多孔硅在太阳能电池中的应用研究
摘 要 在现在利用的各种能源中，只有太阳能同时具有不分地域性、无污染、无需可动部件、永不枯竭的特点，符合当今世界对能源的绿色环保和可持续发展的要求。近些年来，全球很多国都高瞻远瞩，纷纷促进发展太阳能电池产业，制定光伏屋顶的计划。太阳能电池应用的最大难题就是造价太高，如何降低其制造成本就成为了推广的关键。廉价可靠的太阳能电池主要材料多孔硅就成为了人们要求的研究课题。
关键词 多孔硅；太阳能电池
中图分类号 tm914 文献标识码 a 文章编号 1673-9671-（2013）011-0136-02
多孔硅是一种近些年才纳入人们视线的纳米半导体光电材料，其在室温下，光致发光和电致发光特性非常优异，减反效果良好，并且很容易与现在的硅技术进行兼容，因此经常被人们用来制作多晶硅太阳能电池中的减反层。本文对于多孔硅在太阳能电池中的应用做了一系列的探讨。
1 多孔硅的特点及在太阳能电池中应用的优势
多孔硅具有可见光发射和带隙宽化的现象，通过电化学或者化学腐蚀能使其在晶体硅片上展现出其电荧光和光荧光的特性。其在太阳能电池的应用中具有以下优势：
1）多孔硅具有高的绒面表面形貌，可以增强捕获光源增强多晶硅太阳能的吸光性，较之传统的naoh溶液绒面腐蚀，多孔硅能够在单晶、多晶、微晶硅的任意取向表面腐蚀成形。
2）多孔硅可以以对阳光的最佳吸收为基础调整带隙。
3）多孔硅具有良好的光荧光特性，可以经蓝光和紫外光转变成波长更长的光线，使得太阳能电池对其具有更好的量子效率。
4）多孔硅设置在cz法生长的硅片后面，可以有效的吸收杂质原子，这些杂质原子在进行高温氧化时比较容易形成堆积，这种特性可以应用于光伏技术。
5）多孔硅进行电化学腐蚀和化学腐蚀时，操作比较简单，比较适合进行大批量制作。
2 实验
2.1 多孔硅层的制备
多晶硅片需要通过常规的化学清洗，利用碱液腐蚀掉切割硅片的机械损伤层，制备多孔硅层可以采用化学腐蚀法或者电化学腐蚀法，为了能够大批量的规模化制备多孔硅层，一般采用化学腐蚀法。腐蚀溶液主要有hno3和hf组成，其进行化学腐蚀的反映方程式如下：
第４１卷第５期 ２０１０年９月 太原理工大学学报 ＪＯＵＲＮＡＩ ０Ｆ ＴＡＩＹＩＪＡＮ ＵＮｌＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＩ ＯＧＹ Ｖｏｌ＿４１ Ｎｏ．５ Ｓｅｐ．２Ｏ１０
文章编号：１００７—９４３２（２０１０）０５—０６４８—０３
硅基太阳能电池模块表面
抗反射层制造与应用研究
陈照彰，陈建志，陈宏昱，徐睿明
（台湾科技大学机械ｌＴ程学系，台北市１０６）
摘 要：利用电化学处理方法制作出次微米的孔洞数组，并配合反向模造（ＲＶＭ）技术翻制出 大面积的聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）次次微米结构抗反射镜片（ＡＲ ｌｅｎｓ），并将此抗反射结构能 应用于硅基太阳能电池模块上，旨在增加入射光穿透太阳能电池模块的能量，使太阳能电池达到更 高的光电转换效率。该技术应用于光伏电厂时，可降低土地使用面积提高发电量。 关键词：太阳能电池模块；次微米结构；转换效率。 中图分类号：ＴＫ５１３ 文献标识码：Ｂ
近年来，太阳能电池（Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌ１）为科学家研究 之主流，如何提升太阳能电池的发电效率已成为讨
论热点。硅基太阳能电池的主要材料为硅，硅为地 球上含量第二丰富的元素，其材料获取容易且有较
小的能阶隙（Ｂａｎｄｇａｐ，能阶隙为１．１２ ｅＶ），价电带
的电子吸收高于１．１２ ｅＶ的能量之后，可被激发到
传导带进行导电，这些特性使硅基太阳能电池
（Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ）在市场上占有极大优势；但其
缺点为发电效率不易提高，原因在于硅材料本身具
有很高的反射系数（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ），使入射的太 阳光不易被硅基太阳能电池吸收，造成其发电效率
无法提升。另一方面，由于入射光经过太阳能电池 表面的模块基板时，会造成入射光衰落，故如能在太 阳能电池模块上制作抗反射层，则将能够提升入射
光照射于太阳能电池之光线 ～】。针对太阳能电池 模块会衰减人射光能量的问题，本研究拟于材料表
面制作ＡＲ结构的方式来增加太阳能电池模块的入
太阳能电池的工作原理和应用
摘要：介绍了太阳能电池的种类和工作原理，列举了太阳能电池的一些应用例子。 关键词：太阳能电池；种类；原理；应用
太阳能一般指太阳光的辐射能量。
太阳能电池是指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。
1. 太阳能电池的种类
根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、纳米晶太阳能电池和有机太阳能电池等，其中硅太阳能电池是目前
发展最成熟的，在应用中居主导地位【1】。 1.1. 硅太阳能电池
硅太阳能电池又分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄
膜太阳能电池三种，其中单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。 由于单晶硅太阳能电池的成本较高，为了节省高质量材料，薄膜太阳能电池
就成了单晶硅电池的替代产品，其中以多晶硅薄膜太阳能电池和非晶体硅薄膜太
阳能电池为典型代表【2】。 1.2. 多元化合物薄膜太阳能电池
多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，主要有砷化镓III-V族化合物电池、硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池和铜铟硒薄膜电池。
硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶体硅薄膜太阳能电池效率高，成
本较单晶硅电池低，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产品。 GaAs属于III-V族化合物半导体材料，具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，转换效率可达28%，适合于制造高效单
结电池。但是GaAs材料的价格不菲，因而在很大程度上限制了GaAs电池的普
及。 CIS作为太阳能电池的半导体材料，具有价格低廉、性能良好、工艺简单和
不存在光致衰退问题等优点，将成为今后太阳能电池发展的一个重要方向，唯一的是材料的来源问题，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展
必然受到限制【2】。 1.3. 纳米晶太阳能电池
纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于其廉价的成本、
PV的意思：它是英文单词Photovoltaic的简写，中文意思是“光生伏特”（简称“光伏”）。在物理学中，光生伏特效应（简称为光伏效应），是指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象
硅太阳能电池制造工艺流程图
1、硅片切割，材料准备：
工业制作硅电池所用的单晶硅材料，一般采用坩锅直拉法制的太阳级单晶硅棒，原始的形状为圆柱形，然后切割成方形硅片（或多晶方形硅片），硅片的边长一般为10~15cm，厚度约200~350um，电阻率约1Ω.cm的p型（掺硼）。
2、去除损伤层：
硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约10um。
3、制绒：
制绒，就是把相对光滑的原材料硅片的表面通过酸或碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面的太阳能的损失。对于单晶硅来说一般采用NaOH加醇的方法腐蚀，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成无数的金字塔结构，碱液的温度约80度，浓度约1~2%，腐蚀时间约15分钟。对于多晶来说，一般采用酸法腐蚀。
4、扩散制结：
扩散的目的在于形成PN结。普遍采用磷做n型掺杂。由于固态扩散需要很高的温度，因此在扩散前硅片表面的洁净非常重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面的碱残留和金属杂质。
5、边缘刻蚀、清洗：
扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边。
扩散后清洗的目的是去除扩散过程中形成的磷硅玻璃。
