【课件】晶体硅电池制作过程PPT
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5
电池（cell）；模组（module）；阵列（array）
6
在一把的太阳电池应用系统上，还包括蓄电池（storage battery）、功率调节器（power conditioner）和安装固 定结构（mounting structures）等周边设施，统称为平衡 系统（balance of system）。
晶体硅\多晶硅太阳电池
目前的商业化太阳电池中，晶体硅占九成以上。 随着其它不同材料的太阳电池应用，晶体硅的使 用比例会略减，但它在未来仍然会是太阳电池的 主流。
原因之一是随着半导体工业的发展，晶体硅的技 术成熟度高，间接地降低了生产成本。
1
最早的晶体硅太阳电池是使用P型的CZ硅单晶做基板， 随着价格较低的多晶硅片出现，多晶硅太阳电池已成 为占有率最高的主流技术。但多晶硅太阳电池的效率 低于单晶硅太阳电池，所以，从单位成本的发电效率 （Watt per dollar）来看，两者实际上非常接近。
晶体硅基板的厚度也会影响太阳电池的效率。
12
晶体硅基板的厚度与太阳电池效率的关系 （Ld为扩散长度）
13
2 表面结构粗糙化（Texturing）
由于硅具有很高的反射系数（reflection index），它 对太阳光的反射程度在长波区域（~1100nm）可达 到54%，在短波长区域（~400nm），可达到34%。 因此将晶体硅基板表面做粗糙化处理的目的，在于降 低太阳光自表面反射损失的几率，进而提高电池的效 率。
随材料和制造技术不同，太阳电池的架构会有不同变化， 但最基本的结构可分为基板、PN二极管、抗反射层、 表面粗糙结构化和金属电极等五个主要部分。
7
基本的晶体硅太阳电池结构
8
为达到最佳的转换效率，主要考虑的因素有： 减低太阳光的表面反射； 减低任何形式的载流子再结合(carrier recombination)； 金属电极接触最优化。
此外，利用氢气钝化处理（passivation），也是提高 能量转换效率的有效方法。
11
最常用的晶体硅基板，是P型掺杂，即添加硼(Boron)。 当然，N型晶体硅也可以被用来当作基板，只不过现有 的太阳电池技术大多采用P型硅而设计。
使用电阻率较低的晶体硅基板，会降低太阳电池的串联 电阻（series resistance）而导致的能量损耗，目前工业 界常用的晶体硅基板的电阻率为0.5~30ohm·cm。
9
1 基板
在晶体硅太阳电池中，以单晶硅能达到的能量转换效 率最高。要达到最优的能量转换效率，所使用的基板 的品质最为关键，这里的品质指基板应具有很好的结 晶完美性、最低的杂质污染等。
就品质的完美性而言，所有的结晶硅中以FZ硅片 （Float Zone Silicon）最佳，而CZ硅片次之。在低 成本的要求下，多晶硅片（multicrystalline）甚至比 单晶硅更为广泛使用。多晶硅片中的内部缺陷，例如 晶界（grain boundaries）及差排（dislocation）， 使得能量转换效率不如CZ单晶硅片。
右，而其最大输出功率则与太阳电池效率和表面积有关。 如，一个接受光面积约为100cm2 ，效率为15%的太阳
电池的最大输出功率仅为1.5W左右。
4
为达到一般应用要求，必须将许多太阳电池串联 及并联在一起，形成所谓的模组（module）。
并联的目的是为了增加输出功率，串联的目的在 于提高输出电压，进一步的串联或并联则可形成 阵列安排（array）。
10
少数载流子的寿命是影响能量转换效率的重要因素之 一。而晶体硅中少数载流子的寿命主要受金属杂质的 影响，金属杂质越高，寿命越短，能量转换效率越低。 除了起始基板本身的金属杂质外，太阳电池的高温制 备过程中也会引入杂质。
除了严格控制制备过程以去除杂质污染外，另一重要 技术是引入去疵技术（Gettering technology），去 降低金属杂质对少数载流子寿命的影响。
常用TiO2、SiN、SiO、Al2O3、SiO2、CeO2等。 折射率为硅折射率的平方根最好，厚度d=nλ/4 最好，反射的情况可被降至最低。
19
5 金属电极（下次课会详细讲到）
在太阳电池中，金属接触必须被用来取出产生光电的 载流子，而且这种作用必须是选择性的，即只允许一 种形态的载流子由硅表面流向金属，但阻止另外一种 形态的载流子流通。
蚀刻反应的速度与晶面方向有关（antisotropical）， 以硅而言，（111）面的反应速度最慢，所以会被蚀 刻出逆金字塔状的凹槽。
此形状的凹槽具有最佳的光封存效果，被广泛使用在 太阳电池的制造流程上，成为基本的制造步骤之一。
16
利用NaOH或KOH的碱性蚀刻液，产生出的逆金字塔状凹槽
17
3 P-N二极体
PN二极体是光伏效应的来源，由高温扩散产生。 在P型晶体硅基板上做N型扩散，或是在N型基 板上做P型扩散而产生的。
一般的N型扩散只有约0.5μm左右的厚度，而且 是在基板做完粗糙化处理后才进行的。
18
4 抗反射层（Antireflection Coating）
除了将晶体硅表面做粗糙织构化之外，在表面涂 布抗反射层是降低反射损失的另一有效方式，即 在硅晶体表面涂布一层低折射系数的透明材料。
所谓的粗糙化，是将电池的表面，蚀刻成金字塔 （pyramid）或角锥状的形状，这使得太阳入射光至 少要经过两次以上的表面反射，因此降低了来自表面 反射损失的太阳光比例。
14
利用表面的粗糙结构可以降低光线的反射程度原理图
15
逆金字塔(倒金字塔）状的凹槽，一般是利用NaOH或 KOH碱性液对硅晶体表面进行蚀刻。
本章介绍晶体硅太阳电池的基本结构、制作太阳电池 的基本流程及模组化技术
2
ห้องสมุดไป่ตู้
晶体硅太阳电池
一、基本结构 二、制作太阳电池的基本流程 三、模组化技术 四、薄膜型微晶硅太阳电池
3
一、太阳电池基本结构
太阳能之应用系统的最基本单位是太阳电池（cell）。 一般来说，一个单一的晶体硅电池输出电压在0.5V左
电池（cell）；模组（module）；阵列（array）
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在一把的太阳电池应用系统上，还包括蓄电池（storage battery）、功率调节器（power conditioner）和安装固 定结构（mounting structures）等周边设施，统称为平衡 系统（balance of system）。
晶体硅\多晶硅太阳电池
目前的商业化太阳电池中，晶体硅占九成以上。 随着其它不同材料的太阳电池应用，晶体硅的使 用比例会略减，但它在未来仍然会是太阳电池的 主流。
原因之一是随着半导体工业的发展，晶体硅的技 术成熟度高，间接地降低了生产成本。
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最早的晶体硅太阳电池是使用P型的CZ硅单晶做基板， 随着价格较低的多晶硅片出现，多晶硅太阳电池已成 为占有率最高的主流技术。但多晶硅太阳电池的效率 低于单晶硅太阳电池，所以，从单位成本的发电效率 （Watt per dollar）来看，两者实际上非常接近。
晶体硅基板的厚度也会影响太阳电池的效率。
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晶体硅基板的厚度与太阳电池效率的关系 （Ld为扩散长度）
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2 表面结构粗糙化（Texturing）
由于硅具有很高的反射系数（reflection index），它 对太阳光的反射程度在长波区域（~1100nm）可达 到54%，在短波长区域（~400nm），可达到34%。 因此将晶体硅基板表面做粗糙化处理的目的，在于降 低太阳光自表面反射损失的几率，进而提高电池的效 率。
随材料和制造技术不同，太阳电池的架构会有不同变化， 但最基本的结构可分为基板、PN二极管、抗反射层、 表面粗糙结构化和金属电极等五个主要部分。
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基本的晶体硅太阳电池结构
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为达到最佳的转换效率，主要考虑的因素有： 减低太阳光的表面反射； 减低任何形式的载流子再结合(carrier recombination)； 金属电极接触最优化。
此外，利用氢气钝化处理（passivation），也是提高 能量转换效率的有效方法。
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最常用的晶体硅基板，是P型掺杂，即添加硼(Boron)。 当然，N型晶体硅也可以被用来当作基板，只不过现有 的太阳电池技术大多采用P型硅而设计。
使用电阻率较低的晶体硅基板，会降低太阳电池的串联 电阻（series resistance）而导致的能量损耗，目前工业 界常用的晶体硅基板的电阻率为0.5~30ohm·cm。
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1 基板
在晶体硅太阳电池中，以单晶硅能达到的能量转换效 率最高。要达到最优的能量转换效率，所使用的基板 的品质最为关键，这里的品质指基板应具有很好的结 晶完美性、最低的杂质污染等。
就品质的完美性而言，所有的结晶硅中以FZ硅片 （Float Zone Silicon）最佳，而CZ硅片次之。在低 成本的要求下，多晶硅片（multicrystalline）甚至比 单晶硅更为广泛使用。多晶硅片中的内部缺陷，例如 晶界（grain boundaries）及差排（dislocation）， 使得能量转换效率不如CZ单晶硅片。
右，而其最大输出功率则与太阳电池效率和表面积有关。 如，一个接受光面积约为100cm2 ，效率为15%的太阳
电池的最大输出功率仅为1.5W左右。
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为达到一般应用要求，必须将许多太阳电池串联 及并联在一起，形成所谓的模组（module）。
并联的目的是为了增加输出功率，串联的目的在 于提高输出电压，进一步的串联或并联则可形成 阵列安排（array）。
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少数载流子的寿命是影响能量转换效率的重要因素之 一。而晶体硅中少数载流子的寿命主要受金属杂质的 影响，金属杂质越高，寿命越短，能量转换效率越低。 除了起始基板本身的金属杂质外，太阳电池的高温制 备过程中也会引入杂质。
除了严格控制制备过程以去除杂质污染外，另一重要 技术是引入去疵技术（Gettering technology），去 降低金属杂质对少数载流子寿命的影响。
常用TiO2、SiN、SiO、Al2O3、SiO2、CeO2等。 折射率为硅折射率的平方根最好，厚度d=nλ/4 最好，反射的情况可被降至最低。
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5 金属电极（下次课会详细讲到）
在太阳电池中，金属接触必须被用来取出产生光电的 载流子，而且这种作用必须是选择性的，即只允许一 种形态的载流子由硅表面流向金属，但阻止另外一种 形态的载流子流通。
蚀刻反应的速度与晶面方向有关（antisotropical）， 以硅而言，（111）面的反应速度最慢，所以会被蚀 刻出逆金字塔状的凹槽。
此形状的凹槽具有最佳的光封存效果，被广泛使用在 太阳电池的制造流程上，成为基本的制造步骤之一。
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利用NaOH或KOH的碱性蚀刻液，产生出的逆金字塔状凹槽
17
3 P-N二极体
PN二极体是光伏效应的来源，由高温扩散产生。 在P型晶体硅基板上做N型扩散，或是在N型基 板上做P型扩散而产生的。
一般的N型扩散只有约0.5μm左右的厚度，而且 是在基板做完粗糙化处理后才进行的。
18
4 抗反射层（Antireflection Coating）
除了将晶体硅表面做粗糙织构化之外，在表面涂 布抗反射层是降低反射损失的另一有效方式，即 在硅晶体表面涂布一层低折射系数的透明材料。
所谓的粗糙化，是将电池的表面，蚀刻成金字塔 （pyramid）或角锥状的形状，这使得太阳入射光至 少要经过两次以上的表面反射，因此降低了来自表面 反射损失的太阳光比例。
14
利用表面的粗糙结构可以降低光线的反射程度原理图
15
逆金字塔(倒金字塔）状的凹槽，一般是利用NaOH或 KOH碱性液对硅晶体表面进行蚀刻。
本章介绍晶体硅太阳电池的基本结构、制作太阳电池 的基本流程及模组化技术
2
ห้องสมุดไป่ตู้
晶体硅太阳电池
一、基本结构 二、制作太阳电池的基本流程 三、模组化技术 四、薄膜型微晶硅太阳电池
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一、太阳电池基本结构
太阳能之应用系统的最基本单位是太阳电池（cell）。 一般来说，一个单一的晶体硅电池输出电压在0.5V左