太阳能电池制作及测量实验报告

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1、太阳能电池制作及量测实验实验目的:学4基本太阳能电池的原理、制作及量测二、实验设备：超音波震洗机、快速加热退火炉(RapidThermoAnnealingFurnace)、旋转涂布机(SpinCoater)、研磨机、真空热蒸镀机(ThermoEvaporator)、打线机(WireBounder)、双极性电源电表(KEITHLEY236)、个人计算机、GPIB适配卡、Labview图控软件、氙灯。三、实验原理：太阳能电池能将光能转换成电能的原理是应用半导体的光伏特效应。光伏特效应一般是指当光子射入具有PN接面的二极体元件后，会在二极体的两端电极可以产生输出功率的电压值，这个过程主要包含的是

2、光子射到半导体内产生电子-空穴对(electron-holepair)、电子与空穴因为PN接面所形成的内建电场(built-inelectricfield)作用不而分离、电子与电洞各自朝着相反方向运动，并且由两端电极来输出至负载，在冋路上形成光电流。具有PN接面的半导体元件一般是以掺杂少量硼原子的P型半导体当作棊板(substrate),然后以浓度较高于硼的磷为扩散源，用高温热扩散的方法把磷掺入P型棊板内，如此即可形成PN接面。在接面处会因电子扩散行成空乏区，空乏区闪会形成一个闪建电场，闪建电场的方向是从N型区指向P型区。当太阳能电池受光时，太阳能电池可以吸收能量大于其能隙(energyg

3、ap)的光子，使电子由价带(valenceband)跃迁至导带(conductionband)，进而产生电子-电洞对，其屮自由电子会因為内建电场的作用而向N型区漂移(drift)，相反地，空穴则闵内建电场的作用向P型区漂移，这种因为内建电的影响而产生从N型区向P型区的漂移电流，就是所谓的光电流(photocurrent)。光伏特效应屮的光电流对PN二极体而言，刚好就是逆向偏压(reversebias)的电流方向。最后光电流经由PN二极体的金属接触(metalcontact)输出至负载，形成一个回路，这就是太阳能电池(photovoltaiccell)的基本原理。PN结N雖斬棚A图一：太阳能

4、电池结构示意图阳光晶片受光过程中带屮:电的空穴往P型区移动带负电的电子往N型区移动图二：太阳能电池工作原理示意图U!实验步骤:1•以接门活性剂、丙酮、去离子水淸洁P-type的硅芯片、以BOE溶液去除芯片(事先切割成1.5xl.5cm2)上的氧化层(SiOz)。将基板浸入清洁剂中并用超声波震洗几洗涤5分钟用高压氮气吹干基板表面浸入丙酮并用超声波震洗儿洗涤5分钟再浸入丙酮并用超声波震洗儿洗涤5分钟没入2^离了水并川超声波震洗儿洗涤5分钟以B0E溶液去除表面的氧化层(SiO2)2.以2%KOH(氢氧化钾)+8%IPA(异丙醇)混合溶液在75°C温度蚀刻芯片表面。3•将硅芯片浸泡T浓硫酸(H2S

5、O498%)与过氧化氢(H2O230%)的混和溶液(体积比为4:1),温度保持90°C,浸泡时间为15分钟,以增加P509(五氧化二磷溶液)与基板间的亲水性(hydrophilic)。4•将P509用旋转涂布机均匀涂布在P-type的硅芯片上。5•再将芯片放入快速加热退火炉(RTA)屮加热(1150°C2~5分钟)，通入氮气(N2)与氧气(02),气体流量分别为450与150sccm，使磷原子掺杂(Doping)进P-type芯片上内形成P-Njunction。A:5minB:2~5min.(B)(1150C)1111(C)▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲1圖4-6.(A)將基板放入石英管等待加熱，(

6、B)將基板推入加熱區，進行RTP，(C)將基板推出加熱區，進行冷卻。3-以B0E溶液去除芯片上的含磷SiO2(PSG)，再用研磨机磨除芯片边缘。7•快速热氧化：石英管屮通流量为150sccm的氧气，温度设定1050°C，加热90秒。(A)O2(150sccm)(1050C)1-:：n圖4-10.(A)將基板推入高溫爐進行RT0，(B)將基板推出加熱區，進行冷卻。8.以B0E溶液去除芯片上的Si02,5min。9•将芯片背面(P-type面)放入真空热蒸镀机屮蒸镀厚度为1um平面铝电极。10.再将芯片放入快速加热退火炉(RTA)屮作AnneaK通氮气55(TC的温度加热20分钟)，使P-ty

7、pe面获得良好的欧姆接触(OhmicContact)。10.将芯片正面(N-type面)放入真空热蒸镀机中蒸镀栅栏形(梳形，lPm)铝电极。11.再次将芯片放入快速加热退火炉(RTA)中作AnneaK通氮气40(TC的温度加热15分钟)，使N-type面获得良好的欧姆接触(OhmicContact)。12.用打线机将铝电极和基座作联机，将铜箔板裁成2.5x2.5cm的正方形,砂纸将其表面的氧化层磨除，避免造成串联电阻的增