太阳电池2(半导体物理)

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1、太阳电池的原理、工艺与应用(Principle，TechnologyandApplicationsofSolarCell)沈辉Prof.Dr.-Ing.HuiShenshenhui1956@163.com目录1.太阳电池发展历史与前景展望2.太阳能资源与太阳光谱分析3.太阳电池的物理基础4.太阳电池的工作原理5.硅材料的制备工艺6.太阳电池的制备过程7.太阳电池的电流-电压特性8.太阳电池组件的制作与测试9.光伏系统的组成及设计基础10.光伏系统的应用太阳电池的物理基础ò半导体物理基础－晶体结构－能带理论ò半导体材

2、料的基本特性-半导体的特性-半导体的能带-半导体的导电机构òp-n结的形成与特性–构成及原理–势垒类型–制备工艺ò半导体的光伏效应半导体的物理基础ò半导体基本知识ò晶体结构ò能带理论半导体的物理基础ò什么是半导体？自然界的物质按导电性的强弱，可分为导体、半导体和绝缘体三类。它们的电阻率变化范围为：导体﹤10-4Ω㎝；绝缘体﹥109Ω㎝；半导体10-4～109Ω㎝ò半导体的特性1。掺杂特性：掺入微量杂质可引起载流子浓度变化，从而明显改变半导体的导电能力。此外，在同一种材料中掺入不同类型的杂质，可得到不同导型的材料（p

3、或n型）；2。温度特性：与金属不同，本征（纯净）半导体具有负的温度系数，即随着温度升高，电阻率下降。但掺杂半导体的温度系数可正可负，要具体分析。3。环境特性：光照、电场、磁场、压力和环境气氛等也同样可引起半导体导电能力变化。如硫化镉薄膜，其暗电阻为数十兆欧姆，而受光照时的电阻可下降到数十千欧姆（光电导效应）化学元素周期表半导体的物理基础ò周期表中与半导体相关的部分周期IIIIIIVVVI2BCN3AlSiPS4ZnGaGeAsSe5CdInSnSbTe6HgPb晶体结构ò半导体材料的原子排列状态：晶体结构和非晶体结

4、构ò半导体发展历史ò半导体材料分类-化学组成-结晶状态-材料功能晶体结构晶体：长程有序，周期性；非晶体：短程有序晶体结构晶体结构晶体结构晶体结构硅具有金刚石晶体结构，可看成两个面心立方的套构复合，即两个面心立方晶格沿立方体对角线偏移1/4.硅的晶格常数为0.543nm，密度为2.33g/cm3.晶体结构晶体结构半导体发展历史ò早在1782年，A.Volta通过实验区分了导电性能介于金属和绝缘体之间的“半导体”，并在提交给伦敦皇家学会的一篇论文中首先使用“半导体”一词。ò1833年，M.Faraday发现硫化银(Ag

5、2S)的电阻率的温度系数为负数，这是对半导体特性的最早发现。ò1853年，A.Fick提出扩散方程，为以后的半导体材料掺杂提供了理论基础。ò1873年，W．R.Smith发现硒(Se)的光导电现象。1874年，F.Braun发现金属和金属硫化物接触的电阻值与外加电压的大小及方向有关，即半导体的整流功能。ò1883年Se整流器和1906年碳化硅（SiC）检波器的出现，开始了半导体器件的最早应用。半导体发展历史ò1931年剑桥大学理论物理学家A.Wilson发表半导体能带的经典论文，首次区分了杂质半导体和本征半导体，并

6、指出存在施主与受主，从此开创了半导体理论。ò1907年，H.J.Round发现电致发光（即发光二极管LED：LightEmittingDiode），即在碳化硅（SiC）晶体两端加10V电压，观察到有淡黄色光出射。同年，意大利的Marconi公司也发现碳化硅（SiC）在可见光范围的电致发光现象，这家公司后来成为生产半导体产品的世界著名公司。ò1918年波兰科学家J.Czochralski发明了由液态生长固体单晶的提拉生长法，此法至今仍在半导体材料工业得到广泛应用。1925年可用于一些化合物半导体的晶体生长的Bridg

7、man法发明。1926年氧化亚铜整流器制作成功。半导体发展历史ò1947年晶体管的出现是个里程碑式的重大发明，这是由美国Bell实验室W.Shockley，W.H.Brattain和J.Bardeen共同完成的.其中主要工作是：1947年12月Bardeen和Brattain发明了点接触（Point-Contact）晶体管,1949年Shockley发表了关于p-n结和双极型晶体管的经典论文。晶体管是一个关健性的半导体器件，它将人类文明带进了现代电子时代。ò1950年Bell实验室以5万美元的价格，将晶体管专利这一

8、重大发明卖给了日本。ò1950年锗(Ge)二极管和晶体管出现，从而取代了应用了将近30年的硒和氧化亚铜二极管。1952年H.Welker发现GaAs和其它ⅢᅳⅤ族元素也是半导体。同年，J.J.Ebers提出了可控硅（Thyristor）的一个基本模型。ò1954年D.M.Chapin,C.S.Fuller和G.L.Pearson以硅p-n结制成太阳电池（So