太阳能电池材料试题复习

复习大纲

1. 铝背场的作用：

①减少少数载流子在背面复合的概率；

②作为背面的金属电极；

③提高电池的开路电压；

④提高太阳电池的收集效率；

⑤降低电池的反向饱和暗电流和背表面复合速率；

⑥制作良好的欧姆接触。

2. 简述晶体硅的制备工艺过程

答：晶体硅太阳电池的制备工艺：p型硅片-清洗制绒-扩散制结（p-n结）-去周边层-去PSG（磷硅玻璃）-镀减反射膜-印刷电极-高温烧结-检测-分选-入库包装。

3.太阳能的利用形式：光化学转化、太阳能光热转化和太阳能光电转化。

4.太阳能电池理论效率最高为75% 。

5.太阳常数：是指大气层外垂直于太阳光线的平面上，单位时间、单位面积内所接受的太阳能辐射。也就是说，在日地平均距离的条件下，在地球大气上界，垂直于光线1Ｃ㎡的面积上，在１分内所接受的太阳能辐射能量；为（１３６７＋｜－７）Ｗ/㎡。６．太阳能能量转换方式主要分为光化学转化、太阳能光热转化和太阳能光电转化三种方式。

７．P-N结的形成原理。

答：⑴Ｐ型和Ｎ型半导体都呈电中性；

⑵Ｐ型半导体的多子是空穴；Ｎ型半导体的多子是电子；

⑶当Ｐ型半导体与Ｎ型半导体连接在一起时，由于ＰＮ结中不同区域的载流子分布存在浓度梯度，Ｐ型半导体材料中过剩的空穴通过扩散作用流动至Ｎ型半导体材料；同理，Ｎ型半导体材料中过剩的电子通过扩散作用流动至Ｐ型半导体材料。电子或空穴离开杂质原子后，该固定在晶格内的杂质原子被电离，因此在结区周围建立起了一个电场，以阻止电子或空穴的上述扩散流动，该电场所在的区域及耗尽区或者空间电荷区，故而称为ＰＮ结。如图所示：

在交界面，由于扩散运动，经过复合,出现空间电荷区。

８．P-N结半导体光生伏特效应的原理。

答：在半导体被光照射、产生光传导现象时，如果由光产生的载

流子在不同位置具有不均一性，或者由于PN结产生了内部载流子的话，就因扩散或者漂移效应而引起电子和空穴密度分布不平衡，从而产生电力，这一现象称为光生伏特效应（photovoltaic effect）.

9.太阳能电池的主要参数是短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率。

10. 太阳能电池的寄生电阻是指串联电阻Rs和并联电阻Rsh；（1）串联电阻Rs主要包括半导体内部的体电阻、电极用的金属与半导体表面层之间的接触电阻、电极用的金属本身的电阻和器件内部及外部线路互相连接的引线接触电阻；

⑵并联电阻Rsh主要包括来自非理想的PN结和PN结附近的杂质，会引起PN结部分短路，特别是太阳能电池的边缘部分漏电现象，会使Rsh值减小。

11.简述制绒的定义、目的、原理、作用以及工艺流程；

答：1.制绒的定义：制绒是利用硅的各向异性腐蚀的特性在表面刻出类似于金字塔（单晶硅sc-si)或者是蜂窝状（多晶硅mc-si)的结构。

• 2. 目的：为了在硅片上获得绒面结构，利用陷光原理，增加光透性，减少光的反射，提高ISC;增加光的吸收率，去

除损伤层，增加PN结面积（PN结厚，VOC增加，Eg宽）。

• 3.原理：陷光原理。

• 4.绒面的作用：①减少了太阳光的反射；②增加太阳光

在硅片内部的有效运动长度，就是增加了被吸收的机会。

5. 工艺流程：（1）即先采用较高浓度的碱（NaoH or KoH）在高温条件下对单晶硅片进行短时间“粗抛”以去除硅片在线切割过程中形成的切割损伤。

（2）漂洗（去离子水、超声波）

（3）再用低浓度的碱（NaoH or KoH）和异丙醇（IPA：其作用是降低硅片表面张力，较少气泡在硅片表面的粘附，是硅片的金字塔更加均匀一致）的混合溶液对(100)晶面的方向的单晶硅片较长时间的各向异性腐蚀，这样可以在硅片表面形成类“金字塔”状的绒面，有效地增强了硅片表面对入射光的吸收，从而提高光生电流密度Jsc。

（4）HF清洗

（5）HCL清洗

12.简述碱制绒、酸制绒的原理；

答：Ⅰ.碱性制绒原理：

• 1.适用范围：单晶硅SC-Si；

• 2.组份：NaoH or KoH;

• 3.反应式：2NaoH+H2o+Si=Na2Sio3+2H2 or

2KoH+H2o+Si=K2Sio3+2H2

Ⅱ.酸性制绒原理：

• 2.组份：HNO3 or HF

• 1.适用范围：多晶硅

• 3.反应式：

Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O

SiO2+4HF=SiF4+2H2O

SiF4+2HF=H2[SiF6]

13.简述表面织构化；

•答：晶体硅在进行切片时，是硅片表面留下一层10-20um 的损伤层，而在太阳电池制备时首先要利用化学腐蚀去除损伤层，然后制备表面绒面机构，若选择择优化学腐蚀剂就可以在硅片表面形成倒金字塔结构，称为绒面结构，又称表面织构化。

14. PN结的十一种叫法，分别是电子-空穴结、复合层|区、阻挡层、结电容、高阻区、耗尽层|区、空间电荷层|区、势垒电场、内|自电场区。

15. Rsh叫内部并联电阻，分流电阻，泄露电阻，旁漏电阻

16. 三氯氧磷扩散的原理：POCL3高温下，分解成PCL5，PCL5进一步分解成P2O5，并放出CL2，P2O5淀积在硅片表面与硅反应生成SIO2和磷原子，并在表面形成一层磷硅玻璃，然后磷原子再向硅中扩散，形成N型。

17．丝网印刷的工艺三步骤：背Ag,背Al,正Ag。

18. 磷扩散的工艺：气态磷扩散、固态磷扩散和液态磷扩散等形式。

19. 减反射膜的基本原理：利用光在减反射膜上、下表面反射所

产生的光程差，使得两束反射光干涉想消，从而减弱反射，增加透射。

20. 减反射层薄膜材料要求：①透光性好②对光吸收系数③良好的耐化学腐蚀性④良好的硅片粘结性⑤良好的导电性能21．在实际晶体硅太阳电池工艺中，常用的减反射层材料有TiO2、SnO2、SiO2、SiNx、ITO（纳米铟锡金属氧化物）和MgF2等，其厚度一般在60-100nm左右。.

22. 常用的减反射膜制备方法：①化学气相沉积（CVD）②等离子化学气相沉积（PECVD）③喷涂热解④溅射⑤蒸发

23. 硅材料的禁带宽度Eg= 间接带隙材料

锗材料的禁带宽度Eg= 间接带隙材料

磷化铟材料的禁带宽度Eg=直接带隙材料

砷化镓材料的禁带宽度Eg=直接带隙材料

锑化镉材料的禁带宽度Eg=直接带隙材料

硫化镉材料的禁带宽度Eg=直接带隙材料

铜铟镓锡材料的禁带宽度Eg=直接带隙材料

铜铟镓硫材料的禁带宽度Eg=直接带隙材料

24硅材料有多种晶体形式，包括单晶硅、多晶硅和非晶硅

25.单晶硅熔炼方法包括区熔单晶硅FZ和直拉单晶硅ＣＺ。

26. 单晶硅片的一般制作流程：高纯多晶硅原料熔化

→种晶→缩颈→放肩→等径→收尾→圆柱状单晶硅→切断、滚圆、切片、化学清洗→单晶硅片。