太阳能电池材料期末复习题

太阳能电池材料期末复习题填空题1.波长为400nm的光的光子的能量是1.24/0.4 ev。

2.能量单位“电子伏”和“焦耳”的关系是1ev＝1.602×10－19 J。

3.℃是摄氏温标，K是开氏温标，0℃相当于273K，那么室温25度用开氏表示为298K。

4.半导体加上外电压时，半导体内部出现两种电流，它们分别是电子电流和空穴电流。

5.掺杂半导体中的少数载流子是本征激发形成的。

6.掺杂半导体中的多数载流子数量与掺杂浓度有关。

7.掺杂浓度增大时，少子的数量减少。

8.半导体一般分为直接能隙半导体和间接能隙半导体，我们使用的Si是一种间接能隙半导体。

9.半导体中载流子的产生与符合是一个动态的过程，而且从材料表面到内部都有这种过程存在，其中体符合又分为直接符合和间接符合两类。

10.阳光照射在电池表面时，在表层就被吸收的光是：（A蓝光B红光）11.整顿的三要素是场所、方法、标识。

12.欧姆定律描述了电路中电压、电流和负载的关系，用公式表示为I＝U/R，由此可以知道，当电源电压一定时，负载电阻越大，电路的电流越小。

13.功率的单位是瓦特。

14.扩散是因为浓度不同而引起的载流子的运动，浓度梯度越大扩散越快；迁移是载流子在电场作用下朝特定方向移动；其他条件不变，随着掺杂浓度的提高，扩散和迁移都会变慢。

15.我们在开始制造太阳能电池前都会先测量硅片的电阻率，是因为电阻率可以反应出硅片的掺杂水平、电子或空穴的迁移率及扩散系数。

16.PN结的内建电场是从N区指向P区。

17.耗尽层的厚度与掺杂浓度有直接联系，掺杂浓度越大，所形成的耗尽层越薄。

18.在PN结两端加反向电压会使耗尽层变宽，器件中只有微小的反向电流通过，器件处于截止状态，在PN结两端加正向电压会使耗尽层变窄，器件中有很大电流通过，器件处于导通状态。

19.写出肖克莱方程（电池暗特性方程）I F＝I0(e qv/kt－1)。

其中I0是反向饱和电流。

20.去损过程发生的化学反应方程式是（配平后）：Si + 2 NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2 H2↑21.沉积氮化硅的过程发生的化学反应方程式是：3SiH4 + 4NH3 = Si3N4 +12 H222.写出SiO2和HF酸发生的化学反应方程式：SiO2+6HF = H2[SiF6]+2H2O23.PN结电容效应包含了势垒电容和扩散电容，前者是由空间电荷区的离子薄层形成的。

24.P型硅为基体的太阳电池，未导通的情况下，其光生电压的方向是P→N。

25.量子效率QE是真正被收集的载流子数目与给定能量的入射光子数目的比值。

26.导致收集几率和量子效率降低的共同的机制是复合。

27.在稳定的光照下，太阳电池开路时，电子e “集结” n边，空穴h ”集结“ p边，此时电池两极之间的电压便是太阳电池的开路电压V oc。

28.电池开路且有稳定光照时，正向结电流I F和光电流I L大小相等，方向相反。

光电流的方向是n→p。

29.电池短路且有稳定光照时，光生电流得以全部流出，此时的光电流就是太阳电池的短路电流Isc 。

30.电池外接负载时，设光电流为I L ，正向结电流为I F ，则流过负载的电流Im = I L – I F 。

31.有稳定光照时，太阳电池的光电流I L 是一个常量，而正向结电流I F 会随着负载的压降变化。

32.开路电压Voc 决定于光的吸收、注入、载流子的收集。

33.掺杂浓度过低或过高都不能得到较好的开路电压，一般我们选取电阻率在0.5-3之间的基片。

34.除了入射光的强度会影响短路电流大小以外，入射光的光谱分布也直接决定了短路电流的大小。

35.电流密度Jsc 是指单位面积上的电流强度。

36.太阳电池特征电阻R CH ＝Vmp/Imp ＝Voc/Isc 。

37.影响金属电极和硅之间的接触电阻最直接的工艺是烧结工艺。

38. 开路电压和短路电流两个参数中对温度比较敏感的是开路电压，温度每升高一度，它会降低约2.2mv 。

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=电子扩散电流+空穴扩散电流。

方向p 指向n 。

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。

漂移运动产生的电流叫做漂移电流。

漂移电流=空穴漂移电流+电子漂移电流。

方向与扩散电流方向相反。

3.PN 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。

答：接触电势是PN 结空间电荷区两端的电势差Vo 。

表达式：)*ln(20in Na Nd q KT v 影响因素：1.与n 区和p 区中净摻杂浓度有关（Nd,Na ）有关，摻杂浓度越大，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 ），在同样摻杂浓度下，其Vo 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V o 变为（V o-V ）；势垒高度减小，由eV0变为e （V o-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 。

5.PN 结反向电压—电流特性；反向饱和电流及方向；PN 结的电压—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ev0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Ii 。

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If 。

)exp(Io kTqVph Io If -= ；Io 是反向饱和电流。

光照后流过负载的电流：)]exp([Io kT qVph Io Ii If Ii I --=-= 太阳电池的开路电压：将PN 结开路，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。

)1ln(+=IoIi q kT Voc ； 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。

Ii Isc =；输出功率及其最大输出功率：VmPm If Ii Vph Vph I P Im*)(*=-==；光电转换效率：PinPm =η；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。

2.异质结光伏电池：在不同禁带宽度的两种半导体材料组成，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.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）2.非硅电池：主要有Cds. GaInSe, GaInS ….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率。

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.用NaCO3（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p+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。