新凝固出來，形成含有一定量的鋁的再結(jié)晶層。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。從而提高了電池的開路電壓和短路電流，并減小了電極的接觸電阻。電極就是與p—n結(jié)兩端形成緊密歐姆接觸的導(dǎo)電材料。把制作在電池背面的電極稱為下極或背電極。鋁漿印刷是近幾年比較成熟和在商品化電池生產(chǎn)中大量被采用的工藝方法。歐姆接觸一般分高復(fù)合接觸，低勢(shì)壘接觸，高摻雜接觸等，制作方法有:（1） 真空蒸鍍法 一般用光刻方法或用帶電極圖形掩膜的電極模具板。（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)漏印工藝引入太陽電池的生產(chǎn)中。上電極的設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方向是上電極金屬柵線的設(shè)計(jì)。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。（a）（b）所示的一個(gè)個(gè)的單體電池。用單電池的最大功率輸出歸一化后，得到柵線和主線的電阻功率損耗分別為(a) 示出主線和柵線的上電極設(shè)計(jì)的示意圖。根據(jù)這種對(duì)稱性電極可以分解成12個(gè)相同的單電池；(b)典型的單電池的重要尺寸rsmf和rsmb 分別為電極的柵線和主線的金屬層的薄層電阻。而在另一些情況下，如浸過錫的電池，在較寬的主線上又蓋了一層較厚的錫，rsmb就比較小。WF和WB是單電池柵線和主線的平均寬度。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。余下的是由于在電池的頂層橫向電池所引起的損耗。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。從上面一些式子可看出，單從數(shù)字上講，當(dāng)柵線的間距變得非常小以致橫向電流損耗可忽略不計(jì)時(shí)，出現(xiàn)最佳值。在這種情況下，可通過簡單的迭代法實(shí)現(xiàn)最佳柵線的設(shè)計(jì)。可計(jì)算出相應(yīng)的各部分功率損失ρsf，ρcf，ρsf和ρst。從式（10）計(jì)算的S值是一個(gè)過高的估計(jì)值，由此可求出最佳的初試值。對(duì)于下電極的要求是盡可能布滿背面，對(duì)于絲網(wǎng)印刷，覆蓋面積將影響到填充因子。在其上覆蓋一層減反射膜層，可大大降低光的反射。C，所以前者在一定程度上抵消了后者。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。（）的減反射膜的情況下，從硅表面反射的入射光的百分比與波長的關(guān)系。虛線表示將硅封裝在玻璃或有類似折射率的材料之下的結(jié)果電池通常是裝在玻璃之下（n0=）。除了有合適的折射率外，減反射膜材料還必須是透明的，減反射膜常沉積為非結(jié)晶的或無定形的薄層，以防止在晶界處的光散射問題。作電源用必須將若干單體電池串、并聯(lián)連接并嚴(yán)密封裝成組件。（2） 工作壽命長，要求組件能正常工作20～30年，因此要求組件所使用的材料，零部件及結(jié)構(gòu)，在使用壽命上互相一致，避免因一處損壞而使整個(gè)組件失效。（4） 組合引起的電性能損失小。常規(guī)的太陽電池組件結(jié)構(gòu)形式有下列幾種。 玻璃殼體式太陽電池組件示意圖1－玻璃殼體；2－硅太陽電池；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。 平板式太陽電池組件示意圖1－邊框；2－邊框封裝膠；3－上玻璃蓋板；4－粘接劑；5－下底板；6－硅太陽電池；7－互連條；8－引線護(hù)套；9－電極引線。組件工作壽命的長短和封裝材料，封裝工藝有很大的關(guān)系，它的長短是決定組件壽命的重要因素之一?，F(xiàn)對(duì)材料分述如下。作上蓋板的材料有：鋼化玻璃、聚丙烯酸類樹脂、氟化乙烯丙烯、透明聚酯、聚碳酯等。一般要求其：（1）在可見光范圍內(nèi)具有高透光性（2）具有彈性（3）具有良好的電絕緣性能。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。主要材料有不銹鋼，鋁合金，橡膠，增強(qiáng)塑料等。如果測(cè)試光源的特性和太陽光相差很遠(yuǎn)，則測(cè)得的數(shù)據(jù)不能代表它在太陽光下使用時(shí)的真實(shí)情況，甚至也無法換算到真實(shí)的情況，考慮到太陽光本身隨時(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)陽光下的測(cè)試數(shù)據(jù)估算出實(shí)際應(yīng)用時(shí)太陽電池的性能參數(shù)。按照1979年第16屆國防計(jì)量會(huì)議（CGPN）確定，以坎德拉（cd）為發(fā)光強(qiáng)度的計(jì)量單位。1012Hz的光學(xué)輻射，且在此方向上的輻射強(qiáng)度為1/683WSr1（2）光通量。（3）光強(qiáng)度。（4）輻射度，通常稱為光強(qiáng)，即入射到單位面積上的光功率，單位是W/m2或mw/cm2。實(shí)際上地面陽光和很多復(fù)雜因素有關(guān)，這一數(shù)值僅在特定的時(shí)間及理想的氣候和地理?xiàng)l件下才能獲得。太陽電池對(duì)不同波長的光具有不同的響應(yīng)，就是說輻照度相同而光譜成分不同的光照射到同一太陽電池上，其效果是不同的，太陽光是各種波長的復(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，太陽光譜幾乎相當(dāng)于6000K的黑體輻射光譜，稱為AMO光譜。而且隨著太陽天頂角的變化，陽光透射的途徑不同吸收情況也不同。因此從測(cè)試的角度來考慮，需要規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的地面太陽光譜分布。176。在大氣層外，太陽光在真空中輻射，沒有任何漫射現(xiàn)象，全部太陽輻射都直接從太陽照射過來。二部分合起來稱為總輻射，在正常的大氣條件下，直接輻射占總輻射的75%以上，否則就是大氣條件不正常所致，例如由于云層反射或嚴(yán)重的大氣污染所致。3．2太陽模擬器綜上所述，標(biāo)準(zhǔn)地面陽光條件具有1000 w/m2的輻照度，這樣的標(biāo)準(zhǔn)陽光在室外能找到的機(jī)會(huì)很少，而太陽電池又必須在這種條件下測(cè)量，因此，唯一的辦法是用人造光源來模擬太陽光，即所謂太陽模擬器。缺點(diǎn)是為了獲得較大的輻照面積，它的光學(xué)系統(tǒng)，以及光源的供電系統(tǒng)非常龐大。其優(yōu)點(diǎn)是瞬間功率可以很大，而平均功率卻很小。3．2．2太陽模擬器的電光源及濾光裝置用來裝置太陽模擬器的電光源通常有以下幾種：鹵光燈：簡易型太陽模擬器常用鹵光燈來裝置。作為廉價(jià)的太陽模擬器避免采用昂貴的濾光設(shè)備，通常用3cm厚的水膜來濾除一部分紅外線，使它近紅外區(qū)的光譜適當(dāng)改善，但卻無法補(bǔ)充過少的紫外線。這種反射鏡對(duì)紅外線幾乎是透明的，而對(duì)其余光線卻能起良好的反射作用。和鹵鎢燈相比，冷光燈的光譜有了大輻度的改善，而且避免了非常累贅的水膜濾光裝置。為了使它的色溫盡可能的提高些，和冷光罩配合的鹵鎢燈常設(shè)計(jì)成高色溫，可達(dá)3400K，但使它的壽命大大縮短，額定壽命僅50小時(shí)。氙燈：氙燈的光譜分布從總的情況來看比較接近于日光，~，比太陽光大幾倍。氙燈模擬器的缺點(diǎn)從光學(xué)方面來考慮是它的光斑很不均勻，需要有一套復(fù)雜的光學(xué)積分裝置來使光斑均勻。總的來說，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。由于亮度高通?？煞旁陔x太陽電池較遠(yuǎn)的位置進(jìn)行測(cè)量，因此改善了輻照均勻性，可得到大面積的均勻光斑。（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)使用不超過待測(cè)電池面積1/4的檢測(cè)電池來檢測(cè)。3．3．2輻照不穩(wěn)定的檢測(cè)測(cè)試平面上同一點(diǎn)的輻照度隨時(shí)間改變時(shí)。（最大輻照度－最小輻照度）/（最大輻照度＋最小輻照度）3．3．3光譜失配誤差計(jì)算光譜失配誤差=式中：和分別是被測(cè)電池（T）和標(biāo)準(zhǔn)電池（S），即光譜電流i(λ)與短路電流I之比：B(λ)－1定義為光譜，它表示太陽模擬器光譜輻照度еsim(λ)。這兩種特殊情況都難以嚴(yán)格地實(shí)現(xiàn)，而二種情況相比之下，后一種情況更難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榇郎y(cè)太陽電池是多種多樣的，不可能每一片待測(cè)電池都配上和它光譜響應(yīng)完全一致的標(biāo)準(zhǔn)太陽電池。因此為了改善光譜匹配，最好的辦法是設(shè)計(jì)光譜分布和標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜非常接近的精密型太陽模擬器，從而對(duì)太陽電池的光譜響應(yīng)不必再提出要求。標(biāo)準(zhǔn)太陽光可以人工模擬，或在自然條件下尋找。輻照度可以用標(biāo)準(zhǔn)太陽電池短路電流的標(biāo)定值來校準(zhǔn)。測(cè)量伏安特性的原理框圖如下： 測(cè)量伏安特性的電路框圖注意：測(cè)量太陽電池的電壓和電流，應(yīng)從被測(cè)件的端點(diǎn)單獨(dú)引出電壓線和電流線。地面陽光的總輻照度規(guī)定為1000 w/m2。C對(duì)定標(biāo)測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度的允許差為+ 1176。對(duì)非定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試