复习大纲
1. 铝背场的作用：
①减少少数载流子在背面复合的概率；
②作为背面的金属电极；
③提高电池的开路电压；
④提高太阳电池的收集效率；
⑤降低电池的反向饱和暗电流和背表面复合速率；
⑥制作良好的欧姆接触。
2. 简述晶体硅的制备工艺过程
答：晶体硅太阳电池的制备工艺：p型硅片-清洗制绒-扩散制结（p-n结）-去周边层-去PSG（磷硅玻璃）-镀减反射膜-印刷电极-高温烧结-检测-分选-入库包装。
3.太阳能的利用形式：光化学转化、太阳能光热转化和太阳能光电转化。
4.太阳能电池理论效率最高为75% 。
5.太阳常数：是指大气层外垂直于太阳光线的平面上，单位时间、单位面积内所接受的太阳能辐射。也就是说，在日地平均距离的条件下，在地球大气上界，垂直于光线1Ｃ㎡的面积上，在１分内所接受的太阳能辐射能量；为（１３６７＋｜－７）Ｗ/㎡。６．太阳能能量转换方式主要分为光化学转化、太阳能光热转化和太阳能光电转化三种方式。
７．P-N结的形成原理。
答：⑴Ｐ型和Ｎ型半导体都呈电中性；
⑵Ｐ型半导体的多子是空穴；Ｎ型半导体的多子是电子；
⑶当Ｐ型半导体与Ｎ型半导体连接在一起时，由于ＰＮ结中不同区域的载流子分布存在浓度梯度，Ｐ型半导体材料中过剩的空穴通过扩散作用流动至Ｎ型半导体材料；同理，Ｎ型半导体材料中过剩的电子通过扩散作用流动至Ｐ型半导体材料。电子或空穴离开杂质原子后，该固定在晶格内的杂质原子被电离，因此在结区周围建立起了一个电场，以阻止电子或空穴的上述扩散流动，该电场所在的区域及耗尽区或者空间电荷区，故而称为ＰＮ结。如图所示：
在交界面，由于扩散运动，经过复合,出现空间电荷区。
８．P-N结半导体光生伏特效应的原理。
答：在半导体被光照射、产生光传导现象时，如果由光产生的载
流子在不同位置具有不均一性，或者由于PN结产生了内部载流子的话，就因扩散或者漂移效应而引起电子和空穴密度分布不平衡，从而产生电力，这一现象称为光生伏特效应（photovoltaic effect）.
9.太阳能电池的主要参数是短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率。
10. 太阳能电池的寄生电阻是指串联电阻Rs和并联电阻Rsh；（1）串联电阻Rs主要包括半导体内部的体电阻、电极用的金属与半导体表面层之间的接触电阻、电极用的金属本身的电阻和器件内部及外部线路互相连接的引线接触电阻；
⑵并联电阻Rsh主要包括来自非理想的PN结和PN结附近的杂质，会引起PN结部分短路，特别是太阳能电池的边缘部分漏电现象，会使Rsh值减小。
11.简述制绒的定义、目的、原理、作用以及工艺流程；
答：1.制绒的定义：制绒是利用硅的各向异性腐蚀的特性在表面刻出类似于金字塔（单晶硅sc-si)或者是蜂窝状（多晶硅mc-si)的结构。
? 2. 目的：为了在硅片上获得绒面结构，利用陷光原理，增加光透性，减少光的反射，提高ISC;增加光的吸收率，去
除损伤层，增加PN结面积（PN结厚，VOC增加，Eg宽）。
? 3.原理：陷光原理。
? 4.绒面的作用：①减少了太阳光的反射；②增加太阳光
在硅片内部的有效运动长度，就是增加了被吸收的机会。
5. 工艺流程：（1）即先采用较高浓度的碱（NaoH or KoH）在高温条件下对单晶硅片进行短时间“粗抛”以去除硅片在线切割过程中形成的切割损伤。
（2）漂洗（去离子水、超声波）
（3）再用低浓度的碱（NaoH or KoH）和异丙醇（IPA：其作用是降低硅片表面张力，较少气泡在硅片表面的粘附，是硅片的金字塔更加均匀一致）的混合溶液对(100)晶面的方向的单晶硅片较长时间的各向异性腐蚀，这样可以在硅片表面形成类“金字塔”状的绒面，有效地增强了硅片表面对入射光的吸收，从而提高光生电流密度Jsc。
（4）HF清洗
（5）HCL清洗
12.简述碱制绒、酸制绒的原理；
答：Ⅰ.碱性制绒原理：
? 1.适用范围：单晶硅SC-Si；
? 2.组份：NaoH or KoH;
? 3.反应式：2NaoH+H2o+Si=Na2Sio3+2H2 or
2KoH+H2o+Si=K2Sio3+2H2
Ⅱ.酸性制绒原理：
? 2.组份：HNO3 or HF
? 1.适用范围：多晶硅
? 3.反应式：
Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O
SiO2+4HF=SiF4+2H2O
SiF4+2HF=H2[SiF6]
13.简述表面织构化；
?答：晶体硅在进行切片时，是硅片表面留下一层10-20um 的损伤层，而在太阳电池制备时首先要利用化学腐蚀去除损伤层，然后制备表面绒面机构，若选择择优化学腐蚀剂就可以在硅片表面形成倒金字塔结构，称为绒面结构，又称表面织构化。
14. PN结的十一种叫法，分别是电子-空穴结、复合层|区、阻挡层、结电容、高阻区、耗尽层|区、空间电荷层|区、势垒电场、内|自电场区。
15. Rsh叫内部并联电阻，分流电阻，泄露电阻，旁漏电阻
16. 三氯氧磷扩散的原理：POCL3高温下，分解成PCL5，PCL5进一步分解成P2O5，并放出CL2，P2O5淀积在硅片表面与硅反应生成SIO2和磷原子，并在表面形成一层磷硅玻璃，然后磷原子再向硅中扩散，形成N型。
17．丝网印刷的工艺三步骤：背Ag,背Al,正Ag。
18. 磷扩散的工艺：气态磷扩散、固态磷扩散和液态磷扩散等形式。
19. 减反射膜的基本原理：利用光在减反射膜上、下表面反射所
产生的光程差，使得两束反射光干涉想消，从而减弱反射，增加透射。
20. 减反射层薄膜材料要求：①透光性好②对光吸收系数③良好的耐化学腐蚀性④良好的硅片粘结性⑤良好的导电性能21．在实际晶体硅太阳电池工艺中，常用的减反射层材料有TiO2、SnO2、SiO2、SiNx、ITO（纳米铟锡金属氧化物）和MgF2等，其厚度一般在60-100nm左右。.
22. 常用的减反射膜制备方法：①化学气相沉积（CVD）②等离子化学气相沉积（PECVD）③喷涂热解④溅射⑤蒸发
23. 硅材料的禁带宽度Eg= 间接带隙材料
锗材料的禁带宽度Eg= 间接带隙材料
磷化铟材料的禁带宽度Eg=直接带隙材料
砷化镓材料的禁带宽度Eg=直接带隙材料
锑化镉材料的禁带宽度Eg=直接带隙材料
硫化镉材料的禁带宽度Eg=直接带隙材料
铜铟镓锡材料的禁带宽度Eg=直接带隙材料
铜铟镓硫材料的禁带宽度Eg=直接带隙材料
24硅材料有多种晶体形式，包括单晶硅、多晶硅和非晶硅
25.单晶硅熔炼方法包括区熔单晶硅FZ和直拉单晶硅ＣＺ。
26. 单晶硅片的一般制作流程：高纯多晶硅原料熔化
→种晶→缩颈→放肩→等径→收尾→圆柱状单晶硅→切断、滚圆、切片、化学清洗→单晶硅片。
27. 迁移率是指载流子在单位电场作用下的平均漂移速度，即载流子在电场作用下运动速度的量度，运动的越快，迁移率越大；运动得慢，迁移率下。
28.硅共价键的键角是109°28′
29. 各种硅材料的优缺点对比：直拉单晶硅：
优点：电池效率高，工艺稳定成熟；
缺点：成本相对较高。
薄膜非晶硅：
优点：制作成本低
缺点：光电转换率低，存在光致衰减行为，稳定性较差。
铸造多晶硅
优点：成本相对较低，光电转换效率较高
缺点：高密度的位错、微缺陷和晶界，影响光电转换效率。
薄膜多晶硅：
优点：潜在低成本，相对高效率
缺点：光电转换效率低
30.金属硅MG 95%-99% 太阳能级硅ＳＧ４Ｎ－６Ｎ电子级硅ＥＧ６Ｎ－１１Ｎ
３１．常见化学气相沉积：LPCVD MOCVD RTCVD PCVD HWCVD PECVD APCVD
32.高纯多晶硅的制备方法：①三氯氢硅氢还原法
②硅烷热分解法
③四氯化硅还原法
33. 区熔单晶硅的制备过程：首先以高纯多晶硅作为原料，制成棒状，并将多晶硅棒垂直固定；在多晶硅棒的下端放置具有一定晶向的单晶硅，作为单晶生长的籽晶，其晶向一般为<111>或（100）；然后在真空或氩气等惰性气体保护下，利用高频感应线圈加热多晶硅棒，使多晶硅棒的部分区域形成熔区，并依靠熔区的表面张力保持多晶硅棒的平衡和晶体生长的顺利进行。
34.区熔单晶硅中的碳和氧的浓度都低于红外光谱的探测极限，分别为1×1016cm-3和5×1016cm-3。
35. 直拉单晶硅的制备工艺一般工作流程：多晶硅的装料→熔化→种晶→缩颈→放肩→收尾
36.简述分凝现象、分凝系数；
（1）分凝现象:在结晶过程，浓度小的元素（作为杂质）在浓度高的元素晶体及熔体中的浓度是不同的，称为分凝现象。
⑵分凝系数: “分凝系数”= (杂质在固相中的溶解度)/(杂质在液相中的溶解度)
37.单晶硅的电阻率ρ与掺杂浓度cs 的关系式： 38.大规模集成电路用单晶硅加工工艺流程：切断（割断）→滚圆→磨定位标志→切片→倒角→研磨→腐蚀→热处理→背面损伤→抛光→清洗→检验→包装。
39. 太阳电池用单晶硅加工工艺流程：切断（割断）→滚圆（切方块）→切片→化学腐蚀
μ
σρe c 1
1
s ==
40. 线切割的优缺点：
优点：
①效率高--每次切片250块以上（1台线切割机的产量=35台内圆切割机的产量）；
②耗材少--线切割的直径只有180μm；
③切割应力小，切割后表面损伤小。
缺点：
①硅片的平整度差；
②设备相对昂贵，维修困难
41.
42. 腐蚀效果的主要影响因素：
①腐蚀液的类型
②腐蚀液的配比
③腐蚀温度
④是否搅拌
⑤硅片放置的方式
43.直拉单晶硅中杂质有哪些，来源、存在形式以及如何控制，如何解决
答：杂质：主要杂质：碳，氧；其他杂质：H、N ；金属杂质:Cu,Co,Ni,Mn,Fe,Mn,Cr,Zn,Ti
来源：O：晶体生长过程中石英干锅的污染：
C：①多晶硅原料；
②晶体生长炉内的剩余气体
③石英坩埚与石墨加热件的反应
H：是在器件加工过程中引入的，主要用来钝化金属杂质和缺陷。N：是在晶体生长阶段加入的杂质，对控制微缺陷和增加机械强度有益。
金属杂质：①硅片滚圆、切片、倒角、磨片等制备过程中，直接与金属工具接触；
②在硅片清洗或湿化学抛光过程中，使用不够纯的化学试剂；
③在工艺过程中，使用不锈钢等金属设备。
存在形式：O：①氧可以与空位结合，形成微缺陷；
②氧以团簇形成氧团簇，具有电学性能；
③形成氧沉淀，引入诱生缺陷。
④B-O复合体。
C：间隙态
金属杂质：间隙态、替位态、复合体存在。
控制：O：采取精细的工艺和外加磁场加以控制。
直拉单晶硅中的金属杂质的控制和去除方法：1.减少加工中的污染2.化学腐蚀去除表面金属；3.吸杂技术:背面吸杂和内吸杂44.简述内吸杂，氧团簇，蒸气压，
1.团簇是由几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成的相对稳定的微观或亚微观聚集体，其物理和化学性质随所含的原子数目而变化。
2.*“内吸杂”:内吸杂是利用氧在热处理时沉淀的性质，在晶体内部产生大量的氧沉淀，同时形成位错和层错等缺陷，以吸引金属杂质沉淀。
3. 在一定外界条件下，液体中的液态分子会蒸发为气态分子，同时气态分子也会撞击液面回归到液态。这是单组分系统分发生的两相变化，一定时间后，即可达到一个平衡。气态分子含量达到最大值，这些气体分子对页面产生的压强称为饱和蒸气压，简称为蒸气压
45. 影响直拉单晶硅中的氧浓度的因素：
答：①熔硅中的热对流；
②熔硅与石英坩埚的接触面积；
③晶体生长时的机械强制对流；
④SiO自熔硅表面的蒸发；
⑤氧与晶体中点缺陷的作用。
46. 在熔点附近的晶体硅中，氧的饱和固溶度约为×1018cm-3；直拉单晶硅中间隙氧的间隙范围是（5-20）×1017cm-3范围内.
47. 影响单晶硅中氧沉淀形成、结构、分布和状态的因素：
①初始氧浓度
②热处理的温度
③热处理的时间
④碳、氮及其他杂质原子的浓度、原始晶体硅的生长条件、热处理气氛、次序等。
48. 直拉单晶硅在高温形成氧沉淀时有三个阶段：
①氧沉淀少量形成，表现出一个孕育期；
②氧沉淀快速增加；
③氧沉淀增加缓慢，接近饱和。
49直拉单晶硅中O、C的分布情况；
答：O：头高尾低；C：头低尾高。
50.简述热施主及危害和措施；
答：热施主及危害：当直拉单晶硅在300-500℃热处理时，会产生与氧相关的施主效应，此时n型晶体硅的电阻率下降，p型晶体硅的电阻率上升。施主效应严重时，甚至能使p型晶体硅转
化为n型晶体硅，这种与氧相关的施主被称为“热施主”。
措施：热施主可以在300-500℃范围内生成，而450℃是最有效的热施主生成温度。一旦生成热施主，可以在550℃以上的短时间热处理中予以消除，通常利用的热施主消除温度为650℃。
51.影响热施主的因素：温度和初始氧浓度；措施：碳、氮会抑制热施主的生成，而氢会促进它的形成。
52. 含氧的直拉单晶硅在550-580℃热处理时，还会生成新的与氧有相关的施主，被称为“新施主”，
53根据氧沉淀的形成情况，热处理的温度一般分为：
①低温（600-800℃）热处理
②中温（850-1050℃）热处理
③高温（1100-1250℃）热处理
54. 氧沉淀形成热处理温度一般可分为低温、中温和高温三个热处理温度段，分别叙述三个温度段中氧沉淀形态的主要形态。答: ①低温（600-800℃）: 棒状，又称针状或带状;
②中温（850-1050℃）: 片状沉淀;
③高温（1100-1250℃）: 多面体沉淀。
55.
氧热施主的产生温度区间和最佳产生温度消除氧热施主的方法.答: 300-500℃温度区间; 最佳产生温度: 450℃
消除氧热施主的方法: 一旦生成热施主，可以在550℃以上的短时间热处理中予以消除，通常利用的热施主消除温度为650℃。
56. 简述红外技术测量晶体硅中间隙氧浓度方法的具体步骤。答:要利用红外技术测量晶体硅中总的氧浓度，通常采用的技术是将晶体在1300℃以上短时间热处理，然后快速降温，使复合体、氧沉淀重新溶解到硅基体中，以间隙氧的形态存在，在加以测试。需利用参比样品来和检测的样品具有相同的载流子浓度和样品厚度进行对比。
57. 晶体硅中的效率衰减效应主要是由晶体中哪种复合体引起并说明在晶体硅中如何消除这种复合体产生的衰减效应列举几种避免该复合体产生的新技术新想法。
答:1. 硼氧复合体;2. 硼氧复合体的缺陷可以经低温（200℃左右）热处理予以消除.3. 避免该复合体产生的新技术新想法: ①利用低氧单晶硅如区熔单晶硅或磁控直拉单晶硅（MCZ）;②利用n型单晶硅; ③利用镓代替硼掺杂制备p型单晶硅.
58. 简述利用光电导衰减法测量硅的少数载流子的原理。
答:无光照射时样品中高频电流：i=Imsinwt(w-高频源角频率) 当样品受到光照射时，样品受光照射时，样品受光激发，产生非平衡载流子，
电导率增加，样品的电阻减小
59.
引入位错的主要途径
答: 直拉单晶硅中位错引入的主要途径:
①在晶体硅生长时，由于籽晶的热冲击，会在晶体中引入原生位
错;
②在晶体滚圆、切片等加工工艺中，由于硅片表面存在机械损伤层，也会引入位错，在随后的热加工过程中，也可能延伸进入硅片体内;
③是热应力引入位错，这是由于在硅片的热加工过程中，由于硅片中心部位和边缘温度的不均匀分布，有可能导致位错的产生。
60.晶体硅中位错对太阳电池的影响主要是哪几个方面
答: 载流子浓度、少数载流子寿命、载流子的迁移率、p-n结的影响
61.简述硅电池片制作工艺，说明每步的目的，原理，控制因素及提高太阳能电池效率的途径
答：制作工艺：p型硅片-清洗制绒-扩散制结（p-n结）-去周边层-去PSG（磷硅玻璃）-镀减反射膜-印刷电极-高温烧结-检测-分选-入库包装。
1.目的：
①清洗制绒：为了在硅片上获得绒面结构，利用陷光原理，
增加光透性，减少光的反射，提高ISC;增加光的吸收率，
去除损伤层，增加PN结面积（PN结厚，VOC增加，Eg
宽）。
②扩散制结（p-n结）:在P型硅表面，通过扩散P原子构成
p-n结。
③去周边层：清除扩散制结形成的N型周边层。
④去PSG（磷硅玻璃）：清除扩散制结过程表面的PSG层。
⑤镀减反射膜：减少电池表面太阳光的反射。
⑥印刷电极：形成良好的电极接触。
⑦高温烧结：干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，使
浆料和硅片形成良好的欧姆接触。
2.原理：
①清洗制绒：
?碱制绒原理：2NaoH+H2o+Si=Na2Sio3+2H2 or
2KoH+H2o+Si=K2Sio3+2H2?酸性制绒原理：Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O
SiO2+4HF=SiF4+2H2O
SiF4+2HF=H2[SiF6]
②扩散制结（p-n结）: 若氧气充足：5POCl3= P2O5+3PCl5
在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为： 4 POCl3+3O2=2 P2O5+Cl3
P2O5+5Si=5SiO2+4P
③去周边层：等离子体刻蚀的基本原理：1在低压下，反应气体在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体，等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团，其电离反应式一般为：A2→A+A+ +E (A2-电离气体A-化学性质很活泼的自由基A+ -为正离子E-电子2自由基和被刻蚀材料之间的化学反
应对材料产生腐蚀作用3反应生成挥发性极强的气体脱离被刻蚀物质表面，并被真空系统抽出腔体。
④减反射膜的基本原理：利用光在减反射膜上、下表面反射所产生的光程差，使得两束反射光干涉想消，从而减弱反射，增加透射。
⑤印刷电极：利用丝网图形部分网孔透浆料，非图文部分网孔不透浆料的基本原理进行印刷。
高温烧结：银浆，银铝浆，铝浆印刷过的硅片，经过烘干使有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物紧密物黏附在硅片上，此时金属电极材料层和硅片接触在一起，即烧结。
3．控制因素：
①清洗制绒：T, V, C, t(Sc-si) T, t(Poly-si)
②扩散制结（p-n结）: T, C, t
③去周边层：C
④去PSG（磷硅玻璃）：T, t,C
⑤减反射膜的基本原理：T, t,C,密度
⑥印刷电极：T, t
⑦高温烧结：T, t
4. 提高太阳能电池效率的途径
①要使太阳能电池的转换效率提高，必须提高开路电压、短路电流、填充因子；
①要获得较高的短路电流Isc，太阳能电池有源材料和太阳能电
池结构应在紫外光、可见光和近红外光的光谱范围上，有较高、较宽和较平坦的光谱响应，內量子效率应接近于1；
②要获得较高的开路电压Voc，太阳能电池内部必须正向暗电流I0较低而并联电阻Rsh较高；
③要获得较高的填充因子FF,太阳能电池必须正向暗电流I0较低，理想因子“n”接近于1，串联电阻Rs必须较低（1C㎡的太阳能电池面积应该使Rs<1欧），而并联电阻Rsh必须较高（〉10的四次方欧．C㎡）
②入射光的有效利用，通过减反射膜减少表面反射，表面材料进行刻蚀，进行光封装；
③采用聚光系统，增加光的辐照度，即聚光太阳能电池;
④利用新型的太阳能电池结构
⑤光生载流子收集效率的改善，背电场、超晶格的利用；
⑥光生成载流子复合损失的减少，光生活性层的膜质改善，结界面的复合抑制；
⑦直接电阻（串联电阻）损失的减少，透明电极的低电阻化，集电极的最佳化；
⑧电压因子损失的减少。背电场漂移型光电效率的利用。
62.简述单晶硅与多晶硅的制作工艺流程，谈谈各自的影响因素与改进措施
答：1.单晶硅：多晶硅的装料→熔化→种晶→缩颈→放肩→收尾；多晶硅：
：
2.
影响因素：.单晶硅：温度、浓度、时间、位置 多晶硅：温
度、浓度、时间、位置 3. 改进措施：对于单晶硅而言，采用新型直拉单晶硅的生长技术；对于多晶硅而言，采用电磁感应冷坩埚连续拉晶法。
63.简述硅锭的切片过程，切片过程中存在哪些影响因素，如何减小掉片风险
答：硅锭的切片过程：切断（割断）→滚圆→磨定位标志→切片 →倒角→研磨→腐蚀→热处理→背面损伤→抛光→清洗→检验→包装。
切片过程中存在的影响因素：线速、张力、桌面移动速度、砂浆粘度、温度和研磨特性、线径、碳化硅数目、密度。 减小掉片风险的措施：
64.直拉单晶硅电池中氧杂质会有哪些影响，如何控制、如何解决
答：直拉单晶硅电池中氧杂质影响：会形成缺陷：
控制：采取精细的工艺和外加磁场加以控制。
解决：对于热施主可以在550℃以上的短时间热处理中予以消除，通常利用的热施主消除温度为650℃。
对B-O，硼氧复合体的缺陷可以经低温（200℃左右）热处理予以消除。
65. 铸造多晶硅的优点与缺点
答：优点：是材料的利用率高、能耗小、制备成本低，而且其晶体生长简便，易于大尺寸生长。
缺点：是含有晶界、高密度的位错、微缺陷和相对较高的杂质浓度，其晶体的质量明显低于单晶硅，从而降低了太阳电池的光电转换效率。
66. 铸造多晶硅的主要制备工艺
答：①浇铸法；②直熔法。
67.简述浇铸法的工作原理和基本原理
答：工作原理：在制备多晶硅时，首先将多晶硅的原料在预熔坩埚内熔化，然后硅熔体逐步流入到下部的凝固坩埚，通过控制凝固坩埚的加热设备，使得凝固坩埚的底部温度最低，从而硅熔体在凝固坩埚底部开始逐渐结晶。结晶时始终控制固液界面的温度梯度，保证固液界面自底部向上部逐渐平行上升，最终达到所有的熔体结晶。
基本原理：在一个坩埚内将硅原料溶化，然后浇铸在另一个经过
太阳能电池材料的发展及应用 材料研1203 Z石南起新材料（或称先进材料）是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志，通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。 随着科学技术发展，人们在传统材料的基础上，根据现代科技的研究成果，开发出新材料。新材料按组分为金属材料、无机非金属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分为结构材料和功能材料。21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。新材料的研究，是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。 功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。 功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。 功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占85%。我国高技术 (863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。
太阳能电池及材料研究 引言 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：1、半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率：3、材料本身对环境不造成污染； 4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。 1 硅系太阳能电池 1.1 单晶硅太阳能电池 硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是*单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cm X 2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cm X 5cm）转换效率达8.6%。 单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电 池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。 1．2 多晶硅薄膜太阳能电池 通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等
太阳能电池板（组件）生产工艺 组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。 流程： 1、电池检测—— 2、正面焊接—检验— 3、背面串接—检验— 4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）—— 5、层压—— 6、去毛边（去边、清洗）—— 7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）—— 8、焊接接线盒—— 9、高压测试——10、组件测试—外观检验—11、包装入库 组件高效和高寿命如何保证： 1、高转换效率、高质量的电池片； 2、高质量的原材料，例如：高的交联度的EVA、高粘结强度的封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等； 3、合理的封装工艺 4、员工严谨的工作作风； 由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。 太阳电池组装工艺简介： 工艺简介：在这里只简单的介绍一下工艺的作用，给大家一个感性的认识. 1、电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。 2、正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连 3、背面串接：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。 4、层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。 5、组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据EVA的性质决定。我们使用快速固化EVA 时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150℃。 6、修边：层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应
员 工 培 训 资 料 2008年09月04日初订 目录 第一章太阳能概况 (2) 第二章太阳能电池的发明和未来前景 (3) 1．太阳能电池发明 (3)
2．太阳能电池前景 (4) 第三章太阳能光伏技术 (5) 1．光伏效应 (5) 2．光伏电池分类 (5) 3．晶体硅生产一般工艺流程 (5) 第四章硅太阳能电池的工作原理及其结构 (12) 第五章太阳能电池基本参数 (16) 1．标准测试条件 (16) 2．太阳电池等效电路 (16) 3．伏安(I-V)特性曲线 (17) 4．开路电压 (18) 5．短路电流 (18) 6．最大功率点 (18) 7．最佳工作电压 (18) 8．最佳工作电流 (18) 9．转换效率 (18) 10．填充因子(曲线因子) (19) 12．电压温度系数 (19) 第一章太阳能概况 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射
能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域；通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。 二十世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6％的实用型单晶硅电池，二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术突破为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。 70年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973年，美国制定了政府级的阳光发电计划，1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投入达8亿多美元。1992年，美国政府颁布了新的光伏发电计划，制定了宏伟的发展目标。日本在70年代制定了“阳光计划”，1993年将“月光计划”（节能计划）、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议，讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约，设立国际太阳能基金等，推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动，成为各国制定可持续发展战略的重要内容。 二十多年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。 第二章太阳能电池的发明和未来前景 1．太阳能电池发明 1839年法国物理学家A·E·贝克勒尔意外的发现，两片金属进入溶液构成的伏打电池，受到阳光照射时会产生额外的伏打电势，他把这种现象称为光生伏打效应。1883年，有人在半导体硒和金属接触处发现了固体光伏效应。后来就把能够产生光生伏打效应的器件称为光伏器件。由于半导体PN结器件在阳光下光电
太阳能电池板原理
随着全球能源日趋紧张，太阳能成为新型能源得到了大力的开发，其中我们在生活中使用最多的就是太阳能电池了。太阳能电池是以半导体材料为主，利用光电材料吸收光能后发生光电转换，使它产生电流，那么太阳能电池的工作原理是怎么样的呢？太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子—空穴对。这样，光能就以产生电子—空穴对的形式转变为电能。
一、太阳能电池的物理基础 当太阳光照射ｐ－ｎ结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子——空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向型区，空穴被驱向Ｐ型区，从而使凡区有过剩的电子，Ｐ区有过剩的空穴。于是，就在ｐ－ｎ结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。 如果半导体内存在P—N结，则在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P—N结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。 制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。下
面我们以硅太阳能电池为例，详细介绍太阳能电池的工作原理。 1、本征半导体 物质的导电性能决定于原子结构。导体一般为低价元素，它们的最外层电子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子，在外电场的作用下产生定向移动，形成电流。高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如橡胶），它们的最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子，所以导电性极差，成为绝缘体。常用的半导体材料硅（Si）和锗（Ge）均为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚的那么紧，因而其导电性介于二者之间。 将纯净的半导体经过一定的工艺过程制成单晶体，即为本征半导体。晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，相邻的原子形成共价键。
引言太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：1、半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率：3、材料本身对环境不造成污染；4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。 1 硅系太阳能电池 1.1 单晶硅太阳能电池硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是*单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cm X 2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cm X 5cm）转换效率达8.6%。单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。 1．2 多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCV D）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相外延法（LPPE）和
晶体硅太阳能电池的制造 工艺流程 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。 晶体硅太阳能电池的制造工艺流程说明如下： （1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。 （2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去30－50um。 （3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。 （4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成PN＋结，结深一般为－。 （5）周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。 （6）去除背面PN＋结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN＋结。 （7）制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。 （8）制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3，SiO ，Si3N4 ，TiO2 ，Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。 （9）烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。 （10）测试分档：按规定参数规范，测试分类。
由此可见，太阳能电池芯片的制造采用的工艺方法与半导体器件基本相同，生产的工艺设备也基本相同，但工艺加工精度远低于集成电路芯片的制造要求，这为太阳能电池的规模生产提供了有利条件。
单晶硅太阳能电池 1.基本结构 2.太阳能电池片的化学清洗工艺 切片要求：①切割精度高、表面平行度高、翘曲度和厚度公差小。②断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。③提高成品率，缩小刀(钢丝)切缝，降低原材料损耗。④提高切割速度，实现自动化切割。 具体来说太阳能硅片表面沾污大致可分为三类： 1、有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合兆声波清洗技术来去除。 2、颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或兆声波清洗技术来去除粒径≥ 0.4 μm颗粒，利用兆声波可去除≥ 0.2 μm颗粒。 3、金属离子沾污：该污染必须采用化学的方法才能将其清洗掉。硅片表面金属杂质沾污又可分为两大类：（1）、沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。（2）、带正电的金属离子得到电子后面附着（尤如“电镀”）到硅片表面。
1、用 H2O2作强氧化剂，使“电镀”附着到硅表面的金属离子氧化成金属，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。 2、用无害的小直径强正离子（如H+），一般用HCL作为H+的来源，替代吸附在硅片表面的金属离子，使其溶解于清洗液中，从而清除金属离子。 3、用大量去离子水进行超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。 由于SC-1是H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH 的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除；同时溶液具有强氧化性和络合性，能氧化Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等，使其变成高价离子，然后进一步与碱作用，生成可溶性络合物而随去离子水的冲洗而被去除。因此用SC-1液清洗抛光片既能去除有机沾污，亦能去除某些金属沾污。在使用SC-1液时结合使用兆声波来清洗可获得更好的清洗效果。 另外SC-2是H2O2和HCL的酸性溶液，具有极强的氧化性和络合性，能与氧化以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。被氧化的金属离子与CL-作用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除。 3.太阳能电池片制作工艺流程图 具体的制作工艺说明 （1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。 （2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将 硅片表面切割损伤层除去30－50um。 （3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备 绒面。 （4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行 扩散，制成PN＋结，结深一般为0.3－0.5um。
太阳能电池材料 1.说明三氯氢硅还原法制备高纯硅的具体步骤 答：工业级硅经过酸洗、粉碎（60~100目），符合粒度的送入干燥炉，经热氮气流干燥后，送入沸腾炉，同时从炉底部通入适量的干燥HCL，进行三氯氢硅的合成。 2.论述拉制无错位单晶硅的工艺 无错位晶核是生长无错位单晶的基础 3.论述直拉法工艺的定义、工艺流程、需控制的参数、特点 答：生长方法：在直拉单晶炉内，向盛有熔硅坩埚中，引入籽晶作为非均匀晶核。然后控制热场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉，单晶便在籽晶下按籽晶的方向长大。直拉法工艺流程：炉体、籽晶、多晶硅、掺杂剂、石英坩埚；清洁处理；装炉；抽真空（或通保护气体）；加热熔化；单晶生长；降温出炉；性能测试。 单晶工艺流程：1.熔化；2.稳定；3.引晶；4.缩颈；5.放肩；6.等径；7.收尾。需控制的参数、特点：坩埚的位置、转速、上升速度，以及籽晶的转速和上升速度，热场的设计和调整。 4.论述在直拉法中杂质的掺入方法以及单晶中杂质均匀分布的控制方法 答：共熔法：纯材料与杂质（不易挥发的材料)一起放入坩埚熔化； 投杂法：向已熔化的材料中加入杂质（易挥发的材料） 单晶中杂质均匀分布的控制方法：1.直拉法单晶纵向电阻率均匀性的控制：变速 拉晶法：原理C S =KC L 。双坩埚法：连通坩埚法和浮置坩埚法。2.径向电阻率均匀 性的控制：在晶体生长过程中，如果熔体搅拌均匀，则固液交界面是等电阻面。 5.论述直拉工艺中降低氧含量的措施 6.什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系数？小平面效应？ 答：分凝现象：将含有杂质的晶态物质熔化后再结晶时，杂质在晶体的固体浓度Cs和未结晶的液体中浓度C l不同的现象。 平衡分凝系数：在一定温度的平衡状态下，杂质的固液两相中浓度的比值：K0=C S/C L
背景 在能源紧缺的现代社会，为了维持人类的可持续发展，科学家们一直致力于新能源的研究，其中至少在几十亿年内都取之不尽的太阳能便成了热门的研究对象。 太阳能电池大家都不陌生，它通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能。钙钛矿材料我们也很熟悉，就是一类有着与钛酸钙（CaTiO3）相同晶体结构的材料，其结构式一般为ABX3，其中A和B是两种阳离子，X是阴离子。 但钙钛矿太阳能电池却是一个比较新的概念。 2009年日本桐荫横滨大学的宫坂力教授将碘化铅甲胺和溴化铅甲胺应用于染料敏化太阳能电池，获得了最高%的光电转化效率，此为钙钛矿光伏技术的起点 但它直到2014年左右才被人们重视起来。是因为在短短几年间其效率一直在显著提升，这是NREL上实验室最高电池效率的图，我们可以看出钙钛矿材料的效率上升速率远远超过了其他同类型材料。钙钛矿材料被认为是最有可能取代硅晶材料作为太阳能电池的材料 概述 钙钛矿太阳电池一般采用有机无机混合结晶材料——如有机金属三卤化物CH3NH3PbX3（X=Cl, Br, I）作为光吸收材料。该材料具有合适的能带结构，其禁带宽度为，因与太阳光谱匹配而具有良好的光吸收性能，很薄的厚度就能够吸收几乎全部的可见光并用于光电转换。 如图所示，这是钙钛矿太阳能电池的一般结构结构，由上到下分别为玻璃、FTO、电子传输层（ETM）、钙钛矿光敏层、空穴传输层（HTM）和金属电极。其中电子传输层常常用TiO2 钙钛矿电池一个显著的特点是IV曲线（伏安曲线）的滞后（I-V hysteresis）（通常叫滞后现象或迟滞现象），一般从反向扫描（开路电压－短路电流）得到的曲线比正向扫描（短路电流－开路电压）看起来好很多。现在对钙钛矿的这种现象还没有一个很好的解释，目前比较合理的解释是：钙钛矿材料具有很强的铁电性能（ferroelectricity）以及巨大的介电常数，导致电池的低频电容很大，比其他任何一种光伏电池都显著。 文献
光伏电池制备工艺 第一章 1. 太阳能电池基本工作原理？ 答： 1) 能量转换，太阳光的能量转换为电能； 2) 吸收光产生电子空穴对、空穴对—电子分离或扩散、发电电流的传输。 2. 硅太阳能电池吸收光的特点？ 答： 1) 低于带隙）（v e 12.1的不被吸收； 2) 波长越长（能量低），光吸收越慢； 3) 对电池材料厚度的要求： ① 晶体硅：m 500 以上才能最大化吸收； ② 砷化镉：只需要10几微米就可。 3. 太阳电池光吸收类型及对发电有贡献的类型？ 答： 光吸收类型： 1) 本证吸收； 2) 杂质吸收； 3) 自由载流子吸收； 4) 激子吸收； 5) 晶格吸收。 对太阳电池转换效率有贡献的最主要的是本证吸收。 4. 太阳能电池中的复合类型？ 答： 1) 辐射复合→发光； 2) 俄歇复合→发热； 3) 陷阱辅助复合。 5. 晶体硅太阳电池的基本结构组成？ 答： 1) 前电极（主栅、细栅）； 2) 减反射绒面； 3) 氮化硅减反射层； 4) N 型层； 5) P 型层； 6) 铝背场； 7) 后电极（主栅、铝膜）。 6. 晶体硅太阳电池的主要参数？ 答: 1) 开路电压（oc U ）； 2) 短路电流（sc I ）； 3) 最大输出功率（mp P ）；
4) 工作电压（mp U ）； 5) 工作电流（mp I ）； 6) 转换效率（η）； 7) 填充因子（FF ）； 8) 串联电阻（s R ）； 9) 并联电阻（sh R ）。 10) mp mp I U P mp ?= 11) sc oc mp I U P FF ?= 7. 晶体硅太阳能电池生产工艺流程及作用？ 答： 一清→扩散→二清→PECVD 镀膜→丝网印刷、烧结→检测 作用： 一清：制绒降低反射率、去损伤层、扩散前清洗； 扩散：在P 型硅片上扩散N 型磷，从而形成N P -结； 二清：去除磷硅玻璃、去边结。 PECVD 镀膜：镀氧化磷膜、减反射、钝化。 丝网印刷、烧结：制作金属电极、制作铝背场、形成金属与硅的良好接触。 第二章 1. 单晶、多晶绒面特点？ 答： 单晶：正金字塔结构； 多晶：蜂窝结构。 2. 单晶制绒夜的主要成分？ 答： OH N a 、异丙酸（IPA ）、添加剂。 3. 多晶制绒液的主要成分？ 答： HF 、3HNO 。 4. 单晶制绒质量要求？ 答： 1) 反射率低（%15≤）； 2) 绒面颗粒均匀（m 52μ→）； 3) 覆盖率达%100； 4) 外观均匀，无白点、色差等； 5) 表面清洁无污染； 6) 腐蚀重量在规定范围内。 5. 多晶绒面质量要求？ 答： 1) 反射率低（%20≤）； 2) 绒面颗粒大小均匀； 3) 表面暗纹尽量少； 4) 表面清洁无污染；
太阳能板相关知识 一、太阳能电池发电原理：太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。 二、多晶硅太阳能电池和单晶硅太阳能电池是没有区别的。多晶硅太阳能电池和单晶硅太阳能电池的寿命和稳定性都很好。虽然单晶硅太阳能电池的平均转换效率比多晶硅太阳能电池的平均转换效率高1%左右，但是由于单晶硅太阳能电池只能做成准正方形（4个顶端是圆弧），当组成太阳能电池组件时就有一部分面积填不满，而多晶硅太阳能电池是正方形，不存在这个问题，因此对于太阳能电池组件的效率是一样的。 另外，由于两种太阳能电池材料的制造工艺不一样，多晶硅太阳能电池制造过程中消耗的能量要比单晶硅太阳能电池少30%左右 单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较高。单晶硅电池早在20多年前就已突破光电转换效率20%以上的技术关口。 多晶硅电池成本低，转换效率略低于直拉单晶硅太阳能电池，材料中的各种缺陷，如晶界、位错、微缺陷，和材料中的杂质碳和氧，以及工艺过程中玷污的过渡族金属被认为是造成多晶硅电池光电转换率一直无法突破20%的关口。德国弗劳恩霍夫协会科研人员采用新技术，在世界上率先使多晶硅太阳能电池的光电转换率达到20.3%。 从固体物理学上讲，硅材料并不是最理想的光伏材料，这主要是因为硅是间接能带半导体材料，其光吸收系数较低，所以研究其他光伏材料成为一种趋势。其中，碲化镉(CdTe)和铜铟硒(CuInSe2)被认识是两种非常有前途的光伏材料，而且目前已经取得一定的进展，但是距离大规模生产，并与晶体硅太阳电池抗衡需要大量的工作去做。 单晶硅太阳能电池的特点：1.光电转换效率高，可靠性高； 2.先进的扩散技术，保证片内各处转换效率的均匀性； 3.运用先进的PECVD成膜技术，在电池表面镀上深蓝色的氮化硅减反射膜，颜色均匀美观； 4.应用高品质的金属浆料制作背场和电极，确保良好的导电性。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。，供不应求，发展前景十分广阔。正因为如此，很多人都说，谁掌握了多晶硅及微电子技术，谁就掌握了世界。 在太阳能利用上，单晶硅和多晶硅也发挥着巨大的作用。虽然从目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，就必须提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本。从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。从工业化发展来看，重心由单晶向多晶硅和薄膜方向发展，主要原因为： A.可供应太阳电池的头尾料愈来愈少； B.对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；
CIGS 太陽電池材料結構與特性 1.CIGS 元件構造 CIGS 薄膜太陽電池具有層狀結構，其典型結構為：蘇打玻璃(Soda-lime glass, SLG)/Mo 薄膜電極/p 型吸收層 CIGS 薄膜/n 型緩衝層 CdS 薄膜/雙層結構的ZnO 薄膜窗口層(i-ZnO/n-ZnO)/抗反射層 MgF2/Ni-Al 電極薄膜 [1]，如圖1所示。 圖 1 CIGS 薄膜太陽電池結構示意圖[1] 2.CIGS 吸收層特性 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2的太陽電池薄膜的化學成分較佳的比值為Cu：In：Se = 1：1：2 的 成分組成，其銅對三族(Cu/Ⅲ)最佳理想化學計量比值近於0.93[26]。Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族的 CIGS 薄膜太陽電池為黃銅礦(Chalcopyrite)晶體結構，而黃銅礦結構由閃鋅礦結構(Sphalerite)演變而來。閃鋅礦結構如圖2 (a)所示，是以Ⅱ族鋅和Ⅵ族硒原子組成 的。黃銅礦結構如圖2 (b)所示，I族Cu和Ⅲ族In元素取代Ⅱ的Zn原子的位子，原 本Ⅵ族的硒(Se)則維持不變，且黃銅礦立方晶格c軸方向單位長度大約為閃鋅礦結構 的兩倍，故此結構實為兩個閃鋅礦結構所形成。在黃銅礦結構中每個銅原子都有四個 鍵結連接到一個硒原子上，且每個銦也有四個鍵結連接到一個硒原子上，所以表示每 個Se原子有兩個鍵鍵結到Cu和兩個鍵鍵結到In。由於黃銅礦結構中，有部分因不 同原子半徑所造成的晶格畸變，因此，此結構之晶格比例c/a 不等於2，所以導致I- Ⅵ (Cu-Se)原子和Ⅲ-Ⅵ (InSe/Ga-Se)原子之間的鍵結強度也會不相同。
圖 2 (a)閃鋅礦結構 (b)黃銅礦結構[2] 由圖 3 所示，α–CuInSe2 為黃銅礦結構屬於四方晶系(Tetragonal crystal system)，在室溫時，當 Cu 的化學成份比介於 24 至 24.5 at %，會有 CuInSe2(α) 相存在，且當退火熱處理溫度達到 973K 時，CuInSe2 薄膜的成分組成可容許約 5mol%的變異誤差，這表示即便 CuInSe2 薄膜成份組成偏離比值 Cu:In:Se=1:1:2 的成份組成，只要在該組成區域範圍內，就能具有黃銅礦結構及其相同的物理和化學性質。然而 CuInSe2 薄膜偏移化學組成時，處於富 Cu (Cu-rich) 的情況下，會得到混合的α 和 Cu2Se 的相。換句話說，當薄膜處於富 In (In-rich)的情況下，會得到混合的α 和有序缺陷化合物(Ordered defect compound, ODC)相存在。另外，在 Cu2Se–In2Se3 相圖中存在β 與γ 相分別是代表(CuIn3Se5)、(CuIn5Se8)，而β 稱為有序空位化合物(Ordered vacancy compound , OVC)。 圖 3 Cu2Se–In2Se3 二元相圖[3]
太阳能电池材料 The materials of Solar Cells 课程编号：07310550 学分：3 学时：45 ( 其中：授课学时：45 实验学时：0 上机学时：0 ) 先修课程：新能源材料，固体物理导论 适用专业：无机非金属材料工程(光电材料与器件) 教材：《太阳能电池材料》杨德仁主编，化学工程出版社，2006 年10 月第一版开课学院：材料科学与工程学院 一．课程的性质与任务本课程是光电材料与器件专业的一门主要专业方向课程。本课程力求在介绍太阳能光电转化基本原理和太阳能电池基本结构和工艺的基础上，重点介绍太阳能电池材料的制备，材料的结构和性能。 二. 课程的基本内容及要求 第一章太阳能和光电转换 1.教学内容 (1)太阳能 (2)太阳能辐射和吸收 (3)太阳能光电的研究和应用历史 (4)太阳电池的研究与开发 2.基本要求 (1)了解太阳能电池的发展历史 (2)了解太阳能的基本参数 第二章太阳能光电材料及物理基础 1.教学内容 (1)半导体材料和太阳能光电材料 (2)载流子和能带 (3)杂质和缺陷能级 (4)热平衡下的载流子以及非平衡载流子 (5)pn 结和金属-半导体接触 (6)太阳能转换原理-光生伏特效应 2. 基本要求 (1)理解半导体材料以及太阳能光电材料的定义，分类 (2)理解载流子的分类，定义以及半导体能带理论 (3)熟练掌握杂质半导体的分类，能级理论
(4)理解非平衡载流子的产生，复合，寿命，扩散，在电场下的漂移 (5)掌握pn 结的制备，原理，电流电压特性，金属-半导体接触，欧姆接触的原理 (6)掌握半导体材料的光吸收，光生伏特效应的原理第三章单晶硅材料 1.教学内容 (1)硅的基本性质 (2)太阳能电池用硅材料 (3)高纯多晶硅的制备 (4)太阳能级多晶硅的制备 (5)区熔单晶硅 (6)直拉单晶硅 (7)硅晶片加工 2.基本要求 (1)了解硅的基本物理，化学性质 (2)理解太阳能电池用硅材料在纯度，物理，化学等方面的要求 (3)了解西门子法，硅烷法，四氯化硅氢还原法的原理 (4)掌握了解太阳能级多晶硅的制备步骤 (5)了解区熔单晶硅的制备步骤 (6)熟悉直拉单晶硅的生长原理，生长技术，掺杂技术和工艺 (7)了解硅晶片制备步骤中的切断，滚圆，切片，化学腐蚀第四章铸造多晶硅 1.教学内容 (1)概述 (2)铸造多晶硅的制备工艺 (3)铸造多晶硅的晶体生长 2.基本要求 (1)了解铸造多晶硅的定义。 (2)熟悉铸造多晶硅的制备工艺步骤。 (3)理解铸造多晶硅的晶体生长中所需的原材料，坩埚，晶体生长工艺，晶体生长的因素，晶体掺杂。 第五章太阳电池的结构和制备 1.教学内容 (1)太阳电池的结构和光电转换效率 (2)晶体硅太阳电池的基本工艺 ⑶薄膜太阳电池 2.基本要求
太阳能材料的研究和发展 1 引言 随着人类社会的不断发展，人与自然的矛盾也愈来愈突出。目前全世界范围面临的最为突出的问题是环境与能源，即环境恶化和能源短缺。这个问题当然要通过各国政府采取正确的对策来处理，发展新材料及相应的技术．将是解决这一问题最为有效的方法。事实上近年来人们对太阳能材料的研制和利用，已显示了积极有效的作用。这一新型功能材料的发展，既可解决人类面临的能源短缺，又不造成环境污染。尽管太阳能材料的成本还较高和性能还有待进一步提高，但随着材料科学的不断进步，太阳能材料愈来愈显示了诱人的发展前景。可以预见，在下个世纪，太阳能材料将扮演更为重要的角色。就象半导体等功能材料的发展带来电信和计算机产业的兴起和发展一样，太阳能材料及相关技术也将带来太阳能器件的产业化的发展，使人类在环境保护和能源利用两方面的和谐达到更加完善的境界。大阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，也是清洁能源，不产生任何的环境污染。为了充分有效地利用太阳能，人们发展了多种太阳能材料。按性能和用途大体上可分为光热转换材料，光电转换材料，光化学能转换材料和光能调控变色材料等。由此而形成太阳能光热利用，光电利用，光化学能利用和太阳能光能调控等相应技术。从目前世界范围内经济发展状况来看，太阳能材料及相应利用技术是发展最快和最有发展前景的高科技产业之一。随着科学技术的不断进步，将不断地出现更为经济，性能更好的新型太阳能材料。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：1、半导体材料的禁带不能太宽； ②要有较高的光电转换效率：3、材料本身对环境不造成污染；4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。 1 硅系太阳能电池 1.1 单晶硅太阳能电池 硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太
太阳能电池材料的研究现状及未来发展 太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是清洁能源.太阳光辐射能转化电能是近些年来发展最快，最具活力的研究，人们研制和开发了不同类型的太阳能电池.太阳能电池其独特优势，超过风能、水能、地热能、核能等资源，有望成为未来电力供应主要支柱.制造太阳能电池材料的禁带宽E:应在1.1eV-13W之间，以1.5eV左右为佳，最好采用直接迁移型半导体，较高的光电转换效率(以下简称“效率”)，材料性能稳定，对环境不产生污染，易大面积制造和工业化生产. 1954年美国贝尔实验室研制了世界上第一块实用半导体太阳能电池，不久后用于人造卫星.经近半个世纪努力，人们为太阳电池的研究、发展与产业化做出巨大努力.硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用.在随后10多年里，空间应用不断扩大，工艺不断改进.20世纪70年代初，硅太阳电池开始在地面应用，到70年代末地面用太阳电池产量己经超过空间电池产量，并促使成本不断降低.80年代初，硅太阳电池进入快速发展，开发的电池效率大幅度提高，商业化生产成本进一步降低，应用不断扩大.20世纪80年代中至今，薄膜太阳能电池研究迅速发展，薄膜电池被认为大幅度降低成本的根本出路，成为 今后太阳能电池研究的热点和主流，并逐步向商业化生产过渡. 1.不同材料太阳电池分类及特性简介 太阳能电池按材料可分为品体硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池和光电化学太阳电池等儿大类.开发太阳能电池的两个关键问题就是:提高效率和降低成本. 1晶体硅太阳电池 晶体硅太阳电池是PV(Photovoltaic)市场上的主导产品，优点是技术、工艺最成熟，电池转换效率高，性能稳定，是过去20多年太阳电池研究、开发和生产主体材料.缺点是生产成本高.在硅电池研究中人们探索各种各样的电池结构和技术来改进电池性能，进一步提高效率.如发射极钝化、背面局部扩散、激光刻槽埋栅和双层减反射膜等，高效电池在这些实验和理论基础上发展起来的. 2硅基薄膜太阳电池 多晶硅(ploy-Si)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池可以大幅度降低太阳电池价格.多晶硅薄膜电池优点是可在廉价的衬底材料上制备，其成本远低于晶体硅电池，效率相对较高，不久将会在PV市场上占据主导地位.非晶硅是硅和氢(约10%)的一种合金，具有以下优点:它对 厚，材料的需求量大大减少，沉积温度低(约200'C)，阳光的吸收系数高，活性层只有1m 可直接沉积在玻璃、不锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，便于工业化大规模生产.缺点是由于非晶硅材料光学禁带宽度为1.7eV，对太阳辐射光谱的长