太阳电池材料及其生产基础概述

半导体生产与洁净度太阳电池材料与生产基础微电子的发展史－集成电路的发展1、1904年和1906年真空二极管和真空三极管的问世；2、1950年世界上第一个结型晶体管诞生；3、1958年世界上第一块集成电路研制成功；4、日本公司将集成电路从军事用途带入民用领域。1951年在贝尔实验室诞生；60年代用于航天领域，转换效率为10%；70年代技术迅速发展，使用于民用领域；转换效率为20%；90年代在规模生产，效率不断提高；销售量以每年25%的速度递增。微电子的发展史－太阳能电池的发展半导体基本知识定义导体：能导电的物体；（如：银、铜、铝等）绝缘体：不容易导电的物体；（如：橡皮、塑料、玻璃等）半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。（如：锗、硅、硒等）半导体的特性有两种载流子——电子和空穴。纯净的（不含杂质）的半导体（称本征半导体）中有一个电子就必然有一个空穴。即电子和空穴的数量相等。电子空穴本征半导体示意图半导体的导电性与导体和绝缘体不同，半导体的导电性能受温度的影响很大。当温度升级1℃时，它的电导率就要增加百分之几到百分之十几，这是由于半导体中的本征载流子随温度升高而增加的缘故。而导体和绝缘体的电导率随温度的变化却很小。Ｎ型半导体掺入杂质锑（或磷、砷之类）：新产生的电子数量远远超过原来未掺入杂质前的电子或空穴的数量。电子的数目以压倒多数超过空穴，导电作用主要由电子来决定，电子称为“多数载流子，空穴称“少数载流子”。这种类型半导体叫电子型半导体，简称n型半导体。电子空穴n型半导体示意图Ｐ型半导体掺入杂质铟（或铝、硼之类）：这块半导体中会产生许多新的电子和空穴。空穴的数目以压倒多数超过电子，导电作用主要由空穴来决定，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。这种类型半导体叫空穴型半导体，简称p型半导体。电子空穴p型半导体示意图Ｎ型半导体的工作原理n型半导体的多数载流子——电子在电场作用下向外加电压的“正端”移动，而少数载流子——空穴在电场作用下向外加电压的“负端”移动，在半导体内构成电流。电流方向与带负电的电子运动方向相反。n型半导体空穴移动方向电子移动方向电流方向Ｐ型半导体的工作原理p型半导体的多数载流子——空穴在电场作用下向外加电压的“负端”移动，而少数载流子——电子在电场作用下向外加电压的“正端”移动，在半导体内构成电流。电流方向与带正电的空穴运动方向相同。p型半导体电子移动方向空穴移动方向电流方向二、P-N结的的单向导导电性由于两边边空穴和和电子数数量分布布的不均均匀：n型区域域中邻近近p型区区域一边边的薄层层A中就就有一部部分电子子扩散到到p区。。薄层A失去了了一些电电子，带带正电。。如图（（a)pn++++++薄层A(a)电子由n区扩散到p区载流子在半导体中的扩散p型区域域中邻近近n型区区域一边边的薄层层b中就就有一部部分空穴穴扩散到到n区。。薄层B失去了了一些空空穴，带带负电。。如图（（b）pn------薄层B(b)空穴由p区扩散到n区载流子在半导体中的扩散由于空穴穴和电子子的扩散散，使薄薄层A带带正电，，而薄层层B带负负电，因因此在薄薄层A、、B间产产生一个个电场，，如下图图。这个个电场的的方向是是由n区区指向p区。这这个电场场会阻止止电子继继续往p区扩散散也阻止止空穴继继续往n区扩散散，但是是刚开始始电子和和空穴的的扩散占占优势。。随着着电子和和空穴的的不断扩扩散，n区和p区失去去的电子子和空穴穴越来越越多，薄薄层A和和B越来来越厚，，形成的的电场的的作用越越来越强强。最后后，电场场的作完完全抵消消了扩散散，达到到了动态态平衡状状态。薄层A和和薄层B称为““pn结结”，又又称“阻阻挡层””，厚度度大约为为10-4～10-5cm。。BApn+++++++-------pn结电场方向电子和空穴扩散在pn交界处产生的电场实验：在在pn结结两端接接上电池池，电池池正极接接p型半半导体，，负极接接n型半半导体，，如图（（a），，电流表表有读数数。电池池正极接接n型半半导体，，负极接接p型半半导体，，如图（（b），，电流表表的读数数接近零零。结论：pn结具具有只让让电流从从一个方方向通过过的单向向导通性性。pn电流方向i（a）pn（b）pn结加压的实验分析之一一外加正正向电压压当pn结结正向连连接时，，即p区区接电池池正极，，n区接接电池负负极，这这时外加加电压在在pn结结中产生生的电场场方向是是由p区区指向n区的，，恰好与与pn结结原来形形成的电电场方向向相反。。pn++++++------pn结电场方向外加电场方向对pn结的影响外加正向电压产生的电场方向正向电流很大（a）外加正向电压时阻挡层变薄空穴移动方向电子移动方向+—分析之二二－外加加反向电电压当pn结结反向连连接时，，即p区区接电池池负极，，n区接接电池正正极，这这时外加加电压在在pn结结中产生生的电场场方向是是由n区区指向p区的，，恰好与与pn结结原来形形成的电电场方向向一致。。因此，pn结中中原来的的电场被被削弱了了，阻挡挡层厚度度减少了了。P区区的空穴穴n区的的电子在在这个外外加电场场作用下下不不断断走向交交界处。。空穴由由左方向向流向右右方和电电子由右右方流左左方都相相当于电电流由左左方流向向右方。。由于p区空穴穴很多，，n区电电子很多多，这股股电流很很大，这这就是正正向连接接时出现现大电流流的原因因。外加加正向电电压越大大，在pn结中中外加电电场的作作用就越越强，更更进一步步削弱原原来pn结的电电场，所所以电流流更要增增加。pn外加电场方向对pn结的影响（b）外加反向电压时阻挡层变厚++++++------pn结电场方向外加反向电压产生的电场方向反向电流很小空穴移动电子移动+—因此，pn结中中原来的的电场被被加强了了，阻挡挡层厚度度增加了了。n区区中的多多数载流流子———电子和和p区中中的多数数载流子子——空空穴很难难能过pn结向向对方移移动，这这就是反反向连接接时电流流极小的的原因。。但是，，这时p区中的的少数载载流子———电子子和n区区中的少少数载流流子———空穴在在反向电电场帮助助向交界界移动，，电子由由左方流流向右方方和空穴穴由右方方流向左左方形成成反向电电流，但但由于少少数载流流子数量量很少，，反向电电流是很很小的。。因此，我我们可以以把pn结看成成是电流流通道上上的一道道开关，，接上正正向电压压时（即即p型半半导体接接电池正正极，n型半导导体接电电池负极极），开开关打开开让电流流通过，，我们称称此时pn结““导漏””接上反反向电压压时开关关关上，，阻止电电流通过过，我们们称此时时pn结结“截止止”。pn结这这种只让让电流单单方向通通过的性性能称pn结的的单向导导电性。。pn结的的“导通通”和““截止””是互相相矛盾的的两个方方面，双双方半争争又互相相依存着着，共处处于一个个统一体体中，这这两个对对立的双双方在一一定外加加电压的的条件下下互相转转化。当当外加电电压极性性改变时时矛盾双双方各转转化到相相反的方方面。太阳能电电池材料料制造（（以多晶晶硅为例例）Si原材料清洗将Si原材料和相应的掺杂源（B）输入石英炉进行熔化Si熔化后对石英炉慢降温，使SI缓慢结晶炉温降至室温时即制得多晶锭将Si锭四周切割去掉，因结晶过程中与石英炉接触形成的杂质层测参数、寿命、电阻率将块状的Si按要求切割成SI砖切割成薄片清洗包装太阳能电电池片生生产工艺艺流程图图（以多多晶硅为为例）对Si片（一般为P型掺杂）进行腐蚀以去掉切割过程中在Si片正反两面所形成的损伤层在KOH中以各向异性腐蚀将Si片表面制成增加光吸收的陷光效应的绒面结构将Si片送入高温电炉进行n型磷扩散，以形成所需要的pn结利用等离子体刻蚀去掉Si片的边缘以对电池片正反两面实现电隔离在电池片的正面沉积起减反射和钝化作用的Si3N4膜层利用丝网印刷在电池的背面制备金属铝层及焊接银点。半导体制制造过程程的洁净净度要求求综前所述述杂质对对半导体体的特性性有着改改变或破破坏其性性能的作作用，所所以在半半导体器器件生产产过程中中对什么么都必须须严格控控制，杂杂质有各各种各样样的，如如金属离离子会破破坏半导导体器件件的导电电性能，，灰尘粒粒子破坏坏半导体体器件的的表面结结构等。。一、生产产环境洁洁净半导体器器件生产产环境要要求很严严，除了了要求恒恒温、恒恒湿外，，对生产产环境洁洁净度要要求很严严，按单单位体积积中规定定的尺寸寸灰尘粒粒子为标标准分成成洁净度度的等级级。一般般分为10级、、100级、1000级、10000级、、100000级，美美国联邦邦标准中中规定了了洁净室室和洁净净区内空空气浮游游粒子洁洁净等级级。1、浮游游粒子的的洁净等等级洁净度以以每立方方米（每每立方英英尺）空空气中的的最大允允许粒子子来确定定。因图图标单位位等级名名称为每每立方米米空气中中大于等等于0.5微米米的最大大允许粒粒子数的的常用对对数值（（以10为底）），用英英制单位位时等级级名称为为每立方方英尺空空气中大大于等于于0.5微米的的最大允允许粒子子数。1）洁净净区空气浮游游粒子的的浓度被被控制在在特定的的浮游粒粒子洁净净度等级级范围内内某一限限空间。。2）洁净净室浮游粒子子浓度被被控制，，包含一一个或多多个洁净净区的房房间。2、浮游游粒子洁洁净度的的检测（（颗粒测测试仪））采样：任任何洁净净区的取取样点不不少于2个，除除受洁净净区划内内的设备备限制外外，取样样点应在在整个洁洁净区均均匀分布布，每个个选定的的取样点点应至少少取样一一次。在在一个区区内总共共应最少少取样5次，每每个取样样点取样样应多于于一次，，而不同同的取样样点取样样次可以以不同取样量度度和取样样时间：：取样量量不少于于0.00283立方方米（合合0.1立方英英尺），，并且计计算所得得取样量量结果不不得四舍舍五入。。取样时时间可以以用取样样量除以以取样速速率来计计算。3、浮游游粒子洁洁净度的的监测监测方法法应根据据规定的的浮游粒粒子洁净净等级和和为保护护工艺和和产品免免受污染染物影响响而控制制的污染染水平来来制定，，应确定定监测频频率，运运行条件件和粒子子计算方方法，取取样点和和取样点点数量，，取样量量和数据据处理方方法也应应被确定定。二、工艺艺过程中中的洁净净工艺过程程中的洁洁净必须须根据工工艺要求求进行对对于所用用原材料料必须符符合工艺艺要求，，对于使使用设备备、工夹夹具、器器皿的清清洗周期期在工艺艺文件中中必须作作出规定定来严格格执行。。清洗用水水，对纯纯水的要要求10-18Ω-cm，化化学药品品：如氨氨水（NH3)、双氧氧水（H2O2）、氢氢氟酸（（HF））、盐酸酸（HCL）等等。工艺过程程中使用用的工器器具：石石英管、、石英舟舟、传递递夹、镊镊子等、、清洗槽槽。工艺过程程中使用用的设备备。必须改正正一切不不利于洁洁净生产产的习惯惯。洁净区的的管理进出洁净净区的管管理规定定净化区行行为规则则环境颗粒粒管理规规定净化度管管理规定定P.H值值管理规规定纯水管理理规定生产用气气体管理理规定9、静静夜夜四四无无邻邻，，荒荒居居旧旧业业贫贫。。。。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。20:46:2220:46:2220:4612/28/20228:46:22PM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2220:46:2220:46Dec-2228-Dec-2212、故人江江海别，，几度隔隔山川。。。20:46:2220:46:2220:46Wednesday,December28,202213、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。12月-2212月-2220:46:2220:46:22December28,202214、他乡生白白发，旧国国见青山。。。28十二二月20228:46:22下下午20:46:2212月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月228:46下下午午12月月-2220:46December28,202216、行行动动出出成成果果，，工工作作出出财财富富。。。。2022/12/2820:46:2220:46:2228December202217、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。8:46:22下午午8:46下午午20:46:2212月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。20:46:2220:46:2220:4612/28/20228:46:22PM11、成功就是日日复一日那一一点点小小努努力的积累。。。12月-2220:46:2220:46Dec-2228-Dec-2212、世间成事，，不求其绝对对圆满，留一一份不足，可可得无限完美美。。20:46:2220:46:2220:46Wednesday,December28,202213、不知知香积积寺，，数里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2220:46:2220:46:22December28,202214、意志坚坚强的人人能把世世界放在在手中像像泥块一一样任意意揉捏。。28十十二月20228:46:22下午午20:46:2212月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荆门门九派派通。。。。十二月月228:46下下午午12月月-2220:46December28,202216、少年年十五五二十十时，，步行行夺得得胡马马骑。。。2022/12/2820:46:2220:46:2228December202217、空空山山新新雨雨后后，，天天气气晚晚来来秋秋。。。。8:46:22下下午午8:46下下午午20:46:2212月月-229、杨柳散散和风，，青山澹澹吾虑。。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、阅读读一切切好书书如同同和过过去最最杰出出的人人谈话话。20:46:2220:46:222