晶体硅太阳能电池结构及原理.ppt

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1、3.结晶硅太阳能电池结构与原理1本章介绍典型晶体硅太阳能电池的结构及其原理。通过学习本章，学生应了解以下内容：晶硅太阳能电池结构及其原理。晶硅太阳能电池高效结构设计及其原理。晶体硅高效率硅太阳能电池的发展。本章主要内容与学习目标2硅的基本性质原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形和晶体两种同素异形体，属于元素周期表上IVA族的类金属元素。晶体硅为钢灰色，密度2.4g／cm3，熔点1420℃，沸点2355℃，晶体硅属于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。14Si3.1结晶硅太阳能电池的种类和结构硅硅的基本性质

2、常温下，只与强碱、氟化氢、氟气反应高温下，较活泼3.1结晶硅太阳能电池的种类和结构①Si+2F2=SiF4②Si+4HF=SiF4↑+2H2↑③Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑晶硅为间接带隙结构温度T=300K，Eg=1.12eV本征载流子浓度：3.1结晶硅太阳能电池的种类和结构轻掺杂掺杂浓度为1017cm-3中度掺杂掺杂浓度为1017～1019cm-3重掺杂掺杂浓度大于1019cm-33.1.1结晶硅太阳能电池的种类结晶硅太阳能电池可以分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池一般来

3、说一个电池的输出电压为0.5V左右，最大输出功率与有效面积有关，一个效率为15%的电池输出功率为1.5W左右，为满足需要，把很多电池并联或串联在一起，形成模组，若想得到更大效率输出，则需要阵列。63.1.1结晶硅太阳能电池的种类单晶硅太阳能电池特点：完整的结晶，易得到高效率不容易产生光致衰退发电特性稳定，约有20年的耐久性硅原料丰富承受应力强73.1.1结晶硅太阳能电池的种类多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池的效率为13～16%，是目前市场上最主流的产品多晶硅效率较低的原因晶粒与晶粒间存在晶界，形成复合中心，减少自由

4、电子数量晶界的硅原子键合较差，易受紫外线破坏而产生更多的悬挂键，随使用时间增加，悬挂键的数目增加，造成光电效率劣化本身杂质比单晶硅多，且多半聚集在晶粒边界，杂质的存在使得自由电子与空穴不易移动83.1.2结晶硅太阳能电池的结构结晶硅电池的结构是一个具有PN结的光电器件。包括硅衬底、PN结结构、支构面、防反射层、导电电极与背面电极93.1.2结晶硅太阳能电池的结构衬底：衬底的作用是作为太阳能电池的承载。硅太阳能电池是以硅半导体材料为底材衬底。衬底的选择：一般来说,除了价格成本和来源难易外,根据不同用途,可从以下几方面

5、选择:1.导电类型P型硅用B作为掺杂元素，制成n+/p型太阳能电池；n型硅用P（或As)为掺杂元素，制成p+/n型太阳能电池；两类电池性能相当，但n+/p型太阳能电池耐辐照性能优于p+/n型太阳能电池，更适合空间应用。103.1.2结晶硅太阳能电池的结构一般是P型衬底。P型衬底中的少数载流子电子的扩散系数与扩散距离比N型中的少数载流子空穴要长，使用P型衬底可以得到较佳的光电流2.电阻率由原理可知，开路电压随着硅基板电阻率的下降（掺杂浓度的提高）而增加。113.1.2结晶硅太阳能电池的结构3.晶向、位错、寿命一般要求

6、单晶沿（111）晶向生长，切割下的硅片表面与（111）单晶平行。除了某些特殊情况外，晶向要求不十分严格。制成绒面太阳能电池需要晶向为（100）的单晶硅片，在不要求太阳电池有很高转换效率的场合下，位错密度和少子寿命不做严格要求。4.形状、尺寸、厚度空间应用的硅太阳电池都为方形，以减少组合方阵的表面积。随着工艺的进步，向大面积、薄厚度、高效率方向发展，目前标准的电池尺寸是2x2cm2或2x4cm2等，基板厚度约为0.2mm.123.1.2结晶硅太阳能电池的结构PN结结构N+/P结的作用是形成一个最简单的半导体器件。在光

7、照条件下，电子/空穴的形成与移动与该N+/P结的特性有极大关系。N+与P层的掺杂量是很重要的器件设计参数，因为N+与P层的掺杂量会决定耗尽层的大小及其电场强度若N+与P层的掺杂量小，则表面再结合速率可以减小，但与电极的接触电阻会变大从而增加串联电阻若N+与P层的掺杂量大，与电极的接触电阻会变小从而降低串联电阻值，但表面再结合速率会变大133.1.2结晶硅太阳能电池的结构支构面支构面的作用是通过光的散射与多重反射，提供更长的光路径。因此，光子的吸收数目可以增多，以提供更多的电子-空穴对。14支构面通常通过在硅表面以化

8、学侵蚀液形成（111）面微小四面体金字塔来构成组织构造。各向异性腐蚀就是腐蚀速度随单晶主要的不同晶向而变化，一般来说，晶面间的共价键密度越高，则该晶面族的各晶面连接越牢，也就越难腐蚀，因此在该晶面族的垂直方向上腐蚀速度越慢。反之，越容易腐蚀。由于（100）面的共价键密度比（111）面低，所以(100)面腐蚀比(111)面快。3.1.2结晶硅太阳能电池的结构（