太阳电池等效电路
多晶硅太阳能电池的制造方
法
1、关于光的吸收 2、金属化技术 3、PN结的形成技术 4 、表面和体钝化技术
对于光吸收主要是： （1）降低表面反射； （2）改变光在电池体内的路径； （3）采用背面反射。
1.1多晶硅绒面技术

对于单晶硅，采用碱溶液各向异性化学腐蚀的方法 可在（100）表面制作金字塔状的绒面结构，降低 表面光反射。但多晶硅晶向偏离（100）面，采用 上面的方法无法作出均匀的绒面，目前采用下列方 法:
下面我们将就多晶硅太阳能电池从以下几个 方面展开介绍
1.多晶硅太阳能发展的历史 2.多晶硅电池的工作原理 3.多晶硅太阳能电池的制造方法及工艺 4.多晶硅太阳能电池应用


1955年美国贝尔实验 室研制成功第一个实 用的硅太阳电池, 并于 其后不久正式用于人 造卫星。 1960年硅太阳电池发 电首次并入常规电网 80年代初，太阳电池 开始规模化生产
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1.2制作减反射膜层 对于高效太阳电 池，最常用和最有效 的方法是蒸镀 ZnS/MgF2双层减反 射膜，其最佳厚度取 决于下面氧化层的厚 度和电池表面的特征， 例如，表面是光滑面 还是绒面，减反射工 艺也有蒸镀Ta2O5, PECVD沉积 Si3N3等， ZnO导电膜也可作为 减反材料。

在高效电池的制作中，金属化电极必须与电池的设 计参数，如表面掺杂浓度、PN结深，金属材料相匹 配。实验室电池一般面积比较小（面积小于 4cm2），所以需要细金属栅线（小于10微米）， 一般采用的方法为光刻、电子束蒸发、电子镀。工 业化大生产中也使用电镀工艺，但蒸发和光刻结合 使用时，不属于低成本工艺技术。

太阳能发电具有许多优点： 1、安全可靠，无噪音，无污染； 2、能量随处可得，无需消耗燃料； 3、无机械转动部件，维护简便，使用寿命长； 4、建设周期短，规模大小随意； 5、可以无人值守，也无需架设输电线路，还可方 便与建筑物相结合。
太阳能电池的分类
1.单晶硅太阳能电池组件 2.多晶硅太阳能电池组件 3.刚性衬底薄膜太阳能电池组件 4.柔性薄膜太阳能电池组件 碲化镉薄膜



从工业化发展来看，重心已由单晶向多晶方向发 展，主要原因为； [1]可供应太阳电池的头尾料愈来愈少； [2] 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； [3]多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸 炉每生产周期（50小时）可生产200公斤以上的 硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级； [4]由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其 中工艺也被应用于多晶硅电池的生产
[3]双面Mc-Si电池 Mc-Si双面电池其正面为常规结构，背面为N＋和P ＋相互交叉的结构，这样，正面光照产生的但位于 背面附近的光生少子可由背电极有效吸收。背电极 作为对正面电极的有效补充，也作为一个独立的栽 流子收集器对背面光照和散射光产生作用，据报道， 在AM1.5条件下，转换效率超过19％。
（1）激光刻槽 用激光刻槽的方法可在多晶硅表面制作倒 金字塔结构，在500～900nm光谱范围内，反射 率为4～6％，与表面制作双层减反射膜相当，而 在（100）面单晶硅化学制作绒面的反射率为11 ％。用激光制作绒面比在光滑面镀双层减反射膜 层（ZnS/MgF2）电池的短路电流要提高4％左右， 这主要是长波光（波长大于800nm）斜射进入电 池的原因。 激光制作绒面存在的问题是在刻蚀中，表 面造成损伤同时引入一些杂质，要通过化学处理 去除表面损伤层。该方法所作的太阳电池通常短 路电流较高，但开路电压不太高，主要原因是电 池表面积增加，引起复合电流提高。
硅片表面绒面受光面积（绒面金字塔形的理解计算）
金字塔形角锥体的表面积S0等于 四个边长为a正三角形S之和
1 3 S0 4 a a 2 2 3 a2
由此可见有绒面的受光面积比光 面提高了倍即1.732倍。
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硅片表面绒面反射率：
当一束强度为E0的光投射到图中的A点，产生反射光Φ1和进入硅 中的折射光Φ2。反射光Φ1可以继续投射到另一方锥的B点，产生二 次反射光Φ3和进入半导体的折射光Φ4；而对光面电池就不产生这 第二次的入射。经计算可知还有11%的二次反射光可能进行第三次 反射和折射，由此可算得绒面的反射率为 9.04%。
[1]发射区形成和磷吸杂 对于高效太阳能电池，发射区的形成一般采用选择扩散， 扩散的方法有两步扩散工艺、扩散加腐蚀工艺和掩埋扩散 工艺，目前采用选择扩散，150mm×150mm电池转换 效率达到16.4%。

对于Mc-Si材料，扩磷吸杂对电池的影响得到广泛的研究， 较长时间的磷吸杂过程（一般3～4小时），可使一些 Mc-Si的少子扩散长度提高两个数量级。在对衬底浓度对 吸杂效应的研究中发现，即便对高浓度的衬第材料，经吸 杂也能够获得较大的少子扩散长度（大于200微米），电 池的开路电压大于638mv, 转换效率超过高的晶界、点缺陷（空位、 填隙原子、金属杂质、氧、氮及他们的复合物） 对材料表面和体内缺陷的钝化尤为重要，除前面 提到的吸杂技术外，钝化工艺有多种方法，通过 热氧化使硅悬挂键饱和是一种比较常用的方法， 可使Si-SiO2界面的复合速度大大下降，其钝化 效果取决于发射区的表面浓度、界面态密度和电 子、空穴的浮获截面，在氢气氛中退火可使钝化 效果更加明显。采用PECVD淀积氮化硅近期正面 十分有效，因为在成膜的过程中具有加氢的效果， 该工艺也可应用于规模化生产中，应用Remote PECVD Si3N4可使表面复合速度小于20cm/s。
无机太阳能电池研究进展
表1 无机太阳能电池的性能及应用
名称 单晶硅 多晶硅 非晶硅 复合型 CdTe CuInSe2 GaAs InP 禁带宽度(eV) 1.12 1.12 1.5~2.0 1.44 1.04 1.42 1.35 转换效率 应用实况 24.4 18 13 17.3 15 17 37.4 19.1 用于空间及地面太阳电池 与单晶硅占市场 70~80% 占市场 10~20%消费电子,能源 已商业化 与 CdS 结合构成的太阳电池已商业化 探索大面积应用批量生产技术 已开始用于空间太阳电池 耐辐射性能优异,处于研究开发阶段
[2]背表面场的形成及铝吸杂技术 在Mc-Si电池中，背p+p结由均匀扩散铝或硼形 成，硼源一般为BN、BBr、APCVD SiO2：B2O8 等，铝扩散为蒸发或丝网印刷铝，800度下烧结 所完成，对铝吸杂的作用也开展了大量的研究， 与磷扩散吸杂不同，铝吸杂在相对较低的温度下 进行。其中体缺陷也参与了杂质的溶解和沉积， 而在较高温度下，沉积的杂质易于溶解进入硅中， 对Mc-Si产生不利的影响。到目前为至，区域背 场已应用于单晶硅电池工艺中，但在多晶硅中， 还是应用全铝背表面场结构。
• 据推算，至2010年，全球光伏发电并网装 机容量将达到15GW，未来数年光伏行业的 复合增长率将高达30％以上；至2030年， 全球光伏发电装机容量将达到300GW（届 时整个产业的产值有可能突破3000亿美 元）；至2040年，光伏发电将达到全球发 电总量的15%-20%。
2002-2010年全球及中国太阳能级 多晶硅需求量统计
主要介绍方面
太阳能电池背景及历史
多晶硅太 阳能电池
多晶硅的定义 多晶硅太阳能电池原理 多晶硅太阳能电池工艺实现 多晶硅太阳能电池应用及未来展望
太阳能
• 对于人类来讲，太阳能取之不 尽，用之不竭，无污染。 • 每秒辐射到陆地表面的能量相 当于全球1年内消耗总能量的 3.5万倍； • 其中植物吸收的占0.015%，转 化为燃料的不到0.002%。




我国1958年开始太阳电池的研究, 1971年成功地 首次应用于我国发射的第二颗卫星, 1973年开始地 面应用。 我国多晶硅始于1964年，但是技术水平低、规模 小、产品单耗高、生产成本高。 2005年之前，我国年产多晶硅还不到世界年总产 量的0.5%。 2005年，国内第一个300吨多晶硅生产项目建成 投产，从而拉开了中国多晶硅大发展的序幕。



而各向同性酸腐蚀技术可以比较容易地整 合到当前的太阳电池处理工序中，应用起来基本上 是成本最 低的，在大规模工业化生产中, 各向同性酸腐蚀是 目前广泛应 用的多晶硅太阳电池绒面技术。
（4）反应离子腐蚀（RIE） 该方法为一种无掩膜腐蚀工艺，所形成的绒 面反射率特别低，在450～1000微米光谱范围的 反射率可小于2％。仅从光学的角度来看，是一种 理想的方法，但存在的问题是硅表面损伤严重，电 池的开路电压和填充因子出现下降。
非晶硅薄膜
单结晶硅太阳电池 SINGLE CRYSTAL
多结晶硅太阳电池 POLY CRYSTAL
非结 晶硅 太阳 电池 AMO RPHO US
定义： 多晶硅:是单质硅的一种形态。熔融的 单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子 以金刚石晶格形态排列成许多晶核， 如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒， 则这些晶粒结合起来，就结晶 多晶硅
多晶硅太阳能电池工作原理
太阳光谱图
UV Visible Infrared
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太阳能电池的发电原理是基于光伏效应(Photovoltaic Effect) 由太阳光与材料相互作用而产生电势。
多晶硅太阳能电池工作原理：

太阳能电池芯片是具有光电效应的半导体器件， 半导体的PN结被光照后产生电流，当光直射太阳 能电池芯片，其中一部分被反射，一部分被吸收。 一部分透过电池芯片、被吸收的光激发被束缚的 高能级状态下的电子，使之成为自由电子，这些 自由电子在晶体内向各方向移动，余下空穴（电 子以前的位置）。空穴也围绕晶体飘移，自由电 子（－）在N结聚集，空穴（＋）在P结聚集，当 外部环路被闭合，电流产生。


电池从研究室走向工厂，实验研究走向规模化生产 是其发展的道路，所以能够达到工业化生产的特征 应该是： [1]电池的制作工艺能够满足流水线作业； [2]能够大规模、现代化生产； [3]达到高效、低成本。