太阳能电池整理

1、一. 填空题1 .半导体中载流子有 电子,空穴.2 .半导体根据成分可分为 有机半导体和无机半导体； 按晶体结构分,可分 为晶体半导体、多晶半导体和非晶体半导体.3 .电子浓度大于空穴浓度,称其为 n型半导体.空穴浓度大于电子浓度, 称其为p型半导体.4 .硅半导体的特性：电阻率特性,形成p-n结具有单向导电性,光电特性.带硅材料的制备技术分类：根据其生长方式可分为：垂直提拉生长,水平横向生长.5 .带硅材料的三大根本问题：边缘稳定性,应力限制,产率.6 .常见化合物薄膜电池有： -化铁薄膜电池；硫化镉薄膜电池；铜钿硒薄 膜电池7 .多晶硅薄膜通过什么方法提升晶以晶体质量,也是决定多晶硅晶化效

2、 果的因素.氢气浓度 等离子体中离子能量.8 .吸杂技术可分为 内吸杂和外吸杂.太阳电池用外吸杂.9 .对于太阳电池用硅电池而言, 磷吸杂和铝吸杂是常用的吸杂技术.10 .铸造多晶硅中的杂质种类：氧、碳替位碳、过渡金属元素,氮、氢等.11 .直拉单晶硅的分类：p型和n型.名词解释1 .本征半导体：在超高纯没有掺入杂质的半导体材料中,电子和空穴的浓 度相等,称为本征半导体.2 .光生伏特效应：如果光照在p-n结上,而且光能大于p-n结的禁带宽度, 那么在p-n结附近将产生电子-空穴对.由于内建电场的存在,产生的非平 衡电子载流子将向空间电荷区两端漂移,产生先生电势,破坏了原来的 平衡.如果将p-

3、n结和外电路相连,那么电路中出现电流,称为光生伏特 效应.3 . Pin结构：当入射光穿过p型入射光层,在本征吸收层中产生电子-空穴 对,很快被内建电场分开,空穴漂移到 p层,电子漂移到n层,形成光 生电流和光生电压.其中p为入射光层,i为本征吸收层,n为基底层.4 .氢钝化：氢的掺入们可以与多晶硅中的杂质和缺陷作用,有效地钝化电 活性,导致单晶硅和器件质量的改善.5 .吸杂：所谓的“吸杂技术是指在硅片的内部或反面有意造成各种晶体 缺陷,以吸引金属杂质在这些缺陷出沉淀,从而在器件所在的近外表区 域形成一个无杂质,无缺陷的洁净区.6 .晶界吸杂：如果在一定温度下进行热处理,晶界附近的高浓度金属会

4、扩 散到晶界上的沉淀,使得在晶界附近反而存在低金属浓度的区域,这就 是所谓的“晶界吸杂导致的晶界附近的“洁净区.7 .光致衰减效应：非晶硅薄膜在强光下照射数小时,光电导逐渐下降,光 照后暗电导可下降几个数量级并保持相对稳定, 光照的样品在150c以上 热处理,电导可恢复原值,这就是非晶硅光致衰退效应 .学习文档仅供参考三. 简做题1 .半导体作为太阳电池材料要考虑的三大因素 ？答：、材料的物理性质、材料提纯与制备的难度、材料和电池制备的本钱2 . p-n结中内建电场、漂移电流、扩散电流和空间电荷区的形成和方向？答：1n型半导体靠近界面附近,多数载流子电子浓度降低,使得电离杂 质的正电荷高于剩余

5、的电子浓度,形成正电荷区域,p型半导体靠近界面附近形成负电荷区域,正负电荷区域成为空间电荷区.2空间电荷区形成一个从n型半导体指向p型半导体的电场,成为内建电场.3两种载流子电子和空穴在电场的作用下产生的定向运动,漂移产生漂移电流,方向由n型半导体到p型半导体.4由于载流子浓度的差异,而形成的载流子由浓度高的区域向浓度低的区域 扩散,产生扩散运动.扩散产生扩散电流.方向由 p型半导体到n型半导体. 3.制备晶体硅太阳能电池的根本工艺及其作用？答：制备晶体硅太阳电池的主要工艺步骤包括：绒面制备、p-n结制备、铝背场制备、正面和反面金属接触以及减反射层沉积. 绒面结构：减少太阳光的反射,增加光线被

6、吸收的时机.p-n结制备：产生光生伏特效应 铝背场：减少少数载流子在反面复合的概率,也可以作为反面的金属电极. 金属电极：将晶体硅太阳电池产生的电流引导到外加负载. 减反射层：减少反射,增加透射,增加电池对光的吸收.4.直拉单晶硅中氧的存在形式,对材料性能的影响.直拉单晶硅中的杂质氧来源于晶体生长过程中石英培竭的污染,具存在形式有：氧热施主、氧沉淀、硼氧复合体、间隙氧.对材料性能的影响：氧热施主：当产生的热施主主浓度较高时,会直接影响晶体硅的载流子浓度, 从而影响硅集成电路或太阳电池的性能.氧沉淀：一般认为氧沉淀没有电学性能,它对直拉单晶硅的载流子浓度没有 影响.但是,由于氧沉淀的主要成分是

7、SiOx,其体积是硅原子体积的2.25倍,学习文档仅供参考 在形成氧沉淀时,会从沉淀体中向晶体硅发射自间隙硅原子, 到这硅晶格中自问 隙硅原子过饱和和发生偏聚,产生位错、层错等二次缺陷,这些缺陷会产生 p-n 结的软击穿、漏电流等,对硅集成电或太阳电池的性能产生极为不利的影响.硼氧复合体：会产生光致衰减效应.间隙氧：热处理时会形成氧沉淀和氧施主,影响材料的性能.5,铸造多晶硅中氢的来源及其分布形式来源：在铸造多晶硅外表制备一层 SiN减反射层,同时,氢杂质被扩散进入 晶体硅.存在形式：通常都是和其他杂质和缺陷作用,以复合体的形式存在.对材料的影响：氢可以钝化晶界,位错和电活性杂质的电学性能,提

8、升单晶 硅和器件质量,氢原子还可与硅外表的悬挂键结合, 消除外表态,改善材料的性 能.6,铸造多晶硅中金属杂质的存在形式及其与直拉单晶硅存在形式不同的原因存在形式：除了少量的金属杂质,绝大多数金属都会以沉淀形式出现在铸造 多晶硅中.原因：金属杂质的沉淀与直拉单晶硅中不同,一般而言,对于直拉单晶硅, 金属沉淀或者出现在硅片外表,或者以均质形核形式均匀地分布在晶体硅内.当 然,如果有吸杂点存在,它们会沉淀在杂质点附近.但是,铸造多晶硅中含有大 量的晶界和位错,这些缺陷成为金属沉淀的优先场所, 因此,铸造多晶硅中的金 属常常沉淀在品界和位错处.7,非晶硅中氢的作用和负面影响.非晶硅中氢的作用：氢钝化

9、,其作用为：在含氢的非晶硅中,氢能够很好 地和悬挂键结合,饱和悬挂键,降低其缺陷密度,去除其电学影响,到达钝化非 晶硅结构缺陷的目的.氢的参加还可以改变非晶硅的能隙宽度, 随着非晶硅中 氢含量的增加,其能隙宽度从1.5eV开始逐渐增加.氢的负面影响：光致衰减效应.8,非晶硅的根本特征、非晶硅原子的排列短程有序而长程无序；、非晶硅由共价键组成,其共价键显示连续的无规那么的网络结构；学习文档仅供参考、非晶硅的物理性质具有方向同性；、非晶硅为准直接带隙结构,所以非晶硅的光吸收系数大;、从能带结构上看,非晶硅的能带不仅有导带,价带和禁带,而且有导带尾带, 其缺陷在能带中引入的缺陷能级也比晶体硅中显著.

10、9,非晶硅薄膜中掺杂剂的掺杂方式与掺杂效果,并比拟与晶体硅的不同非晶硅虽然是短程有序,长程无序的,但是其掺杂原子的种类和晶体硅中一 样.与晶体硅不同的是,非晶硅的掺杂不是通过扩散等方式进行的,而是在薄膜生长时,在反响中直接通入掺杂气体,然后与 Si%一起分解,在非晶硅薄膜形 成的同时掺入杂质原子.掺杂效果：晶体硅：掺杂原子进入晶体硅中,一般处于替代位置,可以向硅基体 提供电子或空穴,从而成为施主或受主,并决定晶体硅的导电类型和电阻率. 非 晶硅薄膜：非晶硅中含有大量的网络缺陷、氢离子等,非常容易和掺杂离子作用, 使得局部掺杂原子不能向非晶硅基体提供电子和空穴,从而无法起到施主或受主 的作用.因

11、此能够提供载流子的掺杂原子数目和掺入非晶硅的总的掺杂原子的数 目是不同的.10.硅材料按纯度划分,可分为金属硅和半导体硅；按结晶形态划分,可分为非 晶硅,多晶硅和单晶硅.其中多晶硅又分为高纯度多晶硅、薄膜多晶硅、带状多 晶硅和铸造多晶硅,单晶硅分为区熔单晶硅和直拉单晶硅；多晶硅和单晶硅材料 又可以统称为晶体硅.四.论述题1、每一种硅电池材料的优缺点？答：、单晶硅：单晶硅是硅材料的重要形式,包括直拉单晶硅和区熔单晶硅.直拉单晶硅优点：制备工艺成熟,品格完整,机械强度高.缺点：本钱相对较高,存在杂质和缺陷.区熔单晶硅优点：纯度很高,电学性能均匀,光电转换效率高.缺点：直径小,机械加工性差,生产本钱

12、高.、铸造多晶硅学习文档仅供参考优点：材料利用率高,能耗小,制备本钱低,而且其晶体生长简便,易于大 尺寸生长.缺点：含有晶界,高密度的位错,微缺陷和相对较高的杂质浓度,其晶体的 质量明显低于单晶硅,从而降低了太阳电池的光电转换效率.、带硅材料优点：具有减少硅片加工工艺,节约硅原材料,从而降低本钱,节约时间.缺点：生长速率,冷却速率快,带硅硅片的晶粒细小,缺陷密度高；同时, 金属杂质及其他轻元素杂质的含量相对较高,导致利用这些技术制备的带硅太阳 电池的效率普遍偏低吗,经济本钱较高.、非晶硅材料优点：材料和制造工艺本钱低,易于形成大规模的生产水平,多品种 和多用途,易于实现柔性电池.缺点：与晶体硅相比,非晶硅薄膜太阳电池的效率相对较低, 而且非晶硅薄 膜太阳电池的光电转换效