第5章 硅太阳能电池制造技术-1

第五章：硅太阳能电池制造技术&5.1第一个光伏器件&5.2早期硅太阳能电池&5.3硅晶片和衬底&5.4硅太阳能电池制造技术3/20/20241UNSW新南威尔士大学&5.1第一个光伏器件艾德蒙.贝克勒被认为是第一个向世人展示光伏效应的人。用不同的光（包括太阳光）去照射电极来产生电流。在电极表面涂上感光材料如AgCl或AgBr时，电流产生效果最好的是蓝光或紫外光。他发明了一项利用光伏效应的技术，即使用“辐射仪”来记录辐射的强度以测量物体的温度。铂电极薄膜酸性溶液黑箱子3/20/20242UNSW新南威尔士大学&5.1第一个光伏器件

1839年，贝克勒描述的仪器示意图。黑箱子光伏效应的另一个重要进展来自于人们对硒的光导效应的关注。在研究此效应的时候，亚当斯和日发现了一个奇怪的现象，他们解释其中的原因，为内部有电压3/20/20243UNSW新南威尔士大学&5.1第一个光伏器件硒的光导效应的解释：内部有电压产生已加热的铂电极被推进到透明硒瓶的另一端，观察能否只用光照就能使硒产生电流。亚当斯观察硒的光电效应3/20/20244UNSW新南威尔士大学&5.1第一个光伏器件

铂丝透明硒标记玻璃管首次全部利用固体来演示光电效应的试验。亚当斯认为，光能产生电流是因为光照射使得硒条的表面结晶化。另一个重要的进展来自弗里茨的研究工作。通过用两种不同材料的金属板来压制融化的硒，硒能与其中一块板紧紧黏住，并形成薄片。然后再用金箔压制硒薄片的另一面，历史第一块光伏器件就制成了。此薄膜器件大概有30cm2大。3/20/20245UNSW新南威尔士大学&5.1第一个光伏器件弗里茨第一个认识到光伏器件有巨大潜力的人。他知道光伏器件能以非常低的成本制作，并说：“产生的电流如果不是马上使用，可以在蓄电池中储存起来，或者传送到另外一个地方，被使用或者储存。”3/20/20246UNSW新南威尔士大学&5.1第一个光伏器件1930年，当研究在铜表面生长氧化亚铜层的光电导效应时，研究者发现了铜-氧化亚铜交界处的整流效应铜-氧化亚铜结的早期光电池的简单结构图。3/20/20247UNSW新南威尔士大学&5.1第一个光伏器件由硒、砣-硫化物和Cu-Cu2O共同组成的电池。1930年代效率最高的太阳能电池。3/20/20248UNSW新南威尔士大学&5.2早期硅太阳能电池

1930年代，硅在点接触整流器上的应用逐渐引起人们的重视。

从1874年起，各种晶体和金属点电极的整流特性逐渐为人所知。在收音机发展的早期，晶体整流器是最常使用的探测器，但是随着热电子管的发展，除了在超高频率应用方面，晶体整流器几乎在所有应用上都被取代了。钨则被认为是最适合制作硅表面电极的材料在研究纯净硅的再结晶化的时候，奥尔（1941）发现了硅锭生长中拦在商业利用和高纯硅之间的清晰屏障。3/20/20249UNSW新南威尔士大学&5.2早期硅太阳能电池（a）：铸锭，在硅融化期间掺杂以形成天然的pn结。（b）：光伏器件垂直p-n结切割。（c）：器件平行p-n结切割。3/20/202410UNSW新南威尔士大学&5.2早期硅太阳能电池在1941年，是在对掺杂技术的有限了解。在硅铸锭时自然生长p-n结。硅锭生产自酸浸出冶金级硅材料，从熔融到冷却后的材料。切割硅锭便可制备太阳能电池。自然形成的pn结是在切割硅锭以测量电阻时被发现的。切割的下来硅棒显示了良好的光电响应，具有良好的整流特性。当被光照射或被加热时，硅棒的其中一端形成负电势，且必定处于负偏压以降低电流流过p-n结或流过电极时所遇到的电阻。制成这些材料的施主杂质和受主杂质都被人们所认识。

3/20/202411UNSW新南威尔士大学&5.2早期硅太阳能电池1954年第一块现代太阳能电池。电池有双背电极结构，其效率达到6%，是早期电池的15倍，并第一次真正打开光伏发电的广阔前景。引起巨大的关注。因为硅制备工艺的不成熟，成本太高。太阳能电池已经被证明适合太空使用，而这也成为了它们的主要应用之一，直到1970年代早期。早期太阳能结构3/20/202412UNSW新南威尔士大学&5.3.1硅晶片和衬底-硅的种类

太阳能电池材料：单晶体、多晶体、微晶体或者非晶体。晶体类型符号晶粒尺寸生长技术单晶硅sc-Si>10cm浮区拉晶法多晶硅mc-Si1mm-10cm铸模，切片微晶硅1pc-Si1μm-1mm化学气相沉积微晶硅2μc-Si<1μm等离子沉积3/20/202413U