光电转换材料PPT

制绒原理
• 制绒作用：减少反射，增强对太阳光 的吸收。 • 制绒原理：碱对单晶硅有各向异性腐 蚀特性，即在硅的不同的晶向上，碱 的腐蚀速度不一致，把单晶硅片腐蚀 成具有金字塔形表面的硅片。铬酸等 对多晶硅有缺陷腐蚀特性，把多晶腐 蚀成具有很多凹坑表面的硅片。
制绒原理
单晶硅制绒化学方程式：
CH 3CH 3CH 2OH Si 2 NaOH H 2O Na 2 SiO 3 2 H 2 80C
太阳能电池材料的制备
• • • • 多晶硅材料的制备 单晶硅材料的制备 非晶硅材料的制备 太阳能电池的制备
多晶硅材料的制备
• 当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶 核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向 不同的晶粒，则形成多晶硅。 1）碳还原法 在电弧中，利用纯度在99%以上的石英砂和焦炭或木炭在2000℃左右进行还 原反应，可生成多晶硅。
定义 当光照射到材料上，光被材料吸收产生发射电子的现象称 为光电子发射现象，具有这种现象的材料称为光电子发射材料。 分类 (1) 正电子亲和阴极材料如：单碱-锑、多碱-锑等 (2) 负电子亲和阴极材料 如：硅、磷化管、光电倍增管、高灵敏电视摄 像管 (2)半导体负电子亲和势光阴极：变像管夜视仪，可在特殊气候条 件下照常工作（如无月光、无星光、有云、有雾的气候条件）
光电导材料
定义 受光照射电导急剧上升的现象被称为光电导现象，具有此 现象的材料叫光电导材料。 分类
(1) 光电导半导体 如：单体（锗、硅），氧化物，镉化物，铅化物等 (2) 光电导陶瓷 如：CdS陶瓷等 (3) 有机高分子光导体 如：聚氮乙烯基咔唑和2，4，7-三硝基芴酮组成的 传奇络合物（CT）
SiO2 3C SiC 2CO
2SiC SiO2 3Si 2CO
2）三氯氢硅氢还原法 3）硅烷热分解法 4）四氯化硅氢还原法
SiHCl3 H 2 Si 3HCl
SiH4 Si 2H 2
SiCl4+2H2=Si+4HCl
单晶硅的制备
• 1）区域熔炼法 以高纯多晶硅为原料，制成棒状，并将多晶 硅棒垂直固定，在多晶硅棒的下端放置具有一定 晶相的单晶硅，作为单晶生长的的籽晶，其晶相 一般为<111>或<100>，然后在真空或惰性气体 下，利用高频感应线圈加热多晶棒，使多晶硅棒 部分区域形成熔区，并依靠熔区的表面张力保持 多晶硅棒的平衡和晶体生长的顺利进行。晶体生 长首先从多晶硅棒和籽晶的结合处开始，多晶硅 棒和籽晶以一定的速度做相反方向的运动，熔区 从下端沿着多晶硅棒缓慢向上端移动，使多晶硅 逐步转变为单晶硅。
单晶硅的制备
• 2）直拉法
非晶硅的制备
• 1）等离子化学气相沉积法
该法主要是采用H2稀释的硅烷气体的热分解，硅烷分解生成硅原子， 沉积在衬底材料上形成非晶硅薄膜。
SiH4 Si 2H 2
太阳能电池的制备
硅片切割-- 去除损伤层--制绒－扩散－刻蚀 －PECVD沉积减反射层 －丝网印刷上下电极 －烧结形成金属接触－分类检测－包装
掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个 电子变得非常活跃，形成P型半导体。黄色的为磷原子核， 红色的为多余的电子。
太阳能电池原理
• N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型 半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。（如下图）
当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动， 从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。
扩散原理
扩散效果：
5POCL 3 5O 2
>800℃条件下
P型硅
磷硅玻璃 (PSG) N型硅
干法刻蚀原理
太阳能电池原理
• 太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下：
图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。
当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着 一个空穴，它的形成可以参照下图：
图中，黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个 电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为 没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成N型 半导体
应用
(1)光探测器中的光敏感器件及半导体光电二极管 (2)光敏晶体三极管 如：CdS
(3) 高阻抗元件 如：铜掺杂到CdS
光电动势材料
定义
在光照下，半导体p-n结的两端产生电位差的现象称为光生 伏特效应，具有此效应的材料称为光电动势材料。其最主要的 应用为太阳能电池。
分类 (1) 硅太阳能电池 其包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳 能电池、非晶硅太阳能电池 (2) 薄膜太阳能电池 (3) 陶瓷太阳能电池 (4) 金属-氧化物-半导体（MOS）太阳能电池 (5) p-n异质结太阳能电池 (6) 燃料敏化太阳能电池
多晶硅制绒化学方程式：
Si CrO3 SiO2 CrO
21C 1C
制绒原理
刻蚀效果：
放大效果
P型硅
扩散原理
• 扩散作用：在硅片表面形成PN结。 • 扩散原理：在P型半导体表面掺杂五价磷原 子，在表面形成一层0.5微米左右的N型层。 • 扩散化学方程式：
600C 5POCL3 3PCL5 P 2O5 800C 4 PCL5 5O 2 2 P 2O5 10CL 2 800 C 2 P 2O5 5Si 5SiO2 4 P
主要内容
• 光电材料的定义和分类 • 太阳能电池的原理 • 太阳能电池的制备方法
光电材料的定义和分类
光电材料的定义
光电材料是能把光能转变为电能的一类能量 转换功能材料。
光电材料分类
(1)光电子发射材料 (2)光电导材料 (3) 光电动势材料
-------周馨我，功能材料学，69-77
光电子发射材料