太阳能电池材料期末复习题

太阳能电池材料期末复习题

1. 半导体太阳能光伏电池工作原理的四个基本过程。答：第一，必须有光照射，可以是单色光，太阳光和模拟光源。第二，光子源注入到半导体内后，产生电子- 空穴对，且电子- 空穴对具有足够的寿命。

第三，利用PN结，将电子-空穴对分离，分别集中于两端。第四，被分离的电子和空穴，经由电极收集，运输到电池体外，形成电流。

2. 空间电荷区，内建电场及方向；漂移电流和扩散电流及其方向。答：空间电荷区：扩散结果：n 区出现正电荷区，p 区出现负电荷区，则交界面的两侧的正，负电荷区，总称为空间电荷区。

内建电场：由于空间电荷区正负电荷相互吸引，形成一个称为势垒电场的内建电场，带正电荷的n区指向带负电荷的p区。

扩散电流：当两种不同型号半导体连接起来，在交界处产生载流子扩散。由n 型半导体与p 型半导体交界处两侧不同型号载流子（多数载流子）浓度差引起的载流子扩散产生的电流。扩散电流二电子扩散电流+空穴扩散电流。方向p指向n0 漂移电流：内建电场的形成对多数载流子扩散运动起阻挡运动的作用。载流子在内建电场中的运动叫做漂移电流0漂移运动产生的电流叫做漂移电流0漂移电流=空穴漂移电流+电子漂移电流0方向与扩散电流方向相反0 结两端接触电势及其表达方式；接触电势与电池的开路电压有关，说明影响太阳电池开路电压的因素0

答：接触电势是PN结空间电荷区两端的电势差Va

表达式：影响因素：1.与n区和p区中净掺杂浓度有关（Nd,Na）有关，掺杂浓度越大，V0 越大即太阳电池的开路电压Voc 越大。

2. 与半导体材料种类有关，不同半导体有不同的本征载流子浓度（ni ），在同样掺杂浓度下，其V不同即Voc不同。

3. 温度T 有关温度愈高ni 愈大，Vo 愈小，所以随环境温度增高，太阳电池Voc 成指数下降。

4. 了解PN 结正向电压—电流特性；多子与少子；非平衡少数载流子注入；正向电流（电池的暗电流）及方向。

答：特性：势垒区中的电场减小，由Vo变为（Vo-V）;势垒高度减小，由eV0变为

e（Vo-V）；

势垒区宽度w减小。

出现非平衡载流子注入：载流子扩散电流大于漂移电流。n 区中电子不断扩散到p 区，p区中空穴不断扩散到n区，这种注入载流子的，为非平衡少子。

正向电流：对PN结施加正向偏压V后，扩散电流大于漂移电流，导致非平衡少子注入而产生的电流。方向由p指向n。

结反向电压一电流特性；反向饱和电流及方向；PN结的电压一电流特性。

答：特性：势垒区中的电场减小，由Vo变为（Vo+V）;势垒高度减小，由evO变为

e（Vo+V）；

势垒区宽度w增大。

反向饱和电流：是一个数值很小，且不随反向电压V变化而变化的电流。由n指向

p。

PN结的电压-电流特性：加上外加电压后，pn结上流过的电流。

6．光伏电池工作原理；光生电流及方向；光生电压及方向；光照后流过负载的电

流；太阳电池的开路电压；短路电流；输出功率及最大输出功率；光电转换效率。

答：工作原理：利用光激发的少子通过PN结而发电。

光生电流及其方向：在内建电场的作用下，P 型半导体中的光照产生的电子将流向

N型半导体，而N型半导体中的额空穴将流向P型半导体，形成光生电流li。由n 指向p。光生电压及其方向：光生电流出现导致光生电场Vph形成。由p指向n,与内建电

场方向相反。

光照后流过PN 结的电流：光照后，导致载流子扩散产生的电流大于漂移产生的电流，从而产生净的正向电流lf 。

；lo 是反向饱和电流。

光照后流过负载的电流：

太阳电池的幵路电压：将PN结幵路，将负载电阻无穷大，负载上的电流为零，I为零时的电压为开路电压。

短路电流：负载电阻R,光生电压Vph和光照时流过PN结上的正向电压If均为零时的电流。

输出功率及其最大输出功率：

光电转换效率：

7. 了解按电池结构和材料分类的太阳电池种类。

答：按电池结构分：1. 同质结光伏电池：相同的半导体材料，含有不同的导电型号杂质，构成一个或多个PN结

异质结光伏电池：在不同禁带宽度的两种半导体材料组成，

叠层电池：将两种对光波吸收能力不同的半导体材料叠置在

一起构成的电池，目的是最大限度吸收不同波长的光，提高太阳电池的光电转换

效 率。

按电池材料分： 1. 硅电池：包括单晶硅，多晶硅，非晶硅（制造成本依次下降，光 电转换效率依次下降）

非硅电池：主要有 Cds. GalnSe, GalnS …. 3 ．有机电池 : 有机高分子材料组成的电池。

8. 硅晶体电池的基本结构及制造工艺流程。

答：硅晶片加工（切片），化学腐蚀，制PN 结，铝背场制备，制上下电极，制减反 射薄膜。

结构略。 9．绒面结构及作用；单晶硅片和多晶硅片表面制作绒面结构所用的腐蚀剂及提

高 绒面结构质量采用的措施。

答：绒面结构： <100>晶向的硅单晶 , 经腐蚀后表面会形成 （在显微镜下看到 ） 像“金 字塔”形状高低不平的表面。

作用: 减少电池表面的光反射，大大提高对光的吸收率，最大限度提高光电转换效

腐蚀剂：单晶硅使用 NaOH 水溶液或KOH 水溶液；多晶硅使用 HF 混合液。

提高绒面结构质量采用的措施：1.在NaOH 水溶液中加入少量异丙醇。

2. 接触的界面组成 PN 结

3.

肖特基电池：用介质和半导体组成一个肖特基结电池（又称 MIS 电池）

4. 薄膜电池：由非导体的基底上淀积一层薄膜半导体材料组成 的电池

5. 2.

2. 用NaCO（K2CO3或磷酸钠液对单晶硅片进行结

构处理。

10. 金属电极作用；对金属电极的要求；金属电极的丝网印刷制作工艺。答：作用：收集电极（少数载流子）收集光生电流，然后引导到负载。要求：1. 与硅片形成良好的欧姆接触。

2. 电极线宽要越细越好。（提高光电转换效率）制作工艺：按设计好的电极图形的模板，用丝网印刷法将导体浆料（用超细银粉与有机溶剂调成浆料），印制在电池表面，然后在适当的温度下烧结，使有机溶液挥发，而金属颗粒（Ag）与硅片紧紧的粘附，形成（Ag）与硅的合晶。

11. 铝背电场结构；合金化作用；铝背电场结构的作用，并解释为何会产生这样的

作用。

答：铝背场结构：在pn 结制备完后，在硅片背面淀积一层铝膜，经合金化高温处

理后，在硅片内形成卩+层（高浓度p型杂质层），在硅片背侧面产生了内建电场（BSF）。

合金化作用：1. AL原子进入硅片内，形成一层高浓度的p+层形成BSF结构。

2. 使Al 膜紧紧的黏在硅片的表面，形成背电极。

铝背场结构的作用：1. 能提高电池的光电转换效率

原因：由于P+层存在，在电池背面形成一个P+/p结，从而产生一个内建电场，由

于这个电场的方向与电池端电压方向相反，阻止了光生电压少数载流子向P+层扩散,

由此减少了少子在背面的复合几率，提高了电子的收集效率，即提高了光生电流，同时提高了电池的开路电压，提高了光电转换效率。

2. 可做电池背面的金属电极

12．减反射减少光反射的原理；减反射层减少光反射的光学条件；并懂得由此条件

选择减反射膜材料及膜厚。（在题中计算题，且用到半导体本征吸收限入0的概念）答：原理：利用光在减反射膜的上下表面反射所产生的光程差，使两束反射光干涉相消，从而