光伏材料知識(shí)點(diǎn)

1、學(xué)習(xí)必備歡迎下載小題：1.晶體分類：離子晶體，共價(jià)晶體，分子晶體，金屬晶體。2.共價(jià)鍵特點(diǎn)：飽和性和方向性。3.硅屬于間接能隙半導(dǎo)體。4.半導(dǎo)體分為本證半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體，雜質(zhì)填充方式有間隙和替位。5.p-n 結(jié)正反向接法（辨別即可）6.晶向：晶列取向，通常用晶向指數(shù)來描述。晶胞中任取一格點(diǎn)作為原點(diǎn)，則任一格點(diǎn)位矢 r=ma+nb+pc ，那么該晶列晶向指數(shù)可表示為 m n p 。7.晶面：晶體中的原子可以看成是分布在一系列平行而等距的平面。平行的晶面組成晶面族密勒指數(shù)來描述晶面的方向。任選一格點(diǎn)為原點(diǎn)，以晶胞基矢a,b,c 為坐標(biāo)軸，晶面在坐標(biāo)軸上截距r,s,t的倒數(shù)比即為密勒指數(shù)，表示為（

2、hkl） 。8.峰瓦數(shù)：比如，一個(gè) 1m2、 轉(zhuǎn)換效率為18%的太陽電池， 在赤道附近它的輸出功率為180wp（1000w/m2 1m218%）9.太陽級(jí)多晶硅原料制備流程：冶金級(jí)多晶硅制造，sihcl3 制造與純化， sihcl3 氫氣還原。10.直拉（ cz ）法單晶硅制造流程：加料、熔化；熔接；縮頸生長(zhǎng)；放肩生長(zhǎng)；等晶生長(zhǎng)；收尾生長(zhǎng)。11.直拉（ cz）法單晶硅制造中碳，氧雜質(zhì)分布情況：k1, 意味著雜質(zhì)在晶體中的濃度始終大于在熔體中的濃度，也就導(dǎo)致隨著晶體生長(zhǎng)雜質(zhì)含量越來越少。例如：氧雜質(zhì)k=1.27 (換言之，就是氧雜質(zhì)頭部多尾部少，碳雜質(zhì)頭部少尾部多。 ) 12.磷硅玻璃成份：52

3、op，2sio13.表面制絨：硅材料制絨方法可分為干法和濕法。干法有機(jī)械刻槽，反應(yīng)離子刻蝕，光刻等。濕法是傳統(tǒng)的刻蝕方法，又被稱為化學(xué)腐蝕法。1)單晶硅堿制絨(堿制絨腐蝕液:naoh和 ipa naoh，ipa，nasio3 naoh，乙醇 )2)多晶硅酸制絨 (酸制絨腐蝕液：hno3 ，hf，hno3 作為氧化劑，hf 是絡(luò)合劑 ) 14.減反射膜： 減反射膜光學(xué)厚度為1/4 入射光波長(zhǎng)， 折射率為外界介質(zhì)與硅片折射率乘積的平方根。減反射膜材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)：減反射膜厚度及折射率是減反射膜制備的兩個(gè)重要參數(shù)，除此之外，還需要考慮其他一些問題：減反射膜對(duì)光的吸收要??；物理化學(xué)穩(wěn)定性；制備工藝難易及

4、成本。15.電池片絲網(wǎng)印刷的三步驟:背電極印刷及烘干（漿料：ag /al 漿 ） ；背電場(chǎng)印刷及烘干（漿料： al 漿） ；正面電極印刷及烘干（漿料：ag 漿） 。學(xué)習(xí)必備歡迎下載簡(jiǎn)答：1.什么叫太陽能電池，優(yōu)缺點(diǎn)？?jī)?yōu)點(diǎn)：普遍，安全，資源豐富，無污染。缺點(diǎn)： 1）太陽能受氣候、天氣、晝夜甚至?xí)r間的影響較大。在太陽能資源貧乏地區(qū)不易推廣太陽能利用。2）太陽能發(fā)電為直流電，在轉(zhuǎn)變交流電時(shí)候會(huì)產(chǎn)生能量損失，而且要增加其他配套裝置。這些因素都導(dǎo)致太陽能發(fā)電成本增加。3）由于太陽電池發(fā)電密度低，如果想產(chǎn)生相當(dāng)量的能量必須要大面積安裝。安裝位置的選擇以及視覺沖擊都是一個(gè)需解決的問題。2.太陽電池表征參數(shù)短

5、路電流：通過導(dǎo)線把電池的陰陽極直接相連，此時(shí)流過導(dǎo)線的電流即為短路電流，用isc表示。開路電壓：太陽電池陰陽極兩端無導(dǎo)線相連，光生載流子只能聚集在p-n 結(jié)兩端產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，這時(shí)在電池兩端測(cè)量所得電勢(shì)差即為開路電壓，用voc 表示最大輸出功率：pm=vm im 填充因子：衡量太陽電池整體性能的一個(gè)重要參數(shù)，代表太陽電池在最佳負(fù)載時(shí)能輸出的最大功率的特性。轉(zhuǎn)換效率：3.單晶硅，多晶硅優(yōu)缺點(diǎn)？單晶硅電池優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)晶完整，自由電子與空穴在內(nèi)部移動(dòng)不受限制，產(chǎn)生電子空穴復(fù)合幾率低，太陽電池效率高。缺點(diǎn)：將晶棒切割成晶柱的過程中，浪費(fèi)一半的材料，成本高，價(jià)格昂貴。多晶硅電池優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：通過較快

6、速的方式讓硅結(jié)晶，提升產(chǎn)出； 減少切片時(shí)造成的浪費(fèi)，生產(chǎn)成本大大降低。缺點(diǎn)： 由于多晶在結(jié)晶時(shí)速度較快，硅原子沒有足夠的時(shí)間形成單一晶格而形成許多顆粒，顆粒與顆粒間存在結(jié)晶邊界，此結(jié)晶邊界存在許多懸浮鍵，阻止自由電子移動(dòng)或捕捉自己電子造成電流下降，效率因而降低。此外結(jié)晶邊界也聚集許多雜質(zhì)，也使自由電子不易移動(dòng)。不完整的使硅原子與硅原子間的鍵結(jié)情況較差，容易因紫外線破壞化學(xué)鍵而產(chǎn)生懸浮鍵，隨時(shí)間增加， 懸浮鍵的數(shù)量會(huì)增加，造成光電轉(zhuǎn)換效率逐漸衰退。4.晶體結(jié)構(gòu)？（這個(gè)不確定，參考）晶體長(zhǎng)程有序性，非晶體短程有序性。晶體結(jié)構(gòu)：晶體中原子(離子或分子 )規(guī)則排列的方式。單晶體、多晶體及準(zhǔn)晶體。單晶體

7、： 整塊晶體內(nèi)原子排列規(guī)律完全一致的晶體；多晶體則是由許多取向不同的單晶體無規(guī)則的堆積而成；而準(zhǔn)晶體是一種介于晶體和非晶體之間的固體，具有完全有序的結(jié)構(gòu)，但不具有晶體平移周期性。晶體特征表現(xiàn)為：有固定的幾何外形，有固定的熔點(diǎn)，具有各向異性的性能。學(xué)習(xí)必備歡迎下載5.太陽能電池工作原理光電效應(yīng)指光照射到金屬材料表面，金屬內(nèi)的自由電子吸收了光子的能量，脫離金屬束縛，成為真空中自由電子。脫離金屬束縛的自由電子在外加電壓的作用下移動(dòng)到金屬陽極，形成光電流。光伏效應(yīng)是指光照射到半導(dǎo)體p-n 結(jié)上產(chǎn)生可輸出功率的電勢(shì)差的現(xiàn)象。過程包括：電子吸收光子能量產(chǎn)生電子空穴對(duì)，內(nèi)建電場(chǎng)作用下電子空穴對(duì)分離，電子空穴

8、相向運(yùn)動(dòng)到端電極輸送到負(fù)載。光電流：漂移電流，擴(kuò)散電流。太陽光照射到太陽電池表面時(shí)，光子透過抗反射膜，然后照射到n 型硅表面，導(dǎo)帶電子吸收光子能量躍遷成為自由電子。用導(dǎo)線將電池片正負(fù)極通過負(fù)載相連接，此時(shí)就會(huì)有光電流流過負(fù)載。6.電池片制備流程：1)基材選擇：基體材料:為單晶硅片或多晶硅片，基板一般是使用摻雜后的摻雜半導(dǎo)體。2)制絨： 是指通過某種技術(shù)方法在電池表面制作出凸凹不平的形狀，以達(dá)到太陽光線在表面的多次反射（至少兩次），增強(qiáng)晶體硅表面的對(duì)光的吸收的技術(shù)。制絨增強(qiáng)了入射太陽光的利用率，提高了太陽電池的轉(zhuǎn)化效率。制絨方法可分為干法和濕法，干法有機(jī)械刻槽，反應(yīng)離子刻蝕，光刻等。濕法包括堿制

9、絨，酸制絨。3）擴(kuò)散制p-n 結(jié)：擴(kuò)散可以分為兩類：1）恒定表面源擴(kuò)散，2）限定表面源擴(kuò)散。4）減反射膜制備5）絲網(wǎng)印刷：三步驟為背電極印刷及烘干；背電場(chǎng)印刷及烘干；正面電極印刷及烘干。6）電池片組裝。7.改良西門子法與西門子法異同及優(yōu)缺點(diǎn)？改良西門子法采用閉環(huán)生產(chǎn)、尾氣回收循環(huán)利用、sicl4 氫化工藝。西門子方法中反應(yīng)排出h2 和 sihcl3 被回收利用，而sicl4 和 hcl 水溶液直接對(duì)外出售。第二代西門子生產(chǎn)流程將sicl4 實(shí)現(xiàn)了循環(huán)回收利用，通過與冶金級(jí)硅反應(yīng)生成sihcl3 。改良西門子法利用活性炭吸附或者冷sicl4 溶解 hcl 法回收得到干燥hcl ，因此，該hcl可

10、以通過直接應(yīng)用到sihcl3 的合成中。優(yōu)點(diǎn)： （1）工藝成熟，經(jīng)驗(yàn)豐富，產(chǎn)品質(zhì)量高。（2）節(jié)能（ 3）降低物耗（4）減少污染。缺點(diǎn)：工藝流程長(zhǎng)、投資大、技術(shù)要求嚴(yán)格、sihcl3 轉(zhuǎn)化率低。學(xué)習(xí)必備歡迎下載大題：1.理論計(jì)算單晶硅電池轉(zhuǎn)化效率？假設(shè) 23%太陽光小于禁帶寬度，剩下的中有43%以熱能損失，其余太陽能量中載流子輸出電壓占對(duì)應(yīng)電壓的63.6%，理論計(jì)算單晶硅電池轉(zhuǎn)化效率為（1-23%） *（1-43%） *63.6%=27.91% 2.太陽能電池模型（以及串并聯(lián)電阻由來）1）理想太陽電池沒有光照的情況下，太陽電池看做一個(gè)p-n 結(jié)二極管，理想二極管電流電壓關(guān)系：電流從 p 型半導(dǎo)體

11、指向n 型半導(dǎo)體。在光照的情況下，p-n 結(jié)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生光電流，即光生電流，其方向由n 型半導(dǎo)體指向p 型半導(dǎo)體。太陽電池電流電壓關(guān)系可以表示為：2）實(shí)際的太陽電池必須考慮 p-n 結(jié)的品質(zhì)和實(shí)際存在的串聯(lián)電阻rs 和并聯(lián)電阻shr。串聯(lián)電阻： 半導(dǎo)體材料的體電阻、電極與半導(dǎo)體接觸電阻，電極金屬的電阻。并聯(lián)電阻是由于 p-n 結(jié)漏電產(chǎn)生的，包括繞過電池邊緣漏電和由于p-n 結(jié)區(qū)域存在晶體缺陷和雜質(zhì)所引起的內(nèi)部漏電流。3）太陽電池等效電路太陽電池可以看做一個(gè)恒流源與理想二極管的并聯(lián)。在光照的時(shí)候， 太陽電池產(chǎn)生一定的光生電流，其中一部分流過p-n 結(jié)作為暗電流，另一部分為供給負(fù)載的電流(1 )qvk

12、tdoiie(1 )qvktloiiielidiili學(xué)習(xí)必備歡迎下載3.太陽電池轉(zhuǎn)換效率影響因素以及改進(jìn)方法（1）半導(dǎo)體材料都對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的禁帶寬度，禁帶寬度的大小決定了吸收太陽光譜中某一范圍的光。（2）除材料本身影響外，其他影響主要包括：光損失，少數(shù)載流子復(fù)合，串聯(lián)、并聯(lián)電阻，溫度。 1）光損失：反射損失，遮光損失，透光損失。2）載流子復(fù)合損失：分為體內(nèi)復(fù)合，表面復(fù)合以及電極內(nèi)復(fù)合。3）串并聯(lián)電阻損失：太陽電池內(nèi)電阻的存在會(huì)產(chǎn)生焦耳熱損失。串聯(lián)電阻以及漏電流的存在都會(huì)降低填充因子ff，而太陽電池轉(zhuǎn)化效率正比于ff，所以串并聯(lián)電阻對(duì)太陽電池轉(zhuǎn)化效率有影響。研究發(fā)現(xiàn)，較大的串聯(lián)電阻和較小的并聯(lián)

13、電阻還會(huì)分別造成isc 和 voc 減小，加劇了轉(zhuǎn)化效率降低。4）溫度對(duì)太陽電池轉(zhuǎn)換效率影響： 一般而言，隨著溫度的升高，太陽電池短路電流略有增加，但是其增加幅度要小于開路電壓的減小。 通常情況下， 半導(dǎo)體材料禁帶寬度隨著溫度的升高會(huì)出現(xiàn)減小的現(xiàn)象，禁帶寬度的減小將由于與增加光的吸收。太陽電池轉(zhuǎn)換效率及填充因子隨其工作環(huán)境溫度的升高而減小。 不同半導(dǎo)體材料太陽電池，轉(zhuǎn)化效率對(duì)溫度相應(yīng)不同，即隨溫度升高轉(zhuǎn)化效率降低不同。改進(jìn)：選禁帶寬度1.1-1.7ev，而且最好是直接禁帶半導(dǎo)體；sio2、tio2 及 si3n4其中 si3n4 的使用可使反射光損失從30%降到 10%；表面織構(gòu)化能使入射光線

14、在其表面多次反射， 從而增加了太陽電池對(duì)光的吸收；使用微電極技術(shù)解決遮光損失，此外用點(diǎn)接觸式方法把太陽電池正負(fù)電極全部放到背面也可；把吸收較高能量光譜的電池片放在上層，吸收較低能量光譜的電池片放在下層來減小透光損失；選擇適當(dāng)?shù)膿诫s濃度，提高晶體的純度，減少缺陷和雜質(zhì)來減少?gòu)?fù)合。在硅表面生長(zhǎng)一層介質(zhì)膜（sio2，si3n4）或氫原子鈍化等來減少載流子在表面發(fā)生復(fù)合的幾率。減少電極區(qū)復(fù)合可采用電極區(qū)摻雜濃度提高，降低少數(shù)載流子在電極區(qū)濃度，從而降低了在此區(qū)域復(fù)合的幾率。4.表面制絨的目的，意義，分類，優(yōu)缺點(diǎn)？意義：制絨技術(shù)被稱為表面織構(gòu)技術(shù)，是指通過某種技術(shù)方法在電池表面制作出凸凹不平的形狀，以達(dá)

15、到太陽光線在表面的多次反射，增強(qiáng)晶體硅表面的對(duì)光的吸收的技術(shù)。目的：制絨增強(qiáng)了入射太陽光的利用率，提高了太陽電池的轉(zhuǎn)化效率。分類：制絨方法可分為干法和濕法，干法有機(jī)械刻槽，反應(yīng)離子刻蝕，光刻等。濕法包括單晶硅堿制絨，多晶硅酸制絨。優(yōu)缺點(diǎn)： 反應(yīng)離子刻蝕能夠精確控制刻蝕位置和深度，能夠提供良好的織構(gòu)表面；該方法生產(chǎn)速度慢、 成本高， 設(shè)備價(jià)格昂貴。 光刻可以制備出更加規(guī)則的絨面結(jié)構(gòu)，目前處于實(shí)驗(yàn)室階段， 沒有實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。濕法是傳統(tǒng)的刻蝕方法，該法設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低而生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，一直被廣泛應(yīng)用到商業(yè)太陽電池制絨工藝中。學(xué)習(xí)必備歡迎下載5.減反射膜的目的，意義以及減反射膜的條件？目的及意義：減少

16、反射，增強(qiáng)晶體硅表面的對(duì)光的吸收。減反射膜的條件：完美單層減反射膜條件是：減反射膜光學(xué)厚度為1/4 入射光波長(zhǎng)，折射率為外界介質(zhì)與硅片折射率乘積的平方根。6.能帶理論分析導(dǎo)體、半導(dǎo)體及絕緣體導(dǎo)電差異。固體材料按其導(dǎo)電能力的差異可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體及絕緣體。導(dǎo)體的能帶有三種結(jié)構(gòu)：價(jià)帶部分填滿， 價(jià)帶為滿帶但與空帶重疊，價(jià)帶未填滿且與空帶重疊。絕緣體的價(jià)帶是滿帶，而且價(jià)帶與空帶間有較大的禁帶。半導(dǎo)體，能帶結(jié)構(gòu)與絕緣體很相似，但是其禁帶寬度較小，約為 0.1-2ev。7.碳氧雜質(zhì)產(chǎn)生，去除？1）氧雜質(zhì)產(chǎn)生：高溫下石英坩堝壁會(huì)與熔化太陽級(jí)硅發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生sio，同時(shí)高溫下石英坩堝也會(huì)發(fā)生脫氧反應(yīng)：產(chǎn)生的氧

17、原子絕大多數(shù)（98%）會(huì)以 sio 的形式存在，少量的氧原子則溶于熔硅中。這是單晶硅棒中氧雜質(zhì)的主要來源。sio 比較容易從熔硅表面揮發(fā)。揮發(fā)從來的sio 氣體，會(huì)在較冷的爐壁作用下凝結(jié)成顆粒并附著在上面。隨著凝結(jié)顆粒的增多，不可避免的會(huì)有少量sio 落入熔硅中。2）氧雜質(zhì)去除：溶解在硅熔體中的氧傳輸包括對(duì)流和擴(kuò)散，氧在硅中擴(kuò)散系數(shù)很小，故氧主要通過對(duì)流來傳輸?shù)焦鑶尉Ш腿酃杞缑婊蛘咦杂杀砻娴?。除了利用ar 帶走 sio 來減少氧雜質(zhì)外，降低坩堝的旋轉(zhuǎn)速率和采用較大直徑的坩堝也是降低氧雜質(zhì)的途徑。3）碳雜質(zhì)產(chǎn)生：爐體的石墨元件（加熱元件，坩堝，絕熱元件）在高溫下會(huì)和石英脫氧的氧原子反應(yīng)產(chǎn)生co，

18、石墨元件會(huì)與一氧化硅氣體反應(yīng)產(chǎn)生碳化硅（sic）顆粒和co 石墨元件也會(huì)與爐內(nèi)其他氣體（h2o ，o2）反應(yīng)生成co，co2 ，若 co、co2 溶入硅熔體中，即造成硅熔體的碳污染。4）碳雜質(zhì)去除：減少碳污染的辦法除了利用ar 帶走上述氣體外，另一方法通常是在石墨元件表面利用化學(xué)氣相沉積的方法鍍一層sic。2 csiosicco22siosisio2siosioococo學(xué)習(xí)必備歡迎下載8.擴(kuò)散分類（結(jié)合圖形分析）？分類：擴(kuò)散條件大致可以分為兩類：1）恒定表面源擴(kuò)散，2）限定表面源擴(kuò)散（1）恒定表面源擴(kuò)散恒定表面源擴(kuò)散是指在整個(gè)擴(kuò)散過程中，硅片表面濃度保持不變，在一定的擴(kuò)散溫度控制下，雜質(zhì)原子從氣相擴(kuò)散到固相的硅片里而呈現(xiàn)一定的雜質(zhì)分布。擴(kuò)散到硅片中雜質(zhì)總量q 可用分布區(qū)縣n 下面面積表示：雜質(zhì)表面濃度與時(shí)間無關(guān)，與雜質(zhì)種類和擴(kuò)散溫度有關(guān)；而擴(kuò)散時(shí)間的不同，硅片內(nèi)部雜質(zhì)濃度不同，擴(kuò)散深度不同；隨擴(kuò)散深度的增大雜質(zhì)