晶体硅太阳能电池结构与原理

晶体硅太阳电池制造工艺原理晶体硅太阳电池的制造过程可谓是一场奇妙的科学之旅，真是让人眼花缭乱。

想象一下，阳光洒在大地上，能量在悄悄地流动。

我们要把这些阳光转化为电力，让我们的生活变得更加美好。

听起来是不是很神奇？晶体硅太阳电池就是这个过程的主角，仿佛是一个超级英雄，默默无闻却改变着世界。

今天就来聊聊这个小小电池的制造工艺，轻松有趣，不那么严肃。

咱们得从原料说起。

晶体硅，顾名思义，就是硅材料。

你可能会问，硅是什么？硅就是你手机里、电脑里那种闪闪发光的半导体材料。

它的来源可不少，地壳中硅的含量可是相当丰富，真的是取之不尽，用之不竭。

听起来好像很简单，但制作晶体硅可不是件容易事。

需要把原材料经过高温加热、熔炼，变成高纯度的硅。

这就像你在厨房做菜，火候掌握得当，才能做出一道美味的菜肴。

咱们要把这些高纯度的硅变成晶体。

通常有两种方法，分别是“Czochralski法”和“区熔法”。

这两个名字听起来高大上，其实也就是把硅加热到液态，然后慢慢冷却，让它自己结晶。

这个过程简直像是在看一场魔术表演，硅在温度的变化中，一点一点地形成晶体结构，犹如冰雪在阳光下融化成水，再慢慢结成冰。

晶体的质量和纯度直接关系到电池的效率，所以这个环节马虎不得。

晶体硅被切割成小小的硅片。

想象一下，厚厚的硅锭被切割得像切蛋糕一样，一片一片的，切得整整齐齐。

每一片都像是小小的太阳能接收器，准备好迎接阳光的洗礼。

切割后，硅片会被放入一个特殊的清洗池，彻底洗净，确保没有任何杂质。

这就像你在出门前认真打理自己的形象，确保看起来光鲜亮丽。

之后，硅片要经过一系列的掺杂工艺，这就像是在给电池“调味”。

掺杂就是在硅中加入一些其他的元素，像磷和硼，来改变它的电导性能。

这一步非常重要，因为晶体硅的电池能否高效工作，全靠这一招。

这种“调味”让硅片的电流变得更加流畅，简直就像是给水管疏通，让水流得更顺畅。

硅片就要涂上薄薄的一层抗反射膜，防止阳光反射出去。

听起来简单，但这可是个技术活，涂得太厚了反而不好，太薄了又不够用。

高效晶体硅太阳电池简介（1）PERC电池是澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最早研究的高效电池。

它的结构如图2-13a所示，正面采用倒金字塔结构，进行双面钝化，背电极通过一些分离很远的小孔贯穿钝化层与衬底接触，这样制备的电池最高效率可达到23.2％[26]。

由于背电极是通过一些小孔直接和衬底相接触的，所以此处没能实现钝化。

为了尽可能降低此处的载流子复合，所设计的孔间距要远大于衬底的厚度才可。

然而孔间距的增大又使得横向电阻增加（因为载流子要横向长距离传输才能到达此处），从而导致电池的填充因子降低。

另外，在轻掺杂的衬底上实现电极的欧姆接触非常困难，这就限制了高效PERC电池衬底材料只能选用电阻率低于0.5 Ωcm以下的硅材料。

为了进一步改善PERC电池性能，该实验室设想了在电池的背面增加定域掺杂，即在电极与衬底的接触孔处进行浓硼掺杂。

这种想法早已有人提出，但是最大的困难是掺杂工艺的实现，因为当时所采用的固态源进行硼掺杂后载流子寿命会有很大降低。

后来在实验过程中发现采用液态源BBr3进行硼掺杂对硅片的载流子寿命影响较小，并且可以和利用TCA制备钝化层的工艺有很好的匹配。

1990年在PERC结构和工艺的基础上，J.Zhao在电池的背面接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池，结构如图2.13b所示[27]。

定域掺硼的温度为900 ℃，时间为20 min，随后采用了drive-in step技术（1070 ℃，2 h）。

经过这样处理后背面接触孔处的薄层电阻可降到20 Ω/□以下。

孔间距离也进行了调整，由2 mm缩短为250 µm，大大减少了横向电阻。

如此，在0.5 Ωcm和2 Ωcm的p型硅片上制作的4 cm2的PERL电池的效率可达23-24％，比采用同样硅片制作的PERC电池性能有较大提高。

1993年该课题组对PERL电池进行改善，使其效率提高到24％，1998年再次提高到24.4％，2001年达到24.7％，创造了世界最高记录。

太阳电池的结构、工作原理及电性能表征参数院系XX学院班级XX姓名XX学号XXX太阳电池的结构、工作原理及电性能表征参数关键词：结构工作原理性能参数一、太阳电池的结构1、根据基质材料和扩散杂质的不同，太阳能电池基本结构分为两类：①基质材料为p型半导体光电材料：在p型基质材料表面形成n 型材料，制备p-n结，n型材料为受光面。

②基质材料为n型半导体光电材料：在n型基质材料表面形成p 型材料，制备p-n结，p型材料为受光面。

2、根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：晶硅电池、非晶硅电池、其他电池。

①晶硅电池在晶硅电池中，又有单晶硅电池和多晶硅电池。

其中单晶硅太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。

现在单晶硅的电池工艺己近成熟，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。

相比之下，多晶硅薄膜太阳能电池节省了材料，使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，其成本远低于单晶硅电池。

②非晶硅电池基于晶体硅的太阳能电池发展历史较早且技术比较成熟，在装机容量一直占据领先地位。

但是晶体硅太阳能电池降低成本的空间相当有限，很难达到人们期望值。

因此非晶硅太阳能电池益发得到世界国的重视。

非晶硅电池一般采用PECVD(等离子增强型化学气相沉积)方法使高纯硅烷等气体分解沉积而成的。

由于沉积分解温度低，可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积薄膜，易于大面积化生产，成本较低。

③其他电池除了晶硅和非晶硅电池以外，还有铜铟镓硒（ CIGS）电池、砷化镓（GaAs）电池、碲化镉（CdTe）电池、染料敏化电池等。

二、工作原理1、p-n结一个掺入5价杂质的4价半导体，称为n型半导体。

其空穴数目很少,称为少数载流子；而电子数目很多,称为多数载流子。

一个掺入3价杂质的4价半导体，称为p型半导体。

晶硅单结电池-概述说明以及解释1.引言1.1 概述晶硅单结电池是一种基于晶体硅材料制造的太阳能电池，它利用光的能量转化为电能。

晶硅单结电池具有高效转化太阳能的特点，被广泛应用于太阳能发电系统中。

晶硅单结电池的工作原理基于光电效应。

当光线照射到晶硅单结电池的表面时，光子会激发晶体硅中的电子。

这些被激发的电子会从材料中释放出来，并在电场的作用下形成电流。

通过将两个不同掺杂的硅层连接在一起，形成一个p-n结。

当光子通过p-n结时，会产生电子和空穴对，并形成电流。

这样，晶硅单结电池就能将太阳能转化为电能。

制备晶硅单结电池的方法具有一定的复杂性。

首先，需要选择高质量的硅材料作为基底。

然后，通过在硅基底上加热和涂覆一层掺杂层，形成p-n结。

接下来，使用电子束蒸发或物理气相沉积等技术，在硅基底上镀上金属电极，以提供电流的输出通路。

最后，通过对制备好的晶硅单结电池进行分选和封装，保证其性能和稳定性。

晶硅单结电池在太阳能领域具有广泛的应用前景。

它可以作为光伏组件，广泛应用于屋顶太阳能发电系统、太阳能道路照明系统、太阳能灯饰等领域。

由于其高效能转换和长时间稳定工作的特点，晶硅单结电池也被用于航天器、卫星等领域的能源供应。

对于晶硅单结电池的展望，人们正在不断研究改进其制备工艺和提高其转换效率。

还有一些新型太阳能电池技术的出现，如多晶硅电池、钙钛矿太阳能电池等，对晶硅单结电池提出了一些竞争。

然而，晶硅单结电池作为已经商业化和应用广泛的太阳能电池技术，预计仍将持续发展和完善，为人类的清洁能源需求做出更大贡献。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：2. 文章结构本文共分为三个部分，即引言、正文和结论。

2.1 引言部分介绍了本文要讨论的主题——晶硅单结电池，并包含了概述、文章结构和目的三个小节。

2.2 正文部分着重介绍了晶硅单结电池的原理和制备方法，通过对其原理进行深入剖析和对制备方法进行介绍，使读者对晶硅单结电池有一个全面的了解。

晶体硅太阳能电池结构及原理1.衬底层：通常采用硅衬底，它是一个薄而坚固的基底，用于支撑整个电池。

2.P-N结：位于衬底层上方的是一个P-N结，它由P型硅层和N型硅层组成。

P型硅层向上注入杂质，使之成为P型半导体，N型硅层向下注入杂质，使之成为N型半导体。

P-N结的形成是通过在硅层中引入不同杂质原子，使得两侧形成不同的杂质浓度，从而形成P-N结。

3.金属网格：位于P型硅层和N型硅层之间的金属网格，通常采用铝作为材料。

金属网格的作用是收集通过P-N结产生的电子和空穴。

4.导电层：覆盖在金属网格上方的是导电层，它通常由透明的氧化锡或氧化铟锡薄膜组成，用于将电流导出。

5.防反射层：位于导电层上方的是防反射层，它通常由二氧化硅薄膜或其他适当的材料制成，用于提高光的吸收效率。

1.吸收光能：当光线照射到晶体硅太阳能电池上时，大部分光线将被引导进入P-N结内部，与P型硅层和N型硅层的杂质原子相互作用。

光能会使杂质原子中的电子被激发，跃迁到更高的能级上，形成自由电子和自由空穴。

2.分离电荷：自由电子和自由空穴会在P-N结内部被分离出来。

由于P型硅层中的杂质原子的排列方式，自由电子将被吸引到N型硅层，并向金属网格中流动，而自由空穴则被吸引到P型硅层，并向另一面流动。

3.电流输出：自由电子和自由空穴的运动形成了电流，这个电流可以通过金属网格和导电层导出。

通过在金属网格和导电层上连接线路，可以将电流输出到外部设备或储存电池中。

总之，晶体硅太阳能电池利用光的能量将其转化为电能。

通过P-N结的形成和光的吸收、电子和空穴的分离，最终形成电流输出。

这种电池结构简单、稳定，且具有较高的转化效率，因此被广泛应用于太阳能发电系统中。

硅光电池原理硅光电池是利用半导体材料的光电转换原理制成的太阳能电池，其主要成分是纯度高达99.999%的硅晶体。

硅晶体在受到光照下会产生能量传导的效应，从而转换为电流输出。

硅光电池的结构由p型和n型硅组成的p-n结构的太阳能电池。

p型硅和n型硅的本征半导体浓度不同，故在两种材料接触的地方形成一个pn结。

在这个结点区域中，p区的材料富余正离子，n区的材料富余负离子。

当硅光电池受到光照后，光子的能量会使得硅中的电子受激发而离开原来的位置，从而产生了电子空穴对。

在p-n结区域，受光子激发的电子在电场力的作用下会向n型硅离开p-n结，空穴反之。

这样，p-n结上面的电子和空穴的流动形成了一个电池的正负极，产生了电流和电压输出。

这种构成的太阳能电池是硅太阳能电池。

硅光电池中的输出功率密度是指在单位面积上输出电能的能量。

这个值可以通过将硅光电池的输出电压和输出电流相乘来获得。

硅光电池的输出功率密度与光电转换效率和太阳能电池的面积有关。

提高硅光电池的输出功率密度需要提高其光电转换效率或扩大太阳能电池的面积。

硅光电池是利用半导体材料的光电转换原理制成的太阳能电池。

硅光电池的机理是通过在p-n结区域中产生电子-空穴对，使得硅太阳能电池可以产生电流和电压输出。

硅光电池的光电转换效率和输出功率密度是两个关键性能指标，这些指标取决于许多因素，包括光照强度，温度和制造工艺等。

硅光电池是当前最为广泛应用的太阳能电池，其广泛应用是因为硅材料的独特性能。

硅材料的晶体结构为直接半导体，具有很好的光谱响应特性，同时还具有优良的电特性和化学稳定性。

与其他太阳能电池相比，硅光电池有许多优势，包括成本低廉、长期稳定性好、可靠性高以及容易大规模生产等。

硅光电池是目前最主要的太阳能电池之一，已经在许多国家和地区被广泛应用于太阳能发电场、太阳能家电和太阳能充电器等领域。

硅光电池的性能因素主要包括硅材料的质量、太阳辐射、温度、制造工艺和光谱响应等因素。

太阳能电池的原理及制作流程图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。

一、硅太阳能电池1．硅太阳能电池工作原理与结构太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下：图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。

当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照下图：图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。

而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。

同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N （negative）型半导体。

黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子。

如下图。

N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N 型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。

当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层)，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。

这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。

N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。

达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是PN结。

当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N 型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。

然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。

硅太阳能电池原理硅太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，其原理是利用光电效应将太阳光转化为电能。

在硅太阳能电池中，硅是最常用的材料，因为它具有良好的光电特性和稳定性。

本文将介绍硅太阳能电池的原理和工作过程。

硅太阳能电池的原理基于光电效应，即当光线照射到硅片上时，光子能量被硅原子吸收并激发其电子，使得电子跃迁至导带，同时在原子中留下一个空穴。

这样就形成了电子-空穴对。

当外加电场时，电子和空穴会被分离，电子向一侧流动，而空穴向另一侧流动，从而产生电流。

这就是硅太阳能电池的基本原理。

硅太阳能电池通常由P型硅和N型硅组成。

P型硅中掺杂了少量的三价元素，如硼，使得P型硅带正电荷；N型硅中掺杂了少量的五价元素，如磷，使得N型硅带负电荷。

当P型硅和N型硅通过P-N结连接在一起时，形成了一个电场。

当光子照射到P-N结上时，就会产生光生电子-空穴对，并且在电场的作用下，电子和空穴会被分离，从而产生电流。

硅太阳能电池的工作过程可以分为光生电荷的产生、电荷的分离和电流的输出三个步骤。

首先，当太阳光照射到硅太阳能电池上时，光子被硅原子吸收，激发出电子-空穴对；其次，电子和空穴在电场的作用下被分离，电子向N型硅流动，而空穴向P型硅流动；最后，电子和空穴在外部电路中形成电流，从而驱动电子器件工作。

硅太阳能电池的效率取决于光生电子-空穴对的产生和电荷的分离效率。

为了提高硅太阳能电池的效率，可以采用多晶硅、单晶硅、非晶硅等不同的硅材料，以及表面纳米结构、光子晶体结构等提高光吸收效率的技术。

此外，还可以通过优化P-N结的设计、改进电荷传输和收集机制等手段来提高硅太阳能电池的效率。

总的来说，硅太阳能电池利用光电效应将太阳能转化为电能，其原理是基于P-N结的光生电子-空穴对的产生和电荷的分离。

硅太阳能电池的工作过程包括光生电荷的产生、电荷的分离和电流的输出。

为了提高硅太阳能电池的效率，可以采用不同的硅材料和优化设计，以及改进光吸收和电荷传输机制。

一.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..当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急;能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时;越来越多的国家开始实行“阳光计划”;开发太阳能资源;寻求经济发展的新动力..欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源..在国际光伏市场巨大潜力的推动下;各国的太阳能电池制造业争相投入巨资;扩大生产;以争一席之地..全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍;太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国..2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW;较2005年成长19％;整个市场产值已正式突破100亿美元大关..2007年全球太阳能电池产量达到3436MW;较2006年增长了56%..中国对太阳能电池的研究起步于1958年;20世纪80年代末期;国内先后引进了多条太阳能电池生产线;使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW;这种产能一直持续到2002年;产量则只有2MW左右..2002年后;欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应..目前;我国已成为全球主要的太阳能电池生产国..2007年全国太阳能电池产量达到1188MW;同比增长293%..中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国..在产业布局上;我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势..在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区;已经形成了各具特色的太阳能产业集群..中国的太阳能电池研究比国外晚了20年;尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入;但投入仍然不够;与国外差距还是很大..政府应加强政策引导和政策激励;尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题..同时可借鉴国外的成功经验;在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能;充分发挥政府的示范作用;推动国内市场尽快起步和良性发展..太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位;不但要替代部分常规能源;而且将成为世界能源供应的主体..预计到2030年;可再生能源在总绿色环保节能太阳能能源结构中将占到30％以上;而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年;可再生能源将占总能耗的50％以上;太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末;可再生能源在能源结构中将占到80％以上;太阳能发电将占到60％以上..这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位..由此可以看出;太阳能电池市场前景广阔..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..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..本文主要阐述硅太阳能的结构和工作原理..二．硅太阳能电池2.1 硅太阳能电池工作原理与结构太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应;一般的半导体主要结构如下：硅材料是一种半导体材料;太阳能电池发电的原理主要就是利用这种半导体的光电效应..一般半导体的分子结构是这样的：上图中;正电荷表示硅原子;负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子..当硅晶体中掺入其他的杂质;如硼黑色或银灰色固体;熔点2300℃;沸点3658℃;密度2.34克/厘米;硬度仅次于金刚石;在室温下较稳定;可与氮、碳、硅作用;高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应;形成金属硼化物..这些化合物通常是高硬度、耐熔、高导电率和化学惰性的物质..、磷等;当掺入硼时;硅晶体中就会存在一个空穴;它的形成可以参照下图说明：图中;正电荷表示硅原子;负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子;而黄色的表示掺入的硼原子;因为硼原子周围只有3个电子;所以就会产生如图所示的蓝色的空穴;这个空穴因为没有电子而变得很不稳定;容易吸收电子而中和;形成Ppositive型半导体..附;什么是P型半导体呢在半导体材料硅或锗晶体中掺入三价元素杂质可构成缺壳粒的P型半导体;掺入五价元素杂质可构成多余壳粒的N型半导体..同样;掺入磷原子以后;因为磷原子有五个电子;所以就会有一个电子变得非常活跃;形成Nnegative型半导体..黄色的为磷原子核;红色的为多余的电子;如下图所示：P型半导体中含有较多的空穴;而N型半导体中含有较多的电子;这样;当P型和N型半导体结合在一起时;就会在接触面形成电势差;这就是PN结..当P型和N型半导体结合在一起时;在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层;界面的P型一侧带负电;N型一侧带正电..这是由于P型半导体多空穴;N型半导体多自由电子;出现了浓度差..N 区的电子汇扩散到P区;P区的空穴会扩散到N区;一旦扩散就形成了一个有N指向P的“内电场”;从而阻止扩散进行..达到平衡后;就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差;从而形成PN结..当晶片受光后;PN结中;N型半导体的空穴往P型区移动;而P型区中的电子往N 型区移动;从而形成从N型区到P型区的电流..然后在PN结中形成电势差;这就形成了电源..下面就是这样的电源图..由于半导体不是电的良导体;电子在通过p-n结后如果在半导体中流动;电阻非常大;损耗也就非常大..但如果在上层全部涂上金属;阳光就不能通过;电流就不能产生;因此一般用金属网格覆盖p-n结如图梳状电极;以增加入射光的面积..另外硅表面非常光亮;会反射掉大量的太阳光;不能被电池利用..为此;科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜如图;实际工业生产基本都是用化学气相沉积沉积一层氮化硅膜;厚度在1000埃左右..将反射损失减小到5%甚至更小..一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限;于是人们又将很多电池通常是36个并联或串联起来使用;形成太阳能光电板..从电的角度来看;我们所用的硅都是中性的..多余的电子被磷中多余的质子所中和..缺失电子空穴由硼中缺失质子所中和..当空穴和电子在N型硅和P型硅的交界处混合时;中性就被破坏了..所有自由电子会填充所有空穴吗不会..如果是这样;那么整个准备工作就没有什么意义了..不过;在交界处;它们确实会混合形成一道屏障;使得N侧的电子越来越难以抵达P侧..最终会达到平衡状态;这样我们就有了一个将两侧分开的电场..光伏电池中的电场效应这个电场相当于一个二极管;允许甚至推动电子从P侧流向N侧;而不是相反..它就像一座山——电子可以轻松地滑下山头到达N侧;却不能向上攀升到达P侧..这样;我们就得到了一个作用相当于二极管的电场;其中的电子只能向一个方向运动..让我们来看一下在太阳光照射电池时会发生什么..当光以光子的形式撞击太阳能电池时;其能量会使电子空穴对释放出来..每个携带足够能量的光子通常会正好释放一个电子;从而产生一个自由的空穴..如果这发生在离电场足够近的位置;或者自由电子和自由空穴正好在它的影响范围之内;则电场会将电子送到N侧;将空穴送到P侧..这会导致电中性进一步被破坏;如果我们提供一个外部电流通路;则电子会经过该通路;流向它们的原始侧P侧;在那里与电场发送的空穴合并;并在流动的过程中做功..电子流动提供电流;电池的电场产生电压..有了电流和电压;我们就有了功率;它是二者的乘积..光伏电池的工作原理我们的光伏电池可以吸收多少太阳光的能量遗憾的是;此处介绍的简易电池对太阳光能量的吸收率至多为25%左右;通常的吸收率是15%或更低..为什么吸收率会这么低可见光只是电磁频谱的一部分..电磁辐射不是单频的——它由一系列不同波长进而产生的一系列能级组成..有关电磁频谱的详细介绍;请参阅狭义相对论基本原理..光可分为不同波长;我们可以通过彩虹看出这一点..由于射到电池的光的光子能量范围很广;因此有些光子没有足够的能量来形成电子空穴对..它们只是穿过电池;就像电池是透明的一样..但其他一些光子的能量却很强..只有达到一定的能量——单位为电子伏特eV;由电池材料对于晶体硅;约为1.1eV决定——才能使电子逸出..我们将这个能量值称为材料的带隙能量..如果光子的能量比所需的能量多;则多余的能量会损失掉除非光子的能量是所需能量的两倍;并且可以创建多组电子空穴对;但这种效应并不重要..仅这两种效应就会造成电池中70%左右的辐射能损失..为何我们不选择一种带隙很低的材料;以便利用更多的光子遗憾的是;带隙还决定了电场强度电压;如果带隙过低;那么在增大电流通过吸收更多电子的同时;也会损失一定的电压..请记住;功率是电压和电流的乘积..最优带隙能量必须能平衡这两种效应;对于由单一材料制成的电池;这个值约为1.4电子伏特..我们还有其他能量损失..电子必须通过外部电路从电池的一侧流到另一侧..我们可以在电池底部镀上一层金属;以保证良好的导电性..但如果我们将电池顶部完全镀上金属;光子将无法穿过不透光导体;这样就会丧失所有电流在某些电池中;只有上表面而非所有位置使用了透明导体..如果我们只在电池的两侧设置触点;则电子需要经过很长一段距离对于电子而言才能抵达接触点..要知道;硅是半导体;它传输电流的性能没有金属那么好..它的内部电阻称为串联电阻相当高;而高电阻意味着高损耗..为了最大限度地降低这些损耗;电池上覆有金属接触网;它可缩短电子移动的距离;同时只覆盖电池表面的一小部分..即使是这样;有些光子也会被网格阻止;网格不能太小;否则它自身的电阻就会过高..在实际使用电池之前;还要执行其他几个步骤..硅是一种有光泽的材料;这意味着它的反射性能很好..被反射的光子不能被电池利用..出于这个原因;在电池顶部采用抗反射涂层;可将反射损失降低到5%以下..最后一步是安装玻璃盖板;用来将电池与元件分开;以保护电池..光伏模块由多块电池通常是36块串联和并联而成;以提供可用的电压和电流等级;这些电池放在一个坚固的框架中;后部分别引出正极端子和负极端子;并用玻璃盖板封上..普通硅光伏电池的基本结构单晶硅并非光伏电池中使用的唯一材料..电池材料中还采用了多晶硅;尽管这样生产出来的电池不如单晶硅电池的效率高;但可以降低成本..此外;还采用了没有晶体结构的非晶硅;这样做同样是为了降低成本..使用的其他材料还包括砷化镓、硒化铟铜和碲化镉..由于不同材料的带隙不同;因此它们似乎针对不同的波长或不同能量的光子进行了“调谐”..一种提高效率的方法是使用两层或者多层具有不同带隙的不同材料..带隙较高的材料放在表面;吸收较高能量的光子；而带隙较低的材料放在下方;吸收较低能量的光子..这项技术可大大提高效率..这样的电池称为多接面电池;它们可以有多个电场..三.单晶硅、多晶硅、非晶硅三种太阳能电池介绍3.1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2cmX2cm转换效率达到19.79%;刻槽埋栅电极晶体硅电池5cmX5cm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..3.2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和等离子增强化学气相沉积PECVD工艺..此外;液相外延法LPPE和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池..化学气相沉积主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4或SiH4;为反应气体;在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上;衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等..但研究发现;在非硅衬底上很难形成较大的晶粒;并且容易在晶粒间形成空隙..解决这一问题办法是先用LPCVD在衬底上沉炽一层较薄的非晶硅层;再将这层非晶硅层退火;得到较大的晶粒;然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜;因此;再结晶技术无疑是很重要的一个环节;目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法..多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外;另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术;这样制得的太阳能电池转换效率明显提高..德国费莱堡太阳能研究所采用区馆再结晶技术在FZSi衬底上制得的多晶硅电池转换效率为19％;日本三菱公司用该法制备电池;效率达16.42%..液相外延LPE法的原理是通过将硅熔融在母体里;降低温度析出硅膜..美国Astropower公司采用LPE制备的电池效率达12．2％..中国光电发展技术中心的陈哲良采用液相外延法在冶金级硅片上生长出硅晶粒;并设计了一种类似于晶体硅薄膜太阳能电池的新型太阳能电池;称之为“硅粒”太阳能电池;但有关性能方面的报道还未见到..多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少;又无效率衰退问题;并且有可能在廉价衬底材料上制备;其成本远低于单晶硅电池;而效率高于非晶硅薄膜电池;因此;多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位..3.3非晶硅薄膜太阳能电池开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本..由于非晶硅薄膜太阳能电池的成本低;便于大规模生产;普遍受到人们的重视并得到迅速发展;其实早在70年代初;Carlson等就已经开始了对非晶硅电池的研制工作;近几年它的研制工作得到了迅速发展;目前世界上己有许多家公司在生产该种电池产品..非晶硅作为太阳能材料尽管是一种很好的电池材料;但由于其光学带隙为1.7eV;使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感;这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率..此外;其光电效率会随着光照时间的延续而衰减;即所谓的光致衰退S一W效应;使得电池性能不稳定..解决这些问题的这径就是制备叠层太阳能电池;叠层太阳能电池是由在制备的p、i、n层单结太阳能电池上再沉积一个或多个P-i-n子电池制得的..叠层太阳能电池提高转换效率、解决单结电池不稳定性的关键问题在于：①它把不同禁带宽度的材科组台在一起;提高了光谱的响应范围；②顶电池的i 层较薄;光照产生的电场强度变化不大;保证i层中的光生载流子抽出；③底电池产生的载流子约为单电池的一半;光致衰退效应减小；④叠层太阳能电池各子电池是串联在一起的..非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法有很多;其中包括反应溅射法、PECVD 法、LPCVD法等;反应原料气体为H2稀释的SiH4;衬底主要为玻璃及不锈钢片;制成的非晶硅薄膜经过不同的电池工艺过程可分别制得单结电池和叠层太阳能电池..目前非晶硅太阳能电池的研究取得两大进展：第一、三叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到13％;创下新的记录；第二.三叠层太阳能电池年生产能力达5MW..美国联合太阳能公司VSSC制得的单结太阳能电池最高转换效率为9．3%;三带隙三叠层电池最高转换效率为13％..上述最高转换效率是在小面积0．25cm2电池上取得的..曾有文献报道单结非晶硅太阳能电池转换效率超过12．5％;日本中央研究院采用一系列新措施;制得的非晶硅电池的转换效率为13．2％..国内关于非晶硅薄膜电池特别是叠层太阳能电池的研究并不多;南开大学的耿新华等采用工业用材料;以铝背电极制备出面积为20X20cm2、转换效率为8．28％的a－Si/a －Si叠层太阳能电池..非晶硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的成本及重量轻等特点;有着极大的潜力..但同时由于它的稳定性不高;直接影响了它的实际应用..如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题;那么;非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一..四.其他太阳能电池介绍4.1多元化合物薄膜太阳能电池为了寻找单晶硅电池的替代品;人们除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池外;又不断研制其它材料的太阳能电池..其中主要包括砷化镓、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等..上述电池中;尽管硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高;成本较单晶硅电池低;并且也易于大规模生产;但由于镉有剧毒;会对环境造成严重的污染;因此;并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代..砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视..GaAs属于III-V族化合物半导体材料;其能隙为1．4eV;正好为高吸收率太阳光的值;因此;是很理想的电池材料..GaAs 等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用 MOVPE和LPE技术;其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错、反应压力、III-V比率、总流量等诸多参数的影响..除GaAs外;其它III-V化合物如Gasb、GaInP等电池材料也得到了开发..1998年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的GaAs太阳能电池转换效率为24．2％;为记录..首次制备的GaInP电池转换效率为14．7％．见表2..另外;该研究所还采用堆叠结构制备GaAs;Gasb电池;该电池是将两个独立的电池堆叠在一起;GaAs作为上电池;下电池用的是Gasb;所得到的电池效率达到31．1％..铜铟硒CuInSe2简称CIC..CIS材料的能降为1．leV;适于太阳光的光电转换;另外;CIS薄膜太阳电池不存在光致衰退问题..因此;CIS用作高转换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们的注目..CIS电池薄膜的制备主要有真空蒸镀法和硒化法..真空蒸镀法是采用各自的蒸发源蒸镀铜、铟和硒;硒化法是使用H2Se叠层膜硒化;但该法难以得到组成均匀的CIS..CIS薄膜电池从80年代最初8％的转换效率发展到目前的15％左右..日本松下电气工业公司开发的掺镓的CIS 电池;其光电转换效率为15．3％面积1cm2..1995年美国可再生能源研究室研制出转换效率为17．l％的CIS太阳能电池;这是迄今为止世界上该电池的最高转换效率..预计到2000年CIS电池的转换效率将达到20％;相当于..CIS作为太阳能电池的半导体材料;具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点;将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向..唯一的问题是材料的来源;由于铟和硒都是比较稀有的元素;因此;这类电池的发展又必然受到限制..4.2聚合物多层修饰电极型太阳能电池在太阳能电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制备的研究方向..其原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同;在导电材料电极表面进行多层复合;制成类似无机P－N结的单向导电装置..其中一个电极的内层由较低的聚合物修饰;外层聚合物的还原电位较高;电子转移方向只能由内层向外层转移；另一个电极的修饰正好相反;并且第一个电极上两种聚合物的还原电位均高于后者的两种聚合物的还原电位..当两个修饰电极放入含有光敏化剂的电解波中时．光敏化剂吸光后产生的电子转移到还原电位较低的电极上;还原电位较低电极上积累的电子不能向外层聚合物转移;只能通过通过还原电位较高的电极回到电解液;因此外电路中有光电流产生..由于有机材料柔性好;制作容易;材料来源广泛;成本底等优势;从而对大规模利用太阳能;提供廉价电能具有重要意义..但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始;不论是使用寿命;还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比..能否发展成为具有实用意义的产品;还有待于进一步研究探索..。

太阳能电池板的工作原理
太阳能电池板的工作原理，主要由以下几个步骤组成：
1. 光吸收：太阳能电池板表面的硅晶体能够吸收太阳光中的光子能量。

2. 光电效应：吸收的光子能量使得硅晶体中的原子发生电子激发，将一些价带中的原子从价带跃迁到导带，形成自由电子-
空穴对。

3. 电子漂移：自由电子和空穴在电场的作用下开始漂移，向电池板的两端分别聚集。

4. 电流输出：正、负电荷的聚集形成电势差，产生电流。

电流通过导线输出，供应电力使用。

总结起来，太阳能电池板的工作原理是通过光吸收、光电效应、电子漂移以及电势差的形成，将阳光中的光能转化为电能。

单晶硅工作原理
单晶硅是一种半导体材料，被广泛应用于太阳能电池等光电器件中。

其工作原理主要涉及以下几个方面：
1. 光电效应：单晶硅的基本工作原理是利用光电效应将光能转化为电能。

当光线照射到单晶硅上时，光子会撞击硅晶体中的原子，使得部分电子从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。

电子会沿着外电路流动，形成电流。

2. pn结：为了提高太阳能电池的效率，单晶硅常常与含有两种不同掺杂的硅晶体组成的pn结相结合。

其中，p区域富含电子，n区域富含空穴。

在电场的作用下，电子和空穴会发生扩散，从而达到空间电荷层的平衡。

3. 光吸收：当光线照射到太阳能电池上时，其中的光子能量会被吸收，使得能级的电子跃迁到导带，形成电流。

单晶硅具有较高的吸收系数，可以吸收较大范围内的光谱，使得太阳能电池对光的利用率较高。

4. 结构设计：为了提高太阳能电池的效率，单晶硅的结构设计非常重要。

常见的太阳能电池结构包括正方形棒型结构、薄膜结构等。

这些结构可以提高太阳光的吸收和电子收集效率。

综上所述，单晶硅太阳能电池的工作原理基于光电效应，利用光的能量将光子转化为电子，进而产生电流。

通过结构设计和pn结的应用，可以提高太阳能电池的效率。