太阳电池材料

太阳电池材料太阳能常数：太阳光在其到达地球的平均距离处的自由空间中的辐射强度。取值为1353W/m2。大气质量（AM）：大气对地球表面接受太阳光的影响程度。AM0：即太阳常数，指在地球外空间接受太阳光的情况。AM1：指太阳光直接垂直照射到地球表面的情况。AM1.5：指典型晴天时太阳光照射到一般地面的情况，辐射总量为1kW/m2，常用于太阳电池和组件效率测试时的标准。本证半导体：在超高纯没有参入杂质的半导体材料中，电子和空穴的浓度相等，称为本证半导体。N型半导体:在超高纯半导体材料中掺入某种杂质元素，电子浓度大于空穴浓度。P型半导体：在超高纯半导体材料中掺入某种杂质元素，空穴浓度大于电子浓度。量子态：电子处于一系列特定的运动状态。能级：每个量子态中，电子的能量是一定的，称为能级。靠近原子核的能级，电子受的束缚强，能级就低；远离原子核的能级，受的束缚弱，能级就高。满带：填满了电子的能量低的能带。导带：半空或是全空，电子没有填满，能量最高的能带。价带：导带下面的那个满带，其电子有可能跃迁到导带。浅能级：在室温下电离，对半导体材料提供额外的载流子，这类杂质称为浅能级杂质。所引入的能级称为浅能级。深能级：杂质能级位于禁带中心附近，室温下基本不电离，成为少数载流子的复合中心，影响非平衡少数载流子的寿命，这类杂质称为深能级杂质。所引入的能级为深能级。施主能级：像磷原子一样能够向品体硅提供电子作为载流子的杂质，称为施主杂质，所引起的杂质能级称为施主能级，用Ed表示。受主能级：像硼原子一样能够向品体硅提供空穴作为载流子的杂质，称为受主杂质，所引起的杂质能级称为受主能级，用Ea表示。本征激发：随着温度的升高，电子从热振动的晶格中吸收能量，电子从低能态跃迁到高能态，如从价带跃迁到导带，形成自由的导带电子和价带空穴，称为本征激发。一般认为，本证半导体的费米能级位于禁带中央。电中性条件：无论掺入N型或P型掺杂剂，其杂质半导体必然是电中性的，即半导体中的正电荷数和负电荷数相等，称为电中性条件。直接复合：导带底的电子跃迁到价带与空位复合，称为直接复合。间接复合：导带底跃迁的电子，先跃迁到缺陷能级，再跃迁到价带与空位复合，称为间接复合。复合分三种形式：载流子复合时，发射光子，产生发光现象，称为辐射复合或发光复合。载流子复合时，发射声子，将能量传递给晶格，产生热能，称为非辐射复合。载流子复合时，将能量传递给其他载流子，增加它们的能量，称为俄歇复合。扩散法：是太阳电池制备工艺最常用的方法。内建电场：空间电荷区中存在正、负电荷区，形成了一个从n型半导体指向p型半导体的电场，又称自建电场。肖特基二极管：具有整流效应的金属和半导体接触，称为肖特基接触，以此基础制成的二极管称为肖特基二极管。没有整流效应的金属和半导体接触，称为欧姆接触。本证吸收：吸收的能量大于半导体材料的禁带宽度，就有可能使电子从价带跃迁到导带，从而产生电子-空穴对，这种吸收称为本征吸收。本征吸收限：光能等于禁带宽度时的波长和频率分别为X。和v。！也就是说只有当波长小于X。或者频率大于v。时本征吸收才能发生。直接带隙半导体：半导体材料的导带底的最小值和价带顶的最大值具有相同的波矢k，价带中的电子跃迁到导带时，动量不发生变化，称为直接跃迁，这种半导体称为直接带隙半导体。如神化镓。间接带隙半导体：半导体材料的导带底的最小值和价带顶的最大值具有不同的波矢k，价带中的电子跃迁到导带时，动量发生变化，除了吸收光子外，电子还要与晶格作用，发射或吸收声子，达到动量守恒，称为间接跃迁，这种半导体称为间接带隙半导体。如硅、锗。绒面结构：对于单品体硅而言，如果选择择优化学腐蚀剂，就可以在硅片表面形成金字塔结构，又称表面织构化。而对于铸造多晶硅硅片，利用非择优腐蚀的酸性腐蚀剂，在铸造多晶硅表面形成大小不等的球形结构。磷扩散的工艺：气态磷扩散、固态磷扩散和液态磷扩散。通常利用的液态磷源为三氯氧磷。在磷扩散时，由于硅片表面具有高浓度的磷，会形成磷硅玻璃。一般是将硅片浸入稀释的HF中，以去除磷硅玻璃。制备氮化硅薄膜：工业上和实验室一般使用等离子体增强化学气相沉积法。非晶硅太阳电池结构是pin结构。硅晶体：硅晶体是立方晶系，其晶胞含有的总原子数为8.硅材料的分类：按纯度分为金属硅和半导体（电子级）硅；按结品形态分为非晶硅、多晶硅和单晶硅。化学提纯多晶硅的各种路线的共同特点是：中间化合物容易提纯。在工业中应用的技术有：三氯氢硅氢还原法、硅烷热分解法和四氯化硅氢还原法。最重要的是前两种技术。区熔单晶硅：品体生长的主要技术关键是如何控制好熔区。针对这个困难，采用“针眼工艺”。直拉单晶硅的制备工艺：多晶硅的装料和熔化、种晶、缩颈、放肩、等颈和收尾。种晶完成后，籽品应快速向上提升，品体生长速度加快新结品的单晶硅直径比籽品小。在缩颈完成后，品体硅的生长速度大大放慢。当放肩达到预定晶体直径时，品体生长速度加快，并保持几乎固定的速度，使晶体保持固定的直径生长。断苞：品体硅外形有连续不断的扁平棱线，是无位错生长，反之有位错。固溶体：由两种或两种以上元素构成的固溶体，在高温溶化后，随着温度的降低将重新结品形成固溶体。在再结品的过程中，浓度小的元素在浓度高的元素品体及熔体中德浓度是不同的，称为分凝现象。固相中某杂质的浓度为Cs，液相中该杂质的浓度为Cl，两者的比值称为该杂质在此晶体中的平衡分凝系数。太阳电池单晶硅硅片加工工艺：切断（割断）、滚圆（切方块）、切片和化学腐蚀。在太阳电池用直拉单晶硅中，主要的杂质是氧、碳和金属杂质。主要的缺陷是位错。氧来源于晶体生长过程中石英坩蜗的污染。利用氧沉淀的性质，设计“内吸杂”工艺。直拉单晶硅：氧浓度表现为头部高尾部底;从单晶硅的中心部位到边缘是逐渐降低的。热施主：450摄氏度是最有效的热施主生成温度。一般需要进行650摄氏度热处理，以去除原生热施主，回复真实的电阻率。碳在硅中的分凝系数很小，一般认为是0.07.碳浓度的分布与氧相反，头部很低，品体尾部很高。碳为氧沉淀提供异质核心。金属原子在品体硅中的扩散一般以间隙和替位扩散两种方式进行。间隙扩散比替位扩散快。位错的类型：刃型位错（位错线的方向与晶体滑移的方向或者说外力的方向是垂直的）、螺型位错（位错线的方向与晶体滑移的方向或者说外力的方向是平行的）以及有它们组成的混合位错。铸造多晶硅的两种工艺：浇铸法和直接熔融定向凝固法（直熔法）。石英坩埚使得多晶硅中的氧浓度升高，所以工艺上一般利用Si3N4或SiO/SiN等材料作为涂层。铸造多晶硅中少量的位错和缺陷对热施主的形成没有重大影响。氢的作用：研究者发现氢可以和品体硅中的缺陷和杂质作用，钝化它们的电活性。吸杂：分为外吸杂和内吸杂。对于硅太阳电池，内吸杂技术是不合适的。对于铸造多晶硅而言，磷吸杂和铝吸杂是常用的吸杂技术。非晶硅的特点：呈现短程有序、长程无序的特点，是一种共价无规的网络原子结构。简答题1、 半导体材料的基本特征:①电阻率特性②导电特性③负的电阻率温度系数④整流特性⑤光电特性2、 P-n结的整流性：p-n结正向偏置时，多数载流子的扩散运动形成较大的正向电流；p-n结反向偏置时，少数载流子的漂移运动形成很小的反向电流。3、 太阳能光电池的基本原理：光照在p-n结上且光能大于p-n结的禁带宽度则在p-n结附近将产生电子-空穴对。由于内建电场的存在，产生的非平衡少数载流子向空间电荷区两端漂移，产生光生电势，破坏原平衡，接入外电路则会出现电流，称为光生伏特现象或光生伏特效应，即太阳能光电池的基本原理。4、 品体硅太阳电池的基本工艺：绒面制备、p-n结制备、铝背场制备、正面和背面金属接触以及减发射层沉积。5、 直拉单晶硅的制备工艺：多晶硅的装料和熔化、种晶、缩颈、放肩、等颈和收尾。6、 对于太阳电池用单晶硅，硅片的加工工艺：切断（割断）、滚圆（切方块）、切片和化学腐蚀。7、 铸造多晶硅的晶体生长工艺:①装料②加热③化料④品体生长⑤退火⑥冷却8、 吸除金属杂质的三个主要步骤及两种吸杂机理:步骤一是原金属沉淀的溶解；二是金属原子的扩散，扩散到吸杂位置；三是金属杂质在吸杂点的重新沉淀。吸杂机理一种是松弛机理，另一种是分凝机理。9、 辉光放电的基本原理：在置有板状的玻璃内冲入低压气体或蒸汽，在两板间电压较高时，稀薄气体中的残余正