太阳能电池培训资料.ppt

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1、太阳能电池培训资料王松2008.12.12太阳能电池的基本原理太阳能电池主要依靠P-N结的光生伏打效应来工作,而当P型半导体和N型半导体紧密结合连成一块时,P型半导体中的空穴向N型半导体的方向扩散运动,而N型半导体的电子向P型半导体的方向扩散运动,如下图所示:其中P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子均称为多子,P型半导体中的电子和N型半导体中的空穴均称为少子,在扩散运动的同时在P型半导体和N型半导体的中央形成了一个由N区指向P区的电场称为内建电场,在内建电场的影响下.将产生孔穴向右而电子向左的飘移运动,当漂移运动和扩散运动达到平衡的时候就形成了P-N结.太

2、阳能电池的基本原理如右图所示,当处于开路的情况下,当光生电流和正向电流相等的时候,P-N结两端将建立起稳定的电势差Voc(P区为正,N区为负),如果与外电路接通,只要光生电流不停止,就会有源源不断的电流通过电路,P-N结起到了一个电源的作用.这就是太阳能电池的工作原理。太阳能电池的基本性质光电转换效率η%评估太阳能电池好坏的重要因素。η=（1000*Isc*Uoc*FF)/S。目前：实验室η≈24%,产业化η≈15%。单体电池电压U:0.4-0.6V由材料本身的掺杂程度来决定。填充因子FF%：评估太阳能电池负载能力的重要因素。FF=(Im*Um)/(Isc*

3、Uoc)其中:Isc-短路电流，Uoc-开路电压，Im-最佳工作电流，Um-最佳工作电压。标准光强与环境温度：地面光强AM1.5,1000W/m2,t=25℃。温度对电池片性能的影响：功率会随着温度的升高而降低。例如：在标准状况下，AM1.5光强，t=25℃,某电池片的输出功率为2.43W,如果电池片温度升高至45℃时，电池片的输出功率将小于2.43W。晶体硅太阳能电池生产的工艺流程Texturing制绒Diffusion扩散Edgeetch去边结Anti-reflectivecoating制做减反射膜Printing&sintering制作上下电极及烧结C

4、elltesting&sorting电池片测试分选SolarCellManufacturing电池的生产工艺流程Cleaningprocess去PSG硅片表面化学腐蚀处理-制绒目的：去除硅片表面的杂质残留，制做能够减少表面太阳光反射的陷光结构。原理：单晶：利用单晶硅的各向异性，采用化腐工艺在<100>硅片上制作的绒面，以减少入射光反射、提高短路电流和转换效率。采用两步法制作绒面，先用高浓度碱液、较高温度下进行短时间“粗抛”，再在低浓度、低温度下进行长时间“细腐”。此法所制绒面，在晶相显微镜下观察，小金字塔排列规则、整齐、均匀，可使入射光的反射损失降低近10％

5、。2NaOH+H2O+SiNa2SiO3+2H2多晶：利用硝酸的强氧化性和氢氟酸的络合性，对硅进行氧化和络合剥离，导致硅表面发生各向同性非均匀性腐蚀，从而形成类似“凹陷坑”状的绒面。Si+HNO3→SiO2+NOx↑+H2OSiO2+6HF→H2SiF6+2H2O绒面微观图硅片表面化学腐蚀处理（一次清洗）1000X电子扫描镜-单晶5000X电子扫描镜-多晶制PN结（扩散）目的：在P型硅表面上渗透入很薄的一层磷，使前表面变成N型，使之成为一个PN结。POCl3在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应式如下：生成的P2O

6、5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：由上面反应式可以看出，POCl3热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来O2存在的情况下，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其反应式如下：扩散原理：制PN结（扩散）扩散原理：生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可见，在磷扩散时，为了促使POCl3充分的分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气。在有氧气的存在时，POCl3热

7、分解的反应式为：POCL3+5O22P2O5+6CL2POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得到PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对于制作具有大面积结的太阳电池是非常重要的。载气小N2POCL3O2+大N2石英管扩散装置示意图制PN结（扩散）扩散原理：PSG除去硅磷气体反应淀积O2硅氧化POCl3O2SiO2SiO2杂质再分布去边结-刻蚀目的：去除硅片边缘的N型区域，将硅片内部的N层和P层隔离开，以达到PN

8、结的结构要求。原理：干法刻蚀（等离子刻蚀）：等离子体