晶体硅太阳能电池结构及原理 ppt课件
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晶体硅太阳能电池结构及原理通用课件
行业政策与市场趋势的挑战与机遇
环保政策
随着全球对环境保护意识的增强，各国政府出台了一 系列的环保政策，对晶体硅太阳能电池的生产和应用 提出了更高的要求，但同时也为环保型、高效能的晶 体硅太阳能电池提供了市场机遇。
市场竞争
晶体硅太阳能电池市场竞争激烈，各国企业都在加大 研发和生产力度，提高产品质量和降低成本，以争取 更大市场份额，企业需要保持技术创新和市场敏锐度， 才能立于不败之地。
分类
太阳能电池主要分为硅基太阳能电池、 薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电 池等几大类，其中晶体硅太阳能电池 是硅基太阳能电池的一种。
晶体硅太阳能电池的应用与优势
应用
晶体硅太阳能电池广泛应用于光伏电站、太阳能热水器、太阳能灯具、太阳能 船、太阳能车等方面。
优势
晶体硅太阳能电池具有稳定性好、寿命长、转换效率高等优点，同时，由于其 在制造过程中技术成熟、成本逐渐降低，因此大规模应用较为广泛。
太阳能光伏电站案例分析
光伏电站类型
根据电站规模和应用场景，太阳能光伏电站可分为集中式光伏电站和分布式光伏电站。集中式光伏电 站通常建设在荒漠、戈壁等土地资源丰富地区，而分布式光伏电站则主要建设在建筑屋顶、墙面等闲 置空间。
案例分析
以某大型集中式光伏电站为例，介绍晶体硅太阳能电池在其中的应用，包括电池组件选型、电站布局 设计、发电效率分析等方面。
太阳能交通工具概述
简要介绍太阳能汽车、太阳能船舶、太阳能 飞机等太阳能交通工具的发展现状及趋势。
晶体硅太阳能电池在太阳 能交通工具中的应用
阐述晶体硅太阳能电池在太阳能交通工具中 的关键技术，如高效能量存储系统、轻量化 设计等，并分析其在提高交通工具续航里程、 降低能耗等方面的作用。同时，探讨晶体硅 太阳能电池在未来太阳能交通工具领域的潜
《单晶硅太阳能电池》课件
单晶硅太阳能电池的结构
单晶硅太阳能电池由多个层次组成，包括正极、负极、PN结和电流收集器等。这些组成部分相互配合，实现 了太阳能转化为电能的过程。
单晶硅太阳能电池的工作原理
单晶硅太阳能电池基于光伏效应，通过光线照射激发硅晶体内的电子，形成 电流。光电池和电流收集器将产生的电流导出，供电给外部设备。
单晶硅太阳能电池的优点
1 高转换效率
单晶硅太阳能电池具有较高的转换效率，能 够更有效地将太阳能转化为电能。
2 稳定可靠
相比其他材料制造的太阳能电池，单晶硅太 阳能电池具有更高的稳定性和可靠性。
3 长寿命
由于单晶硅太阳能电池的制造工艺和材料质 量较高，其使用寿命一般可达20年以上。
4 可持续发展
单晶硅太阳能电池利用太阳能作为能源，属 于可再生能源，对环境影响较小，有助于可 持续发展。
单晶硅太阳能电池的未来发展
1
发展历程
单晶硅太阳能电池经历了不断的发展过程，技术不断改进，效率和成本逐渐提升。
2
未来趋势
未来，单晶硅太阳能电池有望进一步提高转换效率、降低成本，并在更广泛的领域应用，为 硅太阳能电池的特点、结构、工作原理、应用 和未来发展。它具有高效转换、稳定可靠、可持续发展等优点，在太阳能领 域发挥着重要作用，并有着广阔的发展前景。
《单晶硅太阳能电池》 PPT课件
欢迎来到《单晶硅太阳能电池》PPT课件！在本课程中，我们将深入探讨单晶 硅太阳能电池的特点、结构、工作原理、应用和未来发展。让我们一起来了 解这项令人兴奋的技术吧！
什么是单晶硅太阳能电池？
单晶硅太阳能电池是一种利用单晶硅材料制造的太阳能电池。它具有高效转 换、稳定可靠和长寿命等特点，是目前应用最广泛的太阳能电池类型之一。
《晶体硅太阳电池》课件
晶体硅太阳电池在新能源 汽车领域用于充电设备和 车载电池充电。
晶体硅太阳电池存在的问题
成本高
目前晶体硅太阳电池的生产成本较高，限制了其大规模应用。
能源密度低
相比其他能源存储方式，晶体硅太阳电池的能源密度较低。
不能使用在阴天
晶体硅太阳电池对光线的依赖性较强，无法在阴天等光线较暗的环境中高效工作。
结论
《晶体硅太阳电池》PPT 课件
欢迎来到本课程《晶体硅太阳电池》的PPT课件。本课程将带您深入了解晶体 硅太阳电池的定义、特点、工作过程、应用以及存在的问题和发展前景。
什么是晶体硅太阳电池？
晶体硅太阳电池是一种利用硅材料制造的太阳能电池。它通过光的吸收、电 子释放、电子流动和电荷收集等过程将太阳能转化为电能。
1 晶体硅太阳电池是目前太阳能行业最主要的产品
晶体硅太阳电池作为最主要的太阳能电池产品，具有稳定性高、效率高、寿命长和可靠 性强的特点。
2 技术发展的不断提升
随着技术的不断发展，晶体硅太阳电池的性能将会不断提升，进一步推动太阳能行业的 发展。
晶体硅太阳电池的特点
稳定性高
晶体硅太阳电池具有较高的稳定性，能够在不同 环境条件下长时间稳定工作。
寿命长
晶体硅太阳电池的寿命长，能够持续工作多年， 不易损坏。
效率高
相比其他太阳能电池技术，晶体硅太阳电池具有 较高的电能转换效率。
可靠性强
晶体硅太阳电池具有较高的可靠性，能够适应各 种复杂的工作环境。
日本
日本在晶体硅太阳电池的研究 和生产方面处于领先地位。
中国
中国是全球最大的晶体硅太阳 电池生产国，具有较高的生产 能力。
晶体硅太阳电池的应用
1 光伏发电
晶体硅太阳电池广泛应用 于光伏发电系统，为清洁 能源供电。
晶体硅太阳电池存在的问题
成本高
目前晶体硅太阳电池的生产成本较高，限制了其大规模应用。
能源密度低
相比其他能源存储方式，晶体硅太阳电池的能源密度较低。
不能使用在阴天
晶体硅太阳电池对光线的依赖性较强，无法在阴天等光线较暗的环境中高效工作。
结论
《晶体硅太阳电池》PPT 课件
欢迎来到本课程《晶体硅太阳电池》的PPT课件。本课程将带您深入了解晶体 硅太阳电池的定义、特点、工作过程、应用以及存在的问题和发展前景。
什么是晶体硅太阳电池？
晶体硅太阳电池是一种利用硅材料制造的太阳能电池。它通过光的吸收、电 子释放、电子流动和电荷收集等过程将太阳能转化为电能。
1 晶体硅太阳电池是目前太阳能行业最主要的产品
晶体硅太阳电池作为最主要的太阳能电池产品，具有稳定性高、效率高、寿命长和可靠 性强的特点。
2 技术发展的不断提升
随着技术的不断发展，晶体硅太阳电池的性能将会不断提升，进一步推动太阳能行业的 发展。
晶体硅太阳电池的特点
稳定性高
晶体硅太阳电池具有较高的稳定性，能够在不同 环境条件下长时间稳定工作。
寿命长
晶体硅太阳电池的寿命长，能够持续工作多年， 不易损坏。
效率高
相比其他太阳能电池技术，晶体硅太阳电池具有 较高的电能转换效率。
可靠性强
晶体硅太阳电池具有较高的可靠性，能够适应各 种复杂的工作环境。
日本
日本在晶体硅太阳电池的研究 和生产方面处于领先地位。
中国
中国是全球最大的晶体硅太阳 电池生产国，具有较高的生产 能力。
晶体硅太阳电池的应用
1 光伏发电
晶体硅太阳电池广泛应用 于光伏发电系统，为清洁 能源供电。
太阳能电池硅工作原理62ppt课件PPT39页
硅原子
+4
空穴
+4
硼原子
+4
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
－ － －－
+3 +4
－ － －－
－ － －－
+4 +4
受主离子
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子
杂质半导体的示意图
多子—空穴
多子—电子
P型半导体
N型半导体
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ + +
一个能级也表示电子的一种运动状态
一种元素的化学性质和物理性质是由其原子结 构决定的，其中外层电子的数目起着最为重要 的作用。
习惯上把外层电子称为价电子，一个原子有几个 外层电子就称它为几价。
硅（Si）是第四族元素，称为４价元素； 硼（B）、铝、镓、铟为３价元素； 氮、磷（P）、砷为５价元素。
自由电子产生的 同时，在其原来的共 价键中就出现了一个 空位，称为空穴。
这一现象称为本征激发，也称热激发。
+4
+4
空穴
+4
电子空穴对
可见本征激发同时产生
电子空穴对。
+4
+4
外加能量越高（温度
越高），产生的电子空
穴对越多。
与本征激发相反的
+4 +4
现象——复合
自由电子
+4 +4
在一定温度下，本征激 发和复合同时进行，达 到动态平衡。电子空穴 对的浓度一定。
晶体硅太阳能电池的基本原理PPT共43页
晶体硅太阳能电池的基本原理
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
(完整版)晶体硅太阳能电池结构及原理
触电阻会变大从而增加串联电阻 ③ 若N+与P层的掺杂量大，与电极的接触电阻会变小从而降低串联电阻
值，但表面再结合速率会变大
13
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
支构面
支构面的作用是通过光的散射与多重反射，提供更长的光路径。因此， 光子的吸收数目可以增多，以提供更多的电子-空穴对。
14
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形和晶体两种同素异形体，属
于元素周期表上IVA族的类金属元素。
14Si
晶体硅为钢灰色，密度2.4 g／cm3，熔点1420℃，沸点2355℃，晶体硅属 于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。
硅
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
硅的基本性质 常温下，只与强碱、氟化氢、氟气反应
（100）硅片的各向异性腐蚀导致在表面产生许多密布的表面为 （111）面的四面方锥体。形成绒面的硅表面。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
可通过不同途径实现表面织 构化：晶体硅可通过腐蚀晶 面的刃面来实现织构化 如果晶体硅表面是沿内部原 子排列的，则织构化表面类 似金字塔。商业单晶硅电池 常用的手段。 另一种形式的织构化：倒金 字塔。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
对于多晶硅来说，不能采用上述两种形式的织构化，因为多晶硅表面 不是完整的<111>晶面。 但可采取照相平版印刷、用激光机械雕刻前表面等方式实现织构化 （下图为照相平版印刷织构化多晶硅表面）：
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
防反射层
防反射层的功能是减少入射的可见光在硅器件的表面反射。需要防反 射层的原因是由于硅材料在可见光到红外线波段400～1100nm的区域 内有相对于空气较大的折射率3.5～6.0.也就是说，在可见光区域有接 近50%，红外线区域内有30%的反射损失。在三层物质的界面的电磁 的结构
值，但表面再结合速率会变大
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
支构面
支构面的作用是通过光的散射与多重反射，提供更长的光路径。因此， 光子的吸收数目可以增多，以提供更多的电子-空穴对。
14
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形和晶体两种同素异形体，属
于元素周期表上IVA族的类金属元素。
14Si
晶体硅为钢灰色，密度2.4 g／cm3，熔点1420℃，沸点2355℃，晶体硅属 于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。
硅
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
硅的基本性质 常温下，只与强碱、氟化氢、氟气反应
（100）硅片的各向异性腐蚀导致在表面产生许多密布的表面为 （111）面的四面方锥体。形成绒面的硅表面。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
可通过不同途径实现表面织 构化：晶体硅可通过腐蚀晶 面的刃面来实现织构化 如果晶体硅表面是沿内部原 子排列的，则织构化表面类 似金字塔。商业单晶硅电池 常用的手段。 另一种形式的织构化：倒金 字塔。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
对于多晶硅来说，不能采用上述两种形式的织构化，因为多晶硅表面 不是完整的<111>晶面。 但可采取照相平版印刷、用激光机械雕刻前表面等方式实现织构化 （下图为照相平版印刷织构化多晶硅表面）：
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
防反射层
防反射层的功能是减少入射的可见光在硅器件的表面反射。需要防反 射层的原因是由于硅材料在可见光到红外线波段400～1100nm的区域 内有相对于空气较大的折射率3.5～6.0.也就是说，在可见光区域有接 近50%，红外线区域内有30%的反射损失。在三层物质的界面的电磁 的结构
晶体硅太阳能电池基本原理.45页PPT
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇体硅太阳能电池基本原理.
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇体硅太阳能电池基本原理.
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
(完整版)晶体硅太阳能电池结构及原理
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
对于多晶硅来说，不能采用上述两种形式的织构化，因为多晶硅表面 不是完整的<111>晶面。 但可采取照相平版印刷、用激光机械雕刻前表面等方式实现织构化 （下图为照相平版印刷织构化多晶硅表面）：
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
防反射层
防反射层的功能是减少入射的可见光在硅器件的表面反射。需要防反 射层的原因是由于硅材料在可见光到红外线波段400～1100nm的区域 内有相对于空气较大的折射率3.5～6.0.也就是说，在可见光区域有接 近50%，红外线区域内有30%的反射损失。在三层物质的界面的电磁 波反射系数R为：
结晶硅电池的结构是一个具有PN结的光电器件。包括硅衬底、PN结结 构、支构面、防反射层、导电电极与背面电极
9
3.1.Байду номын сангаас 结晶硅太阳能电池的结构
衬底：衬底的作用是作为太阳能电池的承载。硅太阳能电池是以硅半 导体材料为底材衬底。 衬底的选择：一般来说,除了价格成本和来源难易外,根据不同用途,可 从以下几方面选择: 1. 导电类型 P型硅用B作为掺杂元素，制成n+/p型太阳能电池； n型硅用P（或As) 为掺杂元素，制成p+/n型太阳能电池； 两类电池性能相当，但n+/p型太阳能电池耐辐照性能优于p+/n型太阳 能电池，更适合空间应用。
支构面通常通过在硅表面以化学侵蚀液形成（111）面微小四面体金 字塔来构成组织构造。 各向异性腐蚀就是腐蚀速度随单晶主要的不同晶向而变化，一般来说， 晶面间的共价键密度越高，则该晶面族的各晶面连接越牢，也就越难 腐蚀，因此在该晶面族的垂直方向上腐蚀速度越慢。反之，越容易腐 蚀。由于（100）面的共价键密度比（111）面低，所以(100) 面腐蚀 比(111) 面快。
晶体硅太阳能电池基本原理课件
05 晶体硅太阳能电池的制造 工艺
硅片的制备
硅片是晶体硅太阳能电池的基础材料，其质量对电池性能有着至关重要的影响。
硅片的制备通常采用多晶硅作为原料，通过一系列的物理或化学方法，如机械切割、研磨、 抛光等，得到具有特定厚度和表面质量的硅片。
硅片的厚度和表面粗糙度对太阳能电池的光吸收和电性能具有重要影响，因此制备过程中需 严格控制相关参数。
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03 晶体硅太阳能电池的材料 与结构
单晶硅太阳能电池
单晶硅太阳能电池是以高纯度的单晶硅棒为原料，经过切割 、研磨、腐蚀、抛光、清洗、烘烤等工序后制成。其结构通 常包括导电电极、P型硅片、N型硅片、PN结等部分。
单晶硅太阳能电池的效率较高，技术成熟，是目前应用最广 泛的太阳能电池之一。
多晶硅太阳能电池
多晶硅太阳能电池是以多晶硅材料为原料，经过铸锭、切片、清洗、制绒、扩散 、减反射膜制备、金属化等工序后制成。其结构与单晶硅太阳能电池类似，但多 晶硅材料内部晶粒大小和分布不均匀，导致其光电转换效率相对较低。
多晶硅太阳能电池成本较低，适合大规模生产，因此在光伏发电领域应用广泛。
薄膜硅太阳能电池
薄膜硅太阳能电池具有成本低、重量轻、可弯曲等特 点，因此在便携式设备、建筑一体化等领域具有广阔 的应用前景。
02 晶体硅太阳能电池的工作 原理
光吸收原理
晶体硅太阳能电池通过光吸收原理将太阳光转化为电能。当太阳光照射到电池表面 时，光子能量激发硅原子中的电子，产生光生载流子。
光吸收系数与入射光的波长有关，不同波长的光子具有不同的能量，能够激发不同 能级的电子。
光吸收系数随着硅材料中掺杂浓度的增加而减小，因此高掺杂浓度的硅材料具有更 好的光吸收性能。
晶体硅太阳能电池结构及原理 ppt课件
24
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
25
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 背面电极
背面电极（或称下电极或底电极）的主要功能是移动至下表面的电子 /空穴取出，以形成外部电流提供给外部负载。背面电极的另一个功 能是提供背向表面电场。
由于背面电极多为铝金属，在烧结过程中，铝原子会进入到硅材料中 作为掺杂，因此造成硅材料在接面处为重掺杂结构，在P+区形成的高 势垒将防止方向错误的电子进入到底电极，因此可提高开路电压Voc。
触电阻会变大从而增加串联电阻 ③ 若N+与P层的掺杂量大，与电极的接触电阻会变小从而降低串联电阻
值，但表面再结合速率会变大
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 支构面
支构面的作用是通过光的散射与多重反射，提供更长的光路径。因此， 光子的吸收数目可以增多，以提供更多的电子-空穴对。
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
（100）硅片的各向异性腐蚀导致在表面产生许多密布的表面为 （111）面的四面方锥体。形成绒面的硅表面。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 可通过不同途径实现表面织 构化：晶体硅可通过腐蚀晶 面的刃面来实现织构化
• 如果晶体硅表面是沿内部原 子排列的，则织构化表面类 似金字塔。商业单晶硅电池 常用的手段。
晶体硅太阳能电池结构及原理
3. 结晶硅太阳能电池结构与原理
2
本章主要内容与学习目标
•本章介绍典型晶体硅太阳能电池的结构及其原理。通过学习本章，学生 应了解以下内容：
1. 晶硅太阳能电池结构及其原理。 2. 晶硅太阳能电池高效结构设计及其原理。 3. 晶体硅高效率硅太阳能电池的发展。
3
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 背面电极
背面电极（或称下电极或底电极）的主要功能是移动至下表面的电子 /空穴取出，以形成外部电流提供给外部负载。背面电极的另一个功 能是提供背向表面电场。
由于背面电极多为铝金属，在烧结过程中，铝原子会进入到硅材料中 作为掺杂，因此造成硅材料在接面处为重掺杂结构，在P+区形成的高 势垒将防止方向错误的电子进入到底电极，因此可提高开路电压Voc。
触电阻会变大从而增加串联电阻 ③ 若N+与P层的掺杂量大，与电极的接触电阻会变小从而降低串联电阻
值，但表面再结合速率会变大
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 支构面
支构面的作用是通过光的散射与多重反射，提供更长的光路径。因此， 光子的吸收数目可以增多，以提供更多的电子-空穴对。
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
（100）硅片的各向异性腐蚀导致在表面产生许多密布的表面为 （111）面的四面方锥体。形成绒面的硅表面。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 可通过不同途径实现表面织 构化：晶体硅可通过腐蚀晶 面的刃面来实现织构化
• 如果晶体硅表面是沿内部原 子排列的，则织构化表面类 似金字塔。商业单晶硅电池 常用的手段。
晶体硅太阳能电池结构及原理
3. 结晶硅太阳能电池结构与原理
2
本章主要内容与学习目标
•本章介绍典型晶体硅太阳能电池的结构及其原理。通过学习本章，学生 应了解以下内容：
1. 晶硅太阳能电池结构及其原理。 2. 晶硅太阳能电池高效结构设计及其原理。 3. 晶体硅高效率硅太阳能电池的发展。
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3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
第九章 晶体硅太阳能电池 经典太阳电池基础课件
吸收所致； ❖ 目前PERL电池有5%的入射光损失。
2.电特性
电池的开路电压比短路电流更能表明电池内 部的复合情况； ❖ 材料的质量通常可用少子的寿命大小来判断； ❖ 一般而言，衬底掺杂浓度越低，少子的寿命 越高； ❖ 复合速率是由掺杂浓度和载流子寿命所决定。
2.表面复合
❖ 对高质量的氧化层，界面态对电子的俘获截 面要比对空穴的俘获截面大；
❖ 几乎同一时间，研究的重心从n型衬底开始转 向p型衬底，这是因为人们对太阳电池在宇宙 飞船上的应用前景越来越感兴趣，而p型衬底 具有更好的抗辐射性。到60年代初，电池的 设计已经趋向成熟，随后的十年逐步进入相 对的稳定时期。
3.传统的空间电池
❖ 空间电池设计。 ❖ 深结结构； ❖ 添加了钯的中间层； ❖ 减反膜。
4.背面场
❖ 20世纪70年代初，背面铝处理技术的优势变 得明显起来，特别是对于更薄的电池，由于 铝背场的吸杂作用，空间电池的效率相应地 提高到12.4%；
❖ 减少了背表面处的有效复合速率； ❖ 在10℃欧姆厘米的p型衬底上，采用背面场技
术可以把效率提高5%--10%。
5.“黑பைடு நூலகம்电池”
❖ 借用单晶硅晶面的各向异性，通过不同晶向 的选择性腐蚀，在（100）晶向的硅衬底上将 （111）面露出来，而显露出来的（111）面 交界便在电池表面随机形成不同尺寸的等边 类金字塔形。
❖ 在20世纪90年代后期PERL电池创下了高达 24.7%的世界纪录，并继续保持了该纪录长 达10年之久。
8.PERL电池设计
❖ 光学特征： ❖ 背面氧化层上蒸镀了一层铝之后，能形成一
个有效地反射系统； ❖ 倒金字塔和背面反射的相互结合形成了有效
地陷光结构，明显的改善电池的红外响应； ❖ 光学损失是由于电池顶端金属栅线的反射或
2.电特性
电池的开路电压比短路电流更能表明电池内 部的复合情况； ❖ 材料的质量通常可用少子的寿命大小来判断； ❖ 一般而言，衬底掺杂浓度越低，少子的寿命 越高； ❖ 复合速率是由掺杂浓度和载流子寿命所决定。
2.表面复合
❖ 对高质量的氧化层，界面态对电子的俘获截 面要比对空穴的俘获截面大；
❖ 几乎同一时间，研究的重心从n型衬底开始转 向p型衬底，这是因为人们对太阳电池在宇宙 飞船上的应用前景越来越感兴趣，而p型衬底 具有更好的抗辐射性。到60年代初，电池的 设计已经趋向成熟，随后的十年逐步进入相 对的稳定时期。
3.传统的空间电池
❖ 空间电池设计。 ❖ 深结结构； ❖ 添加了钯的中间层； ❖ 减反膜。
4.背面场
❖ 20世纪70年代初，背面铝处理技术的优势变 得明显起来，特别是对于更薄的电池，由于 铝背场的吸杂作用，空间电池的效率相应地 提高到12.4%；
❖ 减少了背表面处的有效复合速率； ❖ 在10℃欧姆厘米的p型衬底上，采用背面场技
术可以把效率提高5%--10%。
5.“黑பைடு நூலகம்电池”
❖ 借用单晶硅晶面的各向异性，通过不同晶向 的选择性腐蚀，在（100）晶向的硅衬底上将 （111）面露出来，而显露出来的（111）面 交界便在电池表面随机形成不同尺寸的等边 类金字塔形。
❖ 在20世纪90年代后期PERL电池创下了高达 24.7%的世界纪录，并继续保持了该纪录长 达10年之久。
8.PERL电池设计
❖ 光学特征： ❖ 背面氧化层上蒸镀了一层铝之后，能形成一
个有效地反射系统； ❖ 倒金字塔和背面反射的相互结合形成了有效
地陷光结构，明显的改善电池的红外响应； ❖ 光学损失是由于电池顶端金属栅线的反射或
晶体硅太阳能电池工作原理
晶体硅太阳能电池工作原理一、引言太阳能电池作为一种新型的绿色能源，具有无污染、可再生、寿命长等优点，在全球范围内得到了广泛的应用和推广。
其中晶体硅太阳能电池是目前最常见的一种，本文将详细介绍晶体硅太阳能电池的工作原理。
二、晶体硅太阳能电池的结构晶体硅太阳能电池主要由p型硅和n型硅两个半导体材料组成。
p型硅中掺入了少量的三价元素（如铝、镓等），使其带正电荷，称为空穴（hole）；n型硅中掺入了少量的五价元素（如磷、砷等），使其带负电荷，称为自由电子（free electron）。
两者相遇时会形成pn结，即p-n结。
三、光生载流子产生当光线照射在p-n结上时，光子会被吸收并激发出一个电子和一个空穴。
这个过程称为光生载流子产生。
激发出来的自由电子会向n区移动，而激发出来的空穴则会向p区移动。
四、内建电场产生当电子和空穴分别向p区和n区移动时，它们会与原有的载流子相遇并发生复合。
这个过程中，电子会填补空穴的位置，并释放出能量。
这些能量最终会被转化为内建电场。
五、光电流产生内建电场可以促使自由电子向p区移动，同时也可以促使空穴向n区移动。
这样就形成了一个光生载流子的漂移运动。
当外部连接导线时，漂移运动中的自由电子和空穴就会通过导线流回到p-n结上，形成一个光电流。
六、总结晶体硅太阳能电池的工作原理是基于光生载流子产生、内建电场产生和光电流产生三个基本过程。
当太阳光照射在p-n结上时，激发出来的自由电子和空穴分别向n区和p区移动，并在两者相遇处形成内建电场。
这个内建电场可以促使光生载流子发生漂移运动，并最终形成一个光电流输出。
第三章晶体硅太阳能电池的基本原理介绍
第三章晶体硅太阳能电池的基本原理介绍晶体硅太阳能电池是一种利用光的能量直接转换成电能的设备。
其基本原理是通过光的能量激发硅晶体中电子的运动，从而产生电流。
晶体硅太阳能电池由P-N结构组成，即P型硅和N型硅之间形成的结。
P型硅中的杂质是三价元素，如铋、铝等，它们只有三个价电子，因此形成缺电子少的材料，被称为'P型'。
而N型硅中的杂质是五价元素，如磷、锑等，它们有五个价电子，因此形成富余电子的材料，被称为'N型'。
在N型硅中，铝或锑取代硅原子形成空位，这些空位被称为施主杂质；而在P型硅中，硅原子被磷原子取代形成多余的电子，这些多余的电子被称为受主杂质。
在P-N结中，P型和N型硅的电子浓度和空穴浓度明显不同。
P型硅中由于受主杂质的存在，电子浓度远低于空穴浓度，而N型硅由于施主杂质的存在，电子浓度远高于空穴浓度。
这样会形成在P-N结表面上的电场，这个电场被称为内建电场。
当没有外加电源时，P-N结上的内建电场将阻止电子和空穴的扩散和重新组合。
当光照射到P-N结上时，光子的能量可以激发P-N结中的电子，使其通过光电效应从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
由于内建电场的存在，这些电子和空穴被分离，并沿着P型硅和N型硅的电场向相应的电极移动。
通过连接一个外部负载，由于电流的流动，可以产生电能。
晶体硅太阳能电池的效率受多种因素的影响。
首先，吸收光子的能力与材料的光吸收系数有关，材料吸收光子的能力越强，效率越高。
其次，载流子的寿命也影响着电流的流动，载流子的寿命越长，效率越高。
另外，晶体硅太阳能电池的电子结构和掺杂方式也会影响其性能。
总的来说，晶体硅太阳能电池的基本原理是利用光子激发硅晶体中的电子跃迁，通过内建电场将电子和空穴分离，从而产生电流。
不过，晶体硅太阳能电池的效率相对较低，因此近年来研发人员一直致力于开发更高效、更经济的太阳能电池技术，以实现更广泛的应用。
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（100）硅片的各向异性腐蚀导致在表面产生许多密布的表面为 （111）面的四面方锥体。形成 可通过不同途径实现表面织 构化：晶体硅可通过腐蚀晶 面的刃面来实现织构化
• 如果晶体硅表面是沿内部原 子排列的，则织构化表面类 似金字塔。商业单晶硅电池 常用的手段。
• 多晶硅效率较低的原因
① 晶粒与晶粒间存在晶界，形成复 合中心，减少自由电子数量
② 晶界的硅原子键合较差，易受紫 外线破坏而产生更多的悬挂键， 随使用时间增加，悬挂键的数目 增加，造成光电效率劣化
③ 本身杂质比单晶硅多，且多半 聚集在晶粒边界，杂质的存在 使得自由电子与空穴不易移动
9
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 结晶硅电池的结构是一个具有PN结的光电器件。包括硅衬底、PN结 结构、支构面、防反射层、导电电极与背面电极
10
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
•衬底：衬底的作用是作为太阳能电池的承载。硅太阳能电池是以硅半导 体材料为底材衬底。 •衬底的选择：一般来说,除了价格成本和来源难易外,根据不同用途,可从 以下几方面选择: 1. 导电类型 P型硅用B作为掺杂元素，制成n+/p型太阳能电池； n型硅用P（或As) 为掺杂元素，制成p+/n型太阳能电池； 两类电池性能相当，但n+/p型太阳能电池耐辐照性能优于p+/n型太阳 能电池，更适合空间应用。
• 支构面通常通过在硅表面以化学侵蚀液形成（111）面微小四面体金 字塔来构成组织构造。
• 各向异性腐蚀就是腐蚀速度随单晶主要的不同晶向而变化，一般来说， 晶面间的共价键密度越高，则该晶面族的各晶面连接越牢，也就越难 腐蚀，因此在该晶面族的垂直方向上腐蚀速度越慢。反之，越容易腐 蚀。由于（100）面的共价键密度比（111）面低，所以(100) 面腐蚀 比(111) 面快。
•硅的基本性质
原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形和晶体两种同素异形体，属
于元素周期表上IVA族的类金属元素。
14Si
晶体硅为钢灰色，密度2.4 g／cm3，熔点1420℃，沸点2355℃，晶体硅属 于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。
硅
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
•硅的基本性质 常温下，只与强碱、氟化氢、氟气反应
触电阻会变大从而增加串联电阻 ③ 若N+与P层的掺杂量大，与电极的接触电阻会变小从而降低串联电阻
值，但表面再结合速率会变大
14
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 支构面
支构面的作用是通过光的散射与多重反射，提供更长的光路径。因此， 光子的吸收数目可以增多，以提供更多的电子-空穴对。
15
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 另一种形式的织构化：倒金 字塔。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 对于多晶硅来说，不能采用上述两种形式的织构化，因为多晶硅表面 不是完整的<111>晶面。
• 但可采取照相平版印刷、用激光机械雕刻前表面等方式实现织构化 （下图为照相平版印刷织构化多晶硅表面）：
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
晶体硅太阳能电池结构及原理
3. 结晶硅太阳能电池结构与原理
2
本章主要内容与学习目标
•本章介绍典型晶体硅太阳能电池的结构及其原理。通过学习本章，学生 应了解以下内容：
1. 晶硅太阳能电池结构及其原理。 2. 晶硅太阳能电池高效结构设计及其原理。 3. 晶体硅高效率硅太阳能电池的发展。
3
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
11
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 一般是P型衬底。P型衬底中的少数载流子电子的扩散系数与扩散距 离比N型中的少数载流子空穴要长，使用P型衬底可以得到较佳的光 电流
2.电阻率 由原理可知，开路电压随着
硅基板电阻率的下降（掺杂浓 度的提高）而增加。
12
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
3. 晶向、位错、寿命 一般要求单晶沿（111）晶向生长，切割下的硅片表面与（111）单晶
轻掺杂 掺杂浓度为1017 cm-3
中度掺杂 掺杂浓度为1017～1019 cm-3
重掺杂 掺杂浓度大于1019 cm-3
3.1.1 结晶硅太阳能电池的种类
•结晶硅太阳能电池可以分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池
•单晶硅太阳能电池
一般来说一个电池的输出电压为0.5V左右，最大输出功率与有效面积有关，一个 效率为15%的电池输出功率为1.5W左右， 为满足需要，把很多电池并联或串联在 一起，形成模组，若想得到更大效率输出，则需要阵列。
①Si+2F2=SiF4 ②Si+4HF=SiF4 ↑+2H2↑ ③Si+ 2NaOH + H2O = Na2SiO3 +2H2↑ 高温下，较活泼
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
• 晶硅为间接带隙结构 • 温度T=300 K，Eg=1.12 eV • 本征载流子浓度：
ni 1.071010cm3
平行。除了某些特殊情况外，晶向要求不十分严格。制成绒面太阳能电 池需要晶向为（100）的单晶硅片，在不要求太阳电池有很高转换效率的 场合下，位错密度和少子寿命不做严格要求。 4. 形状、尺寸、厚度
空间应用的硅太阳电池都为方形，以减少组合方阵的表面积。随着工 艺的进步，向大面积、薄厚度、高效率方向发展，目前标准的电池尺寸 是2x2cm2或2x4cm2等，基板厚度约为0.2mm.
7
3.1.1 结晶硅太阳能电池的种类
单晶硅太阳能电池特点： ① 完整的结晶，易得到高效率 ② 不容易产生光致衰退 ③ 发电特性稳定，约有20年的耐久性 ④ 硅原料丰富 ⑤ 承受应力强
8
3.1.1 结晶硅太阳能电池的种类
• 多晶硅太阳能电池
• 多晶硅太阳能电池的效率为13～ 16%，是目前市场上最主流的产 品
13
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• PN结结构
N+/P结的作用是形成一个最简单的半导体器件。在光照条件下，电 子/空穴的形成与移动与该N+/P结的特性有极大关系。
N+与P层的掺杂量是很重要的器件设计参数，因为 ① N+与P层的掺杂量会决定耗尽层的大小及其电场强度 ② 若N+与P层的掺杂量小，则表面再结合速率可以减小，但与电极的接
• 如果晶体硅表面是沿内部原 子排列的，则织构化表面类 似金字塔。商业单晶硅电池 常用的手段。
• 多晶硅效率较低的原因
① 晶粒与晶粒间存在晶界，形成复 合中心，减少自由电子数量
② 晶界的硅原子键合较差，易受紫 外线破坏而产生更多的悬挂键， 随使用时间增加，悬挂键的数目 增加，造成光电效率劣化
③ 本身杂质比单晶硅多，且多半 聚集在晶粒边界，杂质的存在 使得自由电子与空穴不易移动
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 结晶硅电池的结构是一个具有PN结的光电器件。包括硅衬底、PN结 结构、支构面、防反射层、导电电极与背面电极
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
•衬底：衬底的作用是作为太阳能电池的承载。硅太阳能电池是以硅半导 体材料为底材衬底。 •衬底的选择：一般来说,除了价格成本和来源难易外,根据不同用途,可从 以下几方面选择: 1. 导电类型 P型硅用B作为掺杂元素，制成n+/p型太阳能电池； n型硅用P（或As) 为掺杂元素，制成p+/n型太阳能电池； 两类电池性能相当，但n+/p型太阳能电池耐辐照性能优于p+/n型太阳 能电池，更适合空间应用。
• 支构面通常通过在硅表面以化学侵蚀液形成（111）面微小四面体金 字塔来构成组织构造。
• 各向异性腐蚀就是腐蚀速度随单晶主要的不同晶向而变化，一般来说， 晶面间的共价键密度越高，则该晶面族的各晶面连接越牢，也就越难 腐蚀，因此在该晶面族的垂直方向上腐蚀速度越慢。反之，越容易腐 蚀。由于（100）面的共价键密度比（111）面低，所以(100) 面腐蚀 比(111) 面快。
•硅的基本性质
原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形和晶体两种同素异形体，属
于元素周期表上IVA族的类金属元素。
14Si
晶体硅为钢灰色，密度2.4 g／cm3，熔点1420℃，沸点2355℃，晶体硅属 于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。
硅
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
•硅的基本性质 常温下，只与强碱、氟化氢、氟气反应
触电阻会变大从而增加串联电阻 ③ 若N+与P层的掺杂量大，与电极的接触电阻会变小从而降低串联电阻
值，但表面再结合速率会变大
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 支构面
支构面的作用是通过光的散射与多重反射，提供更长的光路径。因此， 光子的吸收数目可以增多，以提供更多的电子-空穴对。
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 另一种形式的织构化：倒金 字塔。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 对于多晶硅来说，不能采用上述两种形式的织构化，因为多晶硅表面 不是完整的<111>晶面。
• 但可采取照相平版印刷、用激光机械雕刻前表面等方式实现织构化 （下图为照相平版印刷织构化多晶硅表面）：
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
晶体硅太阳能电池结构及原理
3. 结晶硅太阳能电池结构与原理
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本章主要内容与学习目标
•本章介绍典型晶体硅太阳能电池的结构及其原理。通过学习本章，学生 应了解以下内容：
1. 晶硅太阳能电池结构及其原理。 2. 晶硅太阳能电池高效结构设计及其原理。 3. 晶体硅高效率硅太阳能电池的发展。
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3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 一般是P型衬底。P型衬底中的少数载流子电子的扩散系数与扩散距 离比N型中的少数载流子空穴要长，使用P型衬底可以得到较佳的光 电流
2.电阻率 由原理可知，开路电压随着
硅基板电阻率的下降（掺杂浓 度的提高）而增加。
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
3. 晶向、位错、寿命 一般要求单晶沿（111）晶向生长，切割下的硅片表面与（111）单晶
轻掺杂 掺杂浓度为1017 cm-3
中度掺杂 掺杂浓度为1017～1019 cm-3
重掺杂 掺杂浓度大于1019 cm-3
3.1.1 结晶硅太阳能电池的种类
•结晶硅太阳能电池可以分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池
•单晶硅太阳能电池
一般来说一个电池的输出电压为0.5V左右，最大输出功率与有效面积有关，一个 效率为15%的电池输出功率为1.5W左右， 为满足需要，把很多电池并联或串联在 一起，形成模组，若想得到更大效率输出，则需要阵列。
①Si+2F2=SiF4 ②Si+4HF=SiF4 ↑+2H2↑ ③Si+ 2NaOH + H2O = Na2SiO3 +2H2↑ 高温下，较活泼
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
• 晶硅为间接带隙结构 • 温度T=300 K，Eg=1.12 eV • 本征载流子浓度：
ni 1.071010cm3
平行。除了某些特殊情况外，晶向要求不十分严格。制成绒面太阳能电 池需要晶向为（100）的单晶硅片，在不要求太阳电池有很高转换效率的 场合下，位错密度和少子寿命不做严格要求。 4. 形状、尺寸、厚度
空间应用的硅太阳电池都为方形，以减少组合方阵的表面积。随着工 艺的进步，向大面积、薄厚度、高效率方向发展，目前标准的电池尺寸 是2x2cm2或2x4cm2等，基板厚度约为0.2mm.
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3.1.1 结晶硅太阳能电池的种类
单晶硅太阳能电池特点： ① 完整的结晶，易得到高效率 ② 不容易产生光致衰退 ③ 发电特性稳定，约有20年的耐久性 ④ 硅原料丰富 ⑤ 承受应力强
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3.1.1 结晶硅太阳能电池的种类
• 多晶硅太阳能电池
• 多晶硅太阳能电池的效率为13～ 16%，是目前市场上最主流的产 品
13
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• PN结结构
N+/P结的作用是形成一个最简单的半导体器件。在光照条件下，电 子/空穴的形成与移动与该N+/P结的特性有极大关系。
N+与P层的掺杂量是很重要的器件设计参数，因为 ① N+与P层的掺杂量会决定耗尽层的大小及其电场强度 ② 若N+与P层的掺杂量小，则表面再结合速率可以减小，但与电极的接