薄膜太阳能电池知识培训.ppt

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1、薄膜太阳能电池知识培训Outline一、太阳电池原理二、薄膜太阳电池分类三、薄膜太阳电池制程四、生产厂商简介一、太阳电池原理电子能级图E1E2E3晶体中电子的运动情况能级电子处于一系列的运动状态，称为量子态。每个量子态中，电子的能量是一定的，称为能级。靠近原子核的能级，电子受束缚强，能级低，反之，能级高。电子只能在这些分裂的能级间跃迁，从低能级跃迁至高能级时，电子要吸收能量，反之，电子要放出能量。晶体能带的形成原子轨道原子能级原子能带禁带禁带允带允带允带能带的形成当原子排列成晶体时，电子除受到自身势场外，还受到其他原子势场作用，能

2、级发生分裂，分裂能级总数很大，将构成能量相近的能带。在能量低的能带中填满了电子，这些能带称为满带；能量最高的能带，往往是半空或全空的，电子没有填满，称为导带（导带底能量为Ec）；导带下的那个满带，其电子可能跃迁到导带，称为价带（价带顶能量为Ev）；两者之间电子不能运动的区域称为禁带。费米能级假设把体系内所有电子按能量由低到高逐个占据能带中各个能级，则最后一个电子占据的那个能级即为费米能级。物理意义：电子占据的概率为1/2的能级称为费米能级。只要知道了它的数值，在一定温度下，电子在各量子态上的统计分布就完全确定了。处于热平衡状态下的

3、电子系统有统一的费米能级。也就是说，在温度0K时，费米能以下，填满电子，费米能以上，没有电子。半导体固体材料按照导电性能可以分为绝缘体、导体和半导体。绝缘体ρ≥1010Ω•cm如玻璃、水泥、干燥的木头等。导体ρ≤10-5Ω•cm如金、银、铜、铝等金属。半导体10-5Ω•cm≤ρ≤108Ω•cm如硅、锗、砷化镓等等。半导体材料的电阻率对温度、光照、磁场、压力、湿度、杂质浓度等因素非常敏感，能够制成发光、光电、磁敏、压敏、气敏、湿敏、热电转换等器件，因此用途广泛。木头铜线硅电导率取决于能带结构和导带电子的性质。金属材料的导带和价带是重

4、合的，中间没有禁带，因此，在价带中存在大量的自由电子，导电能力很强。绝缘体材料的导带是空的，没有自由电子，而且禁带的宽度很宽，价带的电子不可能穿过禁带跃迁到导带上，导带中始终没有自由电子，所以，绝缘体材料不导电。半导体的导带中没有自由电子，但在一定得条件下，价带的电子可以跃迁到导带上，在价带中留下空穴，电子和空穴同时导电。因此，半导体材料的禁带宽度是一个决定电学和光学性能的重要参数。绝缘体、导体和半导体能带示意图重要太阳能半导体材料的禁带宽度电导率的能带解释半导体分类本征半导体没有掺入杂质的半导体材料，电子和空穴的浓度相等。N型半

5、导体在半导体材料中掺入了某种杂质(P)，使得电子浓度大于空穴浓度，称其为N型半导体，此时电子称为多数载流子，空穴称为少数载流子。相应的杂质被称为N型掺杂剂（施主杂质）P型半导体在超高纯的半导体材料中掺入了某种杂质(B)，使得空穴浓度大于电子浓度，称其为P型半导体，此时空穴称为多数载流子，电子称为少数载流子。相应杂质称为P型掺杂剂（受主杂质）半导体分类本征半导体费米能级位于禁带中线附近N型半导体费米能级靠近导带P型半导体费米能级靠近价带EcEFEv本征半导体EcEFEvN型半导体EcEFEvP型半导体半导体分类N型半导体中靠近导带底

6、部处存在施主能级，杂质电离时，施主能级上的电子获得能量ΔED，跃迁进入导带，成为自由电子，同时，形成固定不动的正电中心。P型半导体中靠近价带顶部处存在受主能级，杂质电离时，受主能级上的空穴获得能量ΔEA，跃迁进入价带，成为导电空穴，同时，形成固定不动的负电中心。EgΔED++++EcEDEvEgΔEA---EcEAEvP-N结热平衡状态形成过程内建电场形成扩散漂移平衡态多子浓度降低浓度梯度存在内建电场扩散和漂移共存PNPNPNPN半导体独立存在时，都是电中性的。将P型半导体和N型半导体结合在一起，在其二者的接触面上就形成PN结。平

7、衡时，产生的空穴-电子对和复合的空穴-电子对数目相同。电子空穴平衡时，产生的空穴-电子对和复合的空穴-电子对数目相同。热平衡下的PN结在内建电场的作用下，载流子作漂移运动。相同载流子漂移与扩散方向相反。在无外加电压的情况下，载流子的扩散和漂移最终将达到动态平衡。称这种情况为热平衡状态下的PN结。EcEFEvEvEFEc电子漂移空穴漂移电子扩散空穴扩散p-n结能带图EcEFEvN型半导体EcEFEvP型半导体太阳能电池原理光伏效应当P-N结受光照时，会产生光生载流子，在内建电场作用下，光生电子被拉向N区，光生空穴被拉向P区，产生光生

8、电势。如果将PN结与外电路相连，则电路中出现电流，称为光生伏特效应，是太阳能光电池的基本原理。但能引起光伏效应的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因P区产生的光生空穴，N区产生的光生电子属多子，都被势垒阻挡而不能过结。只有P区的光生电子和N区的光生