太阳能光伏电池及其应用教材

2024/7/61太阳能光伏电池及

其应用试题

2013.9.32024/7/62

◆二、课程简介

本书对有关太阳能电池及太阳能发电系统的世界最新技术进行了综述。各章各节的执笔者都选自日本的杰出专家，由他们介绍尖端技术的现状。具体内容包括太阳能电池的原理及装置物性、单晶硅太阳能电池和太阳能电池模板、非晶硅及微晶硅薄膜太阳能电池、CIS以及CIGS系太阳能电池、色素增感型太阳能电池等。该书可供各大专院校作为教材使用，也可供从事相关工作的人员作为参考用书使用。

2024/7/63★

1

总论

★

2

太阳能电池的原理及装置物性

★

3

单晶硅太阳能电池和太阳能电池模板

★

4

多晶硅太阳能电池

★

5

非晶硅及微晶硅薄膜太阳能电池

★

6

CIS以及CIGS系太阳能电池

★

7

Ⅲ-Ⅴ族太阳能电池

目录2024/7/64★

8

色素增感型太阳能电池

★

9

太阳能电池在日常生活中的应用

★

10

住宅用太阳光发电系统

★

11

楼房用太阳光发电模板及其系统

★

12

空间太阳光发电所

★

13

太阳光发电的展望

2024/7/65第一章

总论

1.1

引言

1.2

能源革命与文明的进步

1.3

能量的需求预测与能源资源

1.4

3E的三重矛盾与解决策略

1.5

太阳能的质和量

1.6

太阳能发电的独特特点

1.1引言从煤炭文明到石油文明再到天然气文明的能源革命有两种方式。一、能源的大量生产、大量贮藏；二、能源的大量输送和以减轻环境负荷为出发点。本章为解决3E（三重矛盾）提出了关键性的技术方法。1.2能源革命与文明的进步一、人类所必须的能源分为生理能源和生活能源。前者每人平均2200kcal/日，后者每人45000kcal/日；二、从产业发展来看，点燃近代产业革命之火的是发明蒸汽机的詹姆斯瓦特，这是煤炭文明的开始。此后，固体煤炭变为液体石油、气体天然气。不同能源形态的变迁及工业制品一、1860年埃特尔勒努瓦发明内燃机到1877年托马斯发明内燃机，再到1903年莱特兄弟发明引擎飞机，杰瑞发明太阳能电池到1973年飞机的起飞。二、这20到50年的时间，内燃机、电、天然气等与能源相关的技术产生了20世纪的文明。生态发电：不同于化石能源消费的原子能发电。例如：太阳能发电、风力发电等。经济十大原理人们如何作出决策1.人们面临权衡取舍。2.某种东西的成本是为了得到它而放弃的东西。3.理性人考虑边际量。4.人们会对激励作出反应。经济十大原理人们如何相互交易5.贸易能使每个人状况更好.6.市场通常是组织经济活动的一种好方法.7.政府有时可以改善市场结果.经济十大原理经济如何运行8.一国的生活水平取决于它生产物品与劳务的能力9.政府发行过多货币时，物价上升10.社会面临通货膨胀与失业之间的短期权衡取舍1.人们面临权衡取舍。天下没有免费的午餐1.人们面临权衡取舍。为了得到一样东西,我们经常必须放弃另一样东西.大炮——奶油食品——衣服闲暇——工作效率——平等作决策需要在多个目标之间权衡取舍效率——平等效率（Efficiency

）是指社会能从其稀缺资源中得到最多东西。平等（Equity

）是指这些资源的成果公平地分配给社会成员。2.某种东西的成本是为了得到它而放弃的东西。决策需要比较可供选择的行动方案的成本与收益。1、上大学还是工作？

2、学习还是娱乐?3、去企业工作还是去政府机关？很多情况下，某种行动的成本并不像乍看时那么明显。2.某种东西的成本是为了得到它而放弃的东西。机会成本（opportunitycost

）：为了得到某种东西所必须放弃的东西。考虑上大学的决策，成本不是住房和伙食，因为即使不上大学，也要租房和吃饭。最大的成本是时间，如果把上大学的时间用于工作，能赚到的工资就是上大学最大的单项成本。

考虑正值上大学年龄的职业运动员退役才上大学的原因？

很多正值上大学年龄的职业运动员如果放弃运动而上大学，可能每年少赚几百万美元，因此他们上大学的成本比普通人高得多。这也是为什么许多职业运动员一定要退役后才去上大学的原因。

如何理解机会成本？机会成本是决策时所放弃的其他可供选择的机会中最好的机会。注意：机会成本不是实际成本，只是一种观念上的成本。3.理性人考虑边际量边际变动（Marginalchanges

）：对行动计划微小的增量调整。许多决策涉及到对现有行动计划进行微小的增量调整，经济学家把这些调整称为边际变动。

假设一架200个座位的飞机飞一次的成本是10万美元，每个座位的成本是500美元，有人会说：票价决不应低于500美元。但是当飞机即将起飞时仍有10个空座，在登机口等退票的乘客愿意支付300美元买一张票，应该卖给他吗？人们决策需要比较成本与收益

当然应该。如果飞机有空座，多增加一位乘客的成本微乎其微。虽然一位乘客飞行的平均成本是500美元，但是边际成本仅仅是这位额外的乘客将消费的一包花生米和一杯饮料而已。

只有一种行动的边际收益大于边际成本，一个理性决策者才会采取这项行动。4.人们会对激励作出反应。成本或利益变动时，人们的行为也会改变。只有当这项行动的边际利益大于边际成本时，一个理性决策者才会实施该项行动。4.人们会对激励作出反应。姚明去上大学读书，就不能同时到NBA打球，也就不能得到几千万美金的年薪和上亿美金的广告收入，所以姚明选择去NBA打球。5.贸易能使每个人状况更好人们能从与其他人交易的活动中获得各种商品和劳务。贸易可以使人们专门从事自己最擅长的活动。竞争能使人们从贸易中获利。也许你在新闻中听到过，在世界经济中日本人是美国人的竞争对手。实际上，两国之间的贸易可以使两个国家的状况都变得更好。亚当·斯密

ADAMSMITH（1723-1790）

斯密是经济学的主要创立者，古典自由市场经济理论的奠基人。他于1723年出生在苏格兰的克科底，青年时就读于牛津大学。1751年到1764年在格拉斯哥大学担任哲学教授。斯密一生未娶，没有子女。在任拉格斯哥大学教授期间发表了他的第一部著作《道德情操论》，确立了他在知识界的威望。但是他的不朽名声主要在于他在1776年发表的伟大著作《国家康富的性质和原因的研究》（简称《国富论》）。该书一举成功，使他在余生享受着荣誉和爱戴。每个人“只想得到自己的利益”，但是又好像“被一只无形的手牵着去实现一种他根本无意要实现的目的，……他们促进社会的利益，其效果往往比他们真正想要实现的还要好。”

6.市场通常是组织经济活动的一种好方法在一个市场经济中，家庭决定为哪家企业工作，以及用自己的收入买什么。企业决定雇佣谁和生产什么。市场经济：当许多企业和家庭在物品与劳务市场上相互交易时，通过他们的分散决策配置资源的经济。6.市场通常是组织经济活动的一种好方法亚当·斯密提出了济学中最有名的观察结果：家庭和企业在市场上相互交易，他们仿佛被一只“看不见的手（invisiblehand）”所指引，引起了合意的市场结果。因为家庭和企业依靠价格决定买和卖，所以他们不知不觉地考虑了其行为的社会收益和社会成本。

因此,价格指导这些个别决策者在大多数下实现了整个社会福利最大化。7.政府有时可以改善市场结果为什么我们需要政府呢？一种回答是，看不见的手需要政府来保护它。只有产权得到保障，市场才能运行。但是，还有另一种回答。政府干预经济的原因有两类：促进效率和促进平等。尽管看不见的手通常会使市场有效地配置资源，但情况并不总是这样。经济学家用市场失灵（marketfailure）这个术语来指市场本身不能有效配置资源的情况。市场失灵（Marketfailure）：指市场本身不能有效配置资源的情况。生产率的高低决定生活水平的高低。

7.政府有时可以改善市场结果市场失灵（Marketfailure）一个可能原因是外部性。外部性（externality）：一个人的行为对旁观者福利的影响。市场失灵（Marketfailure）另一个可能原因是市场势力。市场势力（marketpower）：一个经济活动者或一个小集团对市场价格有显著的影响。8.一国的生活水平取决于它生产物品与劳务的能力生活水平的高低可以从不同方面进行衡量：

通过比较个人收入。通过比较一国产品的市场总值几乎所有生活水平的变动都可以归因于各国生产率（productivity）的差别.

生产率（productivity）指一个工人一小时所生产的物品与劳务量。9.当政府发行了过多货币时，物价上升。通货膨胀（Inflation）

：

经济中物价总水平的上升。引起通货膨胀的一个因素是货币量的增长。当政府创造了大量本国货币时，货币的价值下降，也就是货币贬值。当政府增加经济中的货币量时，一个结果是通货膨胀，另一个结果是至少在短期内降低失业水平。10.社会面临通货膨胀与失业之间的短期权衡取舍。菲利普斯曲线（PhillipsCurve）说明了通货膨胀与失业之间的短期权衡取舍。ò通货膨胀

ñ失业率这是一个短期权衡取舍总结人们作决策时,面临权衡取舍。某些东西的成本是为了得到它而放弃的东西。理性的人通过比较边际成本与边际收益大小来决策。人们会对激励作出反应。贸易能使每个人状况更好。总结市场通常是组织经济活动的一种好方法。政府有时可以改善市场结果。一国的生活水平取决于它生产物品与劳务的能力。当政府发行了过多货币时，物价上升。社会面临通货膨胀与失业之间的短期权衡取舍。能源的需求预测与能源资源能源消费30年增加了一倍，世界人口40年增加了一倍，其中电能以每20年增加一倍的速度递增，今后对能源的需求还持续增长。因此必须在化石能源枯竭之前找到清洁的替代能源。3E的三重矛盾与解决策略一、什么是3E的三重矛盾？第一、经济要发展；第二；能源会消耗；第三，环境受破坏。解决策略：清洁能源的开发。太阳能的质和量太阳是太阳系中唯一会发光的亮黄色恒星，是太阳系的中心天体。太阳系质量的99.87%都集中在太阳。太阳的直径有1,392,000（1.392*10^6）公里，相当于地球直径的109倍。质量大约是2*10^30kg，是地球的330,000倍，太阳质量的3/4是氢，剩下的几乎都是氦，包括o、c、Ne、Fe和其他元素2%。太阳的质和量日地平均距离：1.495*10^11米（一亿五千万公里）表面积：约6.09*10^12平方米体积：1.412*10^18立方千米（地球的1300000倍）表面温度5770℃太阳寿命：约100亿年，年龄已有46亿年太阳的质和量问题一：太空看起来为什么是蓝色的？问题二：有时候为什么太空又呈现白茫茫的景象？问题三：天空为什么不是紫色的？太阳的质和量太阳光进入大气层后，紫外线及蓝色高能量部分，由于空气中分子的漫反射而损失，另外还会被空气中的水分吸收，在地面上看起来就呈现蓝色。红光波长（0.650um)最长，透射性最大，大部分能直接透过大气中的微粒射向地面，波长较短的青、蓝(0.425um)、紫，容易被大气中的微粒散射，当光穿过大气层时，被空气微粒散射的蓝光约比红光多5.5倍。为什么天空呈现蓝色但是，当空中有雾或薄云时，因为水滴的直径比可见光波长大得多，选择性散射的效应不再存在，不同波长的光将一视同仁的被散射，所以天空呈现白茫茫的颜色。在太阳光透过大气层时，空气分子对紫色光的吸收比较强；眼睛有3类接收器：红、绿、蓝锥体，它们只对相应颜色敏感，接收到蓝光的刺激较强。太阳的质和量泰多尔效应：微粒的直径小于可见光波长时，散射强度与波长的4次方成反比。太阳常数：若把地球到的平均距离定义为1.495*10^8km,在没有大气吸收和散射能力的地方，入射方向为垂直的1cm^2平面上入射可得到的太阳辐射能力。太阳能发电的特点用太阳能电池将太阳能直接转换为电能的“太阳光发电装置”，其本身的优点是输入的太阳光线储量无限，并且“免费”。（1）没有运转部件，可以安静地生产清洁能源。（2）维护简单，容易实现自动化和无人化。（3）与规模大小无关，可按一定的效率发电。（4）由于是模板结构，易于产生规模化效益。（5）用扩散光也可以发电。（6）光发电是对废弃能源的有效利用。2024/7/643

一、填空1.

人们生活所必需的能源可分为

及

两部门。2.

目前，占现有一次能源45%的电力能源包括

和

。人类文明的进步与人类社会工业化、近代化的变迁，都称为

和变迁。3、人们生活所需的能源可发分为维持个人生命的

和

、

及生产活动中使用的生活能源两部分。4、伴随着能源工业化的进展，人们选择更方便、更经济性的能源形态，也就是说，这一技术革新也是基于

而产生的。第一章

2024/7/6445、不同于化石能源的消费的原子能发电，称之为

的太阳能发电、风力发电的应用。6、在化学能源枯竭之前找到

的替代能源。7、3E三重矛盾是在

发展的过程中，伴随着

的消费，以化石能源为主体的资源需求结构会造成对

的破坏。8、到达地球表面的太阳能，是通过几乎接近真空的宇宙空间，以

的形式辐射过来。9、太阳能到达地球的总辐射能量应该是

与

的乘积。10、太阳能电池的转换效率几乎是

的，与其所利用的装置规模与

无关。11、光发电是对

有在效利用。第一章

2024/7/645第一章

二、问答题：1.

什么是3E矛盾？2.

人们生活所必需的能源的组成有哪几部分？3.

什么是生态发电？生态发电的重要意义是什么？4.

什么叫太阳常数？5.

太阳能发电的优点？2024/7/646

2.1

引言

2.2

半导体的光吸收和光传导效率

2.3

半导体的光电效应

2.4

太阳能电池的原理及能量转换效率

2.5

理论极限效率和太阳能电池的损失

2.6

高效率化技术及其装置物性

第二章

太阳能电池的原理及装置物性

引言本章内容：一、半导体的入射光与固体中的原子和电子如何产生相互作用，以及光能转换成电能的基本过程；二、介绍pn结太阳能电池的结构及工作原理，即说明光能转换成电能的效率及损耗部分，转换效率的方程式与等价电路的关系，不同波长的光响应收集效率的定义和各种太阳能电池结的构成及其能隙的形状、机能。半导体的光吸收和光传导效率光和物质的相互作用有吸收、反射、折射、偏转、漫射等现象。引起这些现象的本质过程，可以理解为物质内存在的载流子(电子、空穴)和电磁波之间的能量的相互作用。根据能量的不同，与不同晶格、不同状态的电荷粒子相互作用的结果，分别表征出各自不同且特有的光响应。半导体的光吸收和光传导效率决定半导体光学性质最重要的波段是从红外光到可见光这一范围。其中，太阳辐射光谱中，主要是以可见光段为中心、从波长为300nm附近的近紫外光段到波长仅数μm的红外光段。光引起的电子跃迁“门槛值”所需能量，是由原子规则排列产生的结晶结构中的禁带宽度(又称bandgap)所决定的。半导体的光吸收和光传导效率半导体的光学性质一般有很大的结晶光学常数。直接跃迁：迁移前后电子动量不发生变化。间接跃迁：迁移前后电子动量发生变化。光传导效应：半导体被光照射后，由于带间吸收及带-能级带的吸收，带内被激发的电子和空穴，作为自由载流子而振动，因此其电导率就会增加。半导体的光电效应光生伏特效应：在半导体被光照射、产生光传导现象肘，如果由光产生的载流子在不同位置具有不均一性，或者由于pn结产生了内部载流子的话，就会因扩散或者漂移效应而引起电子和空穴密度分布不平衡，从而产生电力。丹倍效应：若与光照射方向平行的试验材料的厚度d与光的浸透深度δ相比较大时，多数的半导体会在试验材料的表面和内部之间产生电位差，这就是丹倍效应。PEM效应：在引起丹倍效应的试验材料与光垂直的方向上加一个磁场，因为丹倍效应产生的扩散电流受劳伦斯力的影响，就会产生空穴电力。太阳能电池原理及能量转换效率太阳能电池由于要接收太阳辐射光，所以具有很大面积的pn结二极管，引起光电效应必要的内建电场，就是利用了pn结的界面诱导电场。单晶硅太阳能电池是由光透过薄的n型表面层和背面的p型层组成。光照射产生的电子-空穴对，由于pn界面间的内建静电场的作用，电子向上部电极集合、空穴向下部电极集合，在两电极间形成了内建静电场，产生了光电效应；另一方面，与照射光束密度成比例的电流，就会流到外部。太阳能电池原理及能量转换效率太阳能电池的能量转换效率是从太阳能电池的端子输出的电力能量与输入的太阳辐射光能量的比，用百分数来表示。转换效率η可定义为η=太阳能电池的输出功率/进入太阳能电池的太阳能*100%。填充因子FF=最大输出功率/（开路电压*短路电压），它是太阳能电池好坏的最要指标。理论极限效率和太阳能电池的损失理论极限效率：从从半导体材料的光吸收光谱求得的Isc（短路光电流密度）和考虑了这种材料与太阳光光谱整合限制后的转换效率。结晶硅的理论极限为28%，其研究阶段为24%，大量生产规模为18%~20%，而相对于作为低成本冠军的非晶硅(a-Si)太阳能电池，理论极限为25.5%，p-i-n单结为13%，10X10cm2的研究开发阶段有12%的报道记录。太阳能电池的损失太阳能电池的损失的原因？一、白白透过太阳能电池所用材料而不能产生载流子的部分和在表面反射或漫射损失的能量是最大的损失原因。二、由于光谱响应本来应该为有效光，却因表面反射而损失的反射损失(reflectionloss)；三、由光吸收生成的载流子中，太阳能电池的表面或者背面电极由于与环境复合造成的表面复合损失(surfacerecombinationloss)；四、光生成载流子在半导体的体内复合形成的体内复合损失(bulkrecombinationloss)；五、太阳能电池供给负荷的电力在电流流动时从电极到半导体容体内的电阻焦耳热的串联电阻损失(seriesresistance)；理论极限效率和太阳能电池的损失电压因子损失：光生载流子由于半导体中的内建静电场产生漂移，所形成极化电场虽然变成了输出电力，但此时如果超过pn结的不纯物浓度决定的扩散电位VD，也得不到起始电力。也就是说，存在具有最低禁带宽度的损失，此损失叫做电压因子损失。高效率化技术及其装置物性

太阳能电池作用的四个基本功能：A光学整合（尽量将有效导入到半导体中的光能进行整合）；B光载流子的生成；C生成载流子的分级（由内部电场引起的光生成载流子的分极功能是最基本的过程）；D载流子的收集电极（为了发挥太阳能电池能量转换因子的作用，将光生成的电能有效输出到输出端的电极配置的设计也是重要的因素）高效率化技术及其装置物性

与光载流子有关的半导体功能：A最重要的就是在受光部分尽量接收尽可能宽的频率范围的光，并满足无反射条件，这一点可以通过使用导电膜，将折光率引入到半导体之中的方法；B还有进行表面的凹凸不平设计，通过半导体内的多重反射，将入射光封闭在半导体内的方法。高效率化技术及其装置物性

提高太阳能电池的效率的方法：A、尽可能地减少能量转换过程中的各项损失；B、尽可能多地将太阳辐射的能量进行收集；C、尽可能地扩大半导体中可收集到光的频率范围。高效率化技术及其装置物性

高效率化的原理机构与具体的技术A、入射到材料的光能的有效封闭；a、无反射（AR）覆盖，减少表面反射损失；b、织构化表面凹凸不平处理（利用漫反射增大有效浸透深度；c、内部界面电极的漫反射处理BSR。B、光生载流子的有效收集和光电效果的增大：a、异质结产生的少数载流子反射镜效应；b、漂移型光起电效应，p-i-n结合、分层窗、分层不纯物覆盖；c、超晶格的利用；C、光生成载流子的复合损失的减少：a、光生成活性层的膜质的改善；b、pn、pi、in结合以及异质结界面的复合引起的减少。高效率化技术及其装置物性

D、直接电阻损失的减少（串联电阻）：a、透明电极的低电阻对策；b、电极开关的最优化；c、隧道效应电极及其最佳配置设计。E、电压因子损失的减少（并联电阻）：a、异质结减少少数载流子的界面复合；b、漂移型光起电效应的利用；c、其他BSF处理等。F、更宽光谱的光能的收集：a、4端子分层型太阳能电池；b、2端子分层型太阳能电池；c、异质表面结合；d、宽梳状窗的作用（异质结合、超晶格利用）。2024/7/662一、填空1、光和物质的相互作用有

、

、

、

等现象。引起这些现象的本质过程，可以理解为物质内存在的

和

之间的相互作用。2、光引起的电子跃迁门槛值所需的能量，是由原子规则排列产生的结晶结构中的

所决定的。3、迁移前后电子动量不发生变化，垂直移动叫

;而在跃迁前后动量变化时，所表示的结晶空穴振动能量的移出、移入、称为

。4、半导体的界面或表面被

产生载流子后，生成的

和

由于载流子的作用向

的方向漂移，引起

极化，从而产生了因光照射引起的

。第二章2024/7/6635、太阳能电池由于要接收

，所以具有很大面积的PN结二极管，引起光电效应必要的

，就是利用了PN结的

。6、太阳能电池的能量转换效率是从太阳能电池的端子

的电力能力与

的太阳能辐射光能量的比。7、以标称效率为基础，用于计算太阳能电池的输出测定法，可以求得实用太阳能电池的

。8、光电流与

有关系，与所加的

无关，是一个

值。9、太阳能电池的输入光与

有相关性。10、太阳能电池处于开路状态，与辐射光强度相对应会产生一个电压，此时的电压称为

。11、

是表示太阳能电当好坏的重要指标。第二章2024/7/66412、结晶硅的理论极限为

，其研究阶段为

，大量生产规模为

。13、存在具有最低禁带宽度εɡ

的Hω-QVOC的损失，此损失叫做

。14、目前实用化的太阳能电池中98％使用的是

。15、为了发挥太阳能转换因子的作用，将光生成的

有效输出到

的电极配置的设计也是重要的因素，这就是D。16、利用两种半导体的异质结串联太阳能电池，称为

。17.

光的吸收系数a被定义为

。18.

决定半导体光学特性最重要是波段是

到

范围。19.

标称效率：太阳光线通过的空气气量条件为

，输入光的功率为

，在负荷变化的最大电力输出与其的比值。第二章2024/7/6651、什么是禁带宽度？2、什么叫半导体的基础吸收边缘？3、什么叫光传导效应？由几种类型组成的？4、什么叫光生伏特效应？什么是丹倍效应？什么是PEM效应？5、太阳能电池的工作原理是什么？能量转换效率的表达式是怎样？什么是标称效率？6、什么叫短路光电流密度？7、什么叫开路电压？开路电压的表达式8、太阳能电池的转换效率的表达式？9、什么叫太阳能理论极限效率？10、太阳能电池转换率低下，产生损失的主要原因是什么?二、简答第二章2024/7/66611、请画出太阳能电池作用的四个基本功能图？其中ABCD的作用各是什么？12、入射到材料的光能的有效封闭的技术有几种方法？13、光生载泫子的有效收集和光电效果的增大技术有几种？14、光生成载流子的复合损失的减少技术有几种？15、直接电阻损失的减少技术有几种？16、电压因子损失的有几种？17、更宽光谱的光能的收集技术有几种？18、什么是BSF？19.

什么是直接跃迁和间接跃迁？第二章太阳能利用技术2012.4第一章绪论参考：《太阳能原理与技术》，施钰川，2009太阳及太阳能一、太阳的结构太阳是一个巨大且炽热的气体球，它的直径约为1.4×106km，是地球直径的109倍；体积为1.48×1018km3,是地球体积的130万倍；质量为1.989×1027t,是地球质量的33万倍。二、太阳的化学组成太阳光谱学分析：氢75%，氦24.25%；其他60多种元素。

亮度：光球层>色球层>日冕层>>温度100万热力学K为什么太阳温度从表面向日冕递增？波加热的观点：太阳拥有的强大磁场能够带走太阳表面溢出的波，这些波将自身的能量倾泻在日冕中，加热呈电离状态的气体，使其温度极度升高。太阳磁场极端扭曲的观点：太阳磁场的磁圈向外延伸触及到日冕时产生扭曲，磁圈极度扭曲就会突然断裂，爆炸式地释放能量，迅速加热日冕气体。1.核反应区：体积占1.6%，质量占50%

高温(800－1500万K)、高压(3.3×1011atm)下的热核反应，氢核聚变成氦核，释放巨大的能量。2.辐射区：体积占一半，质量占49.9%

温度70万K，以辐射的形式向外传递能量。3.对流区：体积占48.4%，质量仅占0.1%温度70万K－6000K，以对流的形式将能量传递到光球的底层，向外辐射。二、太阳辐射能(solarradiation)1.太阳风(solarwind)

太阳日冕以每天约5×107km的速度不断地发射被电离的微粒子流，主要由电子和质子组成，大约需3天到达地球。当吹到地球附近时，与地磁场发生相互作用，产生大气电离层的扰动和极光现象。太阳风与地球磁场的相互作用地球太阳太阳风太阳风磁力线地球磁力线2.电磁波(electromagneticwave)由不同波长的射线组成，是太阳输送给地球能量的主要方式。影响地球表层系统的太阳辐射主要在紫外(8％)、可见光(47％)和近红外(45％)范围内。波长越短，频率越高；波长越长，频率越低。波长长波波长短波紫外近红外可见光维恩定律：黑体辐射能力最大值对应的波长λMax与辐射体表面的绝对温度T成反比，比例常数C＝2897.8μm·K。

太阳辐射称为短波辐射。地球表面辐射称为长波辐射。三、太阳常数和太阳活动1.太阳常数定义：当地球处于日地平均距离处，在大气圈热成层顶，与辐射方向垂直的平面上，单位面积在单位时间内所接受的太阳辐射。量值：1367W·m-2（1969-1980年），标准差1.6W·m-2，最大偏差±7W·m-2。太阳常数的基本恒定是地球表层系统维持自稳定状态的主要原因。太阳常数的温度效应：太阳常数变化1%，全球平均地面气温将变化0.65-2.0℃。太阳常数变化的主要原因：太阳活动2.太阳活动概念：太阳光球层的黑子、光斑，色球层的日珥、耀斑等的生、消、聚、散变化。地球太阳黑子对太阳常数的影响：太阳黑子活动强时，太阳辐射强度增加，太阳常数增大。对近地面气候的影响：统计分析为主，机理仍不清楚。例如：太阳黑子低值年对应我国南涝北旱，高值年对应南旱北涝。大气圈顶太阳辐射时空分布的特点(W·m-2·d-1)

全年日辐射总量低纬大于高纬,季节变化低纬小于高纬。日辐射总量夏季大于冬季，其纬向梯度冬季大于夏季。春分日和秋分日赤道日辐射总量最大，向两极递减，极点为零。夏至日的日辐射总量从北回归线向南递减，南极圈内为零；向北递增，北半球高纬最大。冬至日的日辐射总量从南回归线向北递减，北极圈内为零；向南递增，南半球高纬最大。日照长度及其季节变化：一天之内的日照长度越长，接收的太阳辐射越多。北极圈以北夏至日的极昼现象。根本原因黄赤交角和地球的公转,使太阳高度角和日照长度随地球在公转轨道上的位置而变化，因此，地球上各地所获得的太阳辐射才具有随季节而变化的特点。

地球的自转：地球自转产生昼夜的更替，从而使地球上太阳辐射的季节变化成为全球共有的现象。太阳能特点

广泛性清洁性分散性间歇性地区性永久性太阳辐射能大气的吸收作用大气的散射作用大气的反射作用地球表面的辐射大气的长波辐射大气中主要吸收物质是氧（O2）、臭氧（O3）及水汽（H2O）；氧吸收波长小于0.2μm的紫外线，在0.155μm处吸收最强；臭氧在整个光谱范围均有吸收，0.20~0.3μm是强吸收带，另一个在可见光0.6μm处。占辐射量的2.1%。水汽是太阳辐射的主要吸收介质，吸收带在红外和可见光区。太阳高度角较低时，水汽吸收占20%。高度为h，投影长度为s太阳辐射到地球大气层外界的能量仅为其总射能量（约为3.75×1014TW）

的22亿分之一，但其辐射通量已高达1.73×105TW，即太阳每秒钟投射到地球上的能量相当5.9×106吨煤。全年的总辐照量MJ/（m2.a）、

KW.h/（m2.a）或全年日照小时数；一天内太阳直射光线照射地面的时间。以小时为单位。我国的太阳能资源太阳的内部构造太阳表面结构太阳的构造

从太阳的构造可见，太阳并不是一个温度恒定的黑体，而是一个多层的有不同波长发射和吸收的辐射体。在太阳能利用中通常将它视为一个温度为6000K，发射波长为0.3～3μm的黑体。太阳能直接传输直接传输适用于较短距离。基本有三种方法：通过反射镜及其它光学元件组合，改变阳光的传播方向，达到用能地点。通过光导纤维，可以将入射在其一端的阳光传输到另一端，传输时光导纤维可任意弯曲。采用表面镀有高反射涂层的光导管，通过反射可以将阳光导入室内。太阳能间接传输间接传输适用于各种不同距离：将太阳能转换为热能，通过热管可将太阳能传输到室内。将太阳能转换为氢能或其它载能化学材料，通过车辆或管道等可输送到用能地点。空间电站将太阳能转换为电能，通过微波或激光将电能传输到地面。生物转换利用太阳能通过光合作用使太阳能吸收和储存在生物质内，经过化学和生物处理，制成液体或固体燃料。将糖类作物、谷物和植物纤维作原料，生产燃料酒精，渗到汽油中合成酒精汽油。例如，巴西已从甘蔗中提炼酒精，与汽油合成汽车用油。生物转换利用太阳能发展薪炭林。烧炭是一种古老的生物能利用方式。若有计划的植林，不仅可作燃料以及作为酒精沼气原料，而且还能保护环境，防止水土流失。将高等有机废物进行分解，在厌氧微生物作用下，可产生沼气。尚在研究利用藻类和某些微生物的光合作用，在阳光下分解制氢，提供燃料。太阳能的利用方式光-热转换（热利用、热发电）古老、技术成熟、应用广泛、成本低温度低，能源品味低，适用于直接利用光-电转换发展速度快、前景乐观光化学利用光解、光合、光敏反应太阳能热发电太阳热能直接发电（半导体材料或金属材料的温差发电、真空器件中热电子和热离子发电、碱金属的热电转换及磁流体发电）太阳能热动力发电（利用聚光技术，将工质加热到数百摄氏度的高温，利用蒸汽发电。）太阳能光伏发电利用半导体的光生伏打效应；太阳能电池、控制器、逆变器、储能蓄电池等构成；优点：安全可靠、无噪声、无污染；无需消耗燃料，无机械转动部件，故障率低，维护简单，建站周期短，规模大小随意，无需架设输电线路。光伏发电前景发展迅速（图1-9）；效率逐步提升（表1-2）；随着技术进步、产业规模的不断扩大，成本继续不断降低；中国光伏发电的现状与前景开展了单晶硅、多晶硅高效电池、非晶硅薄膜电池、CdTe薄膜电池、CIS薄膜电池，多晶硅薄膜电池等关键技术研究；效率对比（表1-4）2024/7/6114第三章

单晶硅太阳能电池和太阳能电池模板

3.1

引言

3.2

单晶硅太阳能硅片的制造方法

3.3

HIT太阳能电池片及其制造方法

3.4

大面积太阳能电池模板

3.5

采光型太阳能电池模板

3.6

超高效率太阳能电池

引言本章主要讲解了单晶硅太阳能硅片的制造方法、HIT太阳能电池片及其制造方法、大面积太阳能电池模板、采光型太阳能电池模板、超高效率太阳能电池，教学重点是单晶硅太阳能电池光电转化的原理：教学难点是材料的不同制造的方法不同。目前用于太阳能电池的材料，根据制造方法的不同，有不同的种类，单晶硅最早用于研究，1954年在贝尔实验室发明了pn结型硅太阳能电池。基本要求：

1、理解单晶硅太阳能电池基本性质、电池结构。

2、单晶硅太阳能电池的特点。

3、了解太阳电池的分类方法（按电池材料、电池结构及技术成熟程度）、制备过程及电池结构。

太阳能电池的发展史1839年法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应。1954年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅太阳能电池。1958年我国研制出了首块硅单晶，研发出的电池主要用于空间领域。70年代末，我国与国际同期开展了砷化镓太阳能电池研究，该电池具有很高的光吸收系数，1999年，2×2cm2电池的转换效率达22％。1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂，电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，生产能力由原来的几百KW（千瓦）一下子提升到4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。1999年，保定天威英利新能源有限公司承建了“多晶硅太阳能电池及应用系统示范工程”项目，2003年12月正式通过国家验收，全线投产，填补了我国不能商业化生产多晶硅太阳能电池的空白。太阳能电池发展历史2002年9月，尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产，产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和，一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了15年。2004年1月19日，中国第一台12对棒多晶硅高效节能大还原炉在中硅高科试验成功，各项技术指标均达到国际先进水平。至此，中国人掌握了由美国、日本、德国等国垄断20余年的多晶硅生产核心技术。2005年，国内第一个300吨多晶硅生产项目在洛阳中硅建成投产，拉开了中国多晶硅大发展的序幕。2005年12月14日，无锡尚德在美国纽约证券交易所挂牌，成为中国内地首家在纽交所挂牌上市的民营高科技企业。从此，国内太阳能电池的生产和研发也驶入了快车道。2007年，我国太阳能电池产量约占世界总产量的三分之一，成为世界第一大太阳能电池生产国。结语：尽管我国从2007年开始成为世界生产太阳能电池最多的国家，但与国外还有不少的差距。而且，在各种新型太阳能电池的开发上，我们还处在起步的阶段，而国外已经有了很大的发展，因此，我国太阳能电池的发展任重而道远。单晶硅太阳能电池的制造方法单晶硅太阳电池其特征如下：(1)原料硅的藏量丰富。由于太阳光的密度极低，故实用上需要大面积的太阳电池，因此在原材料的供给上相当重要，再加上Si材料本身对环境影响极低。(2)由单晶硅制造技术或p-n接合制作技术，为电子学上Si集成电路的基础技术，随着技术成熟度增加而进步神速。(3)Si

的密度低，材料轻。特别是应力相当强，即使厚度在50μm以下的薄板，强度也够。(4)与多晶硅及非晶硅太阳电池比较，其转换效率较高。(5)发电特性极稳定。在灯塔与人造卫星实用上，约有20年耐久性。(6)由于能阶构造属于间接迁移型，在太阳光谱的主区域上，光吸收系数只有103cm-1

程度，相当小。故为吸收太阳光谱，需要100μm厚的硅。

单晶硅铸模的制造金属硅经过氢还原为SiHCl3等硅烷系气体，再经还原热分解为固体硅，最后单晶硅铸模（溶解加提纯）。图见课本P43单晶硅硅片的制造硅片切割是太阳能光伏电池制造工艺中的关键部分。该工艺用于处理单晶硅或者多晶硅的固体硅锭。线锯首先把硅锭切成方块，然后切成很薄的硅片。这些硅片就是制造光伏电池的基板。电池片的形成单晶硅太阳电池是以光生伏特效应为原理而制成的把光能直接转换成电能的一种器件，它是用单晶硅材料制成的。单晶硅太阳电池的工作原理可以概括成下面几个主要过程：

1.必须有光的照射，可以是单色光、太阳光或模拟太阳光源等；

2.光子注入到单晶硅半导体后，激发出电子-空穴对。这些电子-空穴应有足够的寿命，在它们被分离之前不会复合消失；3.必须有一个静电场，在静电场的作用下，电子-空穴对被分离，电子集中在一边，空穴集中在另一边。绝大部分单晶硅太阳电池利用PN结势垒区的静电场实现分离电子一空穴对的目的，PN结是单晶硅太阳电池的“心脏”部分；

4.被分离的电子和空穴，经由电极收集输出到电池体外，形成电流。电池片高效率化技术在前一节，对一般的单晶硅太阳能电池的制作方法进行了说明，现在来考虑高效率化的方法[2,3]。①入射光的有效利用(光封闭〉。通过减反射膜减少表面反射，对表面的材料进行蚀刻，进行光封装。②光生载流子收集效率的改善。BSF、超晶格的利用。③光生成载流子复合损失的减少。光生活性层的膜质改善，结界面的复合抑制。④直接电阻损失的减少。透明电极的低电阻化、集电极的最佳化。⑤电压因子损失的减少。BSF、漂移型光电效应的利用。在上述各项中，主要说明已经被规模生产所采用的材料蚀刻以及BSF结构。电池片高效率化技术1．硅片表面的材料蚀刻切割及研磨结束后，单晶硅片的表面虽然光滑了，但为了减少从表面进入的入射光的反射，增加光电流，要对硅片表面进行材料加工(凹凸化〕。用碱性溶液（KOH、NaOH等)，利用单晶表面蚀刻速度的差异性，如图3.6所示，可以对单晶硅片表面进行棱状的凹凸(幅高约为10~20μm)加工处理。由于其表面凹凸结构，电池片表面入射的光会被多重反射，从而使光走过的路程加长达到增加光电流的目的。电池片高效率化技术BSF结构单晶硅太阳能电池的基本结构是pn结，如图3.7所示，在背场将不纯物进行喷雾处理，形成p+层，可以改善收集效率。这一结构叫做BSF(backsurfacefield)型电池片。图3.8示出了BSF型电池片的能带图。由于p+层的存在，在背侧面中产生了内建静电场，可将少数载流子追回，从而减少复合损失[HIT太阳能电池片及其制造方法HIT(heterojunctionwithintrinsicthin-layer)太阳能电池是由单晶硅和非晶硅(a-Si)进行叠层得到的新型太阳能电池，1997年实现实用化。图3.10是HIT太阳能电池与以前的单晶硅太阳能电池的比较。HIT太阳能电池片，是在n型单晶电池片的两面形成a-Si层制造的，与单晶硅电池片太阳能电池相比，为了能够使电池片的厚度尽量薄，具有表面和背面成对称结构这一特点。非晶硅太阳电池主要由玻璃、不锈钢为衬体的薄膜太阳电池。制造过程：将硅片洗净并进行表面凹凸处理后，用等离子体CVD法形成两面的a-Si层，表面一侧形成i型a-Si层以及p型a-Si层，背面形成i型a-Si层以及n型a-Si层，再在两面形成的a-Si层上安装透明导电膜和集电极，完成电池片的制造。HIT太阳能电池片的特点结构较简单，但可以得到较高的转换效率。随着温度的上升有特性下降的特点，但与以前的结晶系太阳能电池相比，下降较少，因此实际的发电量较多。形成a-Si过程的温度为200℃以下的低温，与以前的扩散型结晶系太阳能电池的结合温度为900℃相比相当低，可以节省能源。为了实现表面和背面对称结构，减少热膨胀引起的缝隙，可以使用薄型基片代替硅片，节省资源(HIT：200μm，以前的结晶硅300μm以上)。由于背面来的入射光也可以发电，具有两面发电的可能性。大面积太阳能电池模板图3.20(a)的超级直线结构，表面一侧用强化破璃，背面用塑料薄膜(经常使用的是耐气候条件好的氟系薄膜)进行保护，具有良好的耐久性、可靠性。目前己实用化的太阳能电池的模板中，超级直线型结构使用的最多。图3.20(b)的玻璃包装型结构，背面保护材料也使用强化玻璃，虽然比超级直线型具有更高的可靠性，但其缺点是重量太重。图3.20(c)中的次直线型结构，太阳能电池片的背面使用的是铝制板或者塑料板等，表面保护材料用透明薄膜，主要用于轻便携带时使用的太阳能电池模板。首先，在太阳能电池片中将称为“爆带”的一对金属片(附有焊锡的铜线)，通过焊接等方式安装。将安装了爆带的太阳能电池片在背侧连接起来，这样便可将更多数量的太阳能电池电池片成列连接，得到成排的多个电池片。然后将成排的多个电池片用填充材料(EVA)填充、用玻璃或者背面薄膜进行压膜处理，再安装用于保护模板周围的框架以及引出电流电缆线的端子盒。最后用太阳能模拟，完成模板的电流电压特性测定后，审核是否达到了指定的性能标准。太阳能电池片的爆带处理以及连接成排，已经开发出了规模化的生产装置，可以实现自动化生产。另外，压膜过程也开发出了专用装置，由太阳能生产厂家使用。太阳能电池模板的制造过程采光型太阳能电池模板太阳能电池的模板是由采光和发电两部分组成的，图3.24所示为其外观。一般的太阳能电池的模板，为了提高填充率，需尽量减少电池片和电池片之间的间隔，而采光型太阳能电池的模板却相反，在电池片和模板周围开数cm的缝隙，由此处让太阳光透过。高效率太阳能电池1.背接触电池PERL电池片及其结构PERL(passivatedemitterandrearlocally-diffused)电池片的结构如图3.27所示。PFRL结构有如下的特点：使用商品质的p型FZ单晶硅片。为了提高电池片表面的光封闭效率，形成了倒金字塔形的蚀刻表面。为了提高减反射膜的效率，采用了2层结构。表面和背面的硅表面形成了较薄的钝化膜，降低了表面载流子的复合。在钝化膜表面开设了小孔，由于在此形成电极，所以可以减少电极部分的金属和硅的接触面积。另外，在背面的孔周围进行高度喷雾(P+)，实现了低电阻化并减少了复合。高效率太阳能电池OECO(obliquelyevaporatedcontact)是由德国的拉温浮伐研究所(ISFH)开发的一种结构，如图3.28所示。基片用p型FZ电池片，尺寸100cm2时，转换效率达到了20%。OECO结构的特点如下：通过对电池片表面进行机械加工，可以得到深度约为20μm的垂直的沟，机械加工后，为了消除损伤，进行了蚀刻，也有再进行纹理化的。在电池片表面的n+层上，形成很薄的氧化膜，然后再在与其上面垂直的沟的侧面制备铝电极，为了钝化和防止反射，用PECVD法形成SiN膜。因表面电极而引起的发电面积损失非常小、减反射膜性能好、电极和硅界面状态良好，可以得到高的转换效率。作业布置：（1）简述单晶硅太阳能电池的特点有哪些。

（2）太阳能电池模板种类有哪些。

（3）太阳能电池有什么样的结构构成。2024/7/61351、单晶硅太阳能和多晶硅太阳能电池的产量合计约占世界太阳能产量的

左右。2、单晶硅棒和PN结的制造技术等，与

以及

等半导体制造技术有较多共同部分，且历史悠久，实际业绩突出。3、单晶硅太阳能电池制造工程由

和

组成。4、原材料用硅砂，先将其还原为纯度为97％-98％的

，为了进一步提高纯度，将与

反应，生成

，再将其

，

得到纯度为99.99999％以上的多晶硅。5、将得到的多晶硅进行溶解，做成单晶硅，其方法有

和

两种。6、目前太阳能电池用的铸模，仍以生产性能高的

为主。一、填空第三章2024/7/61367、由于线切割面是被机械冲击过，因此会残留结晶变形，使电气特性变坏，因此需用

进行腐蚀，使表面

的程度。8、气体扩散法是将含

的气体在

下向硅片进行

，形成

，一般都用这一方法。9、

扩散法是用含有磷的溶液代替

进行

和

，使磷向硅片中扩散形成

，具有简单易于大型化生产的优点。10、电池高效率化技术说明已被规模生产所采用的

及

。11、用碱性溶液，利用

的差异性，可以对

表面进行

凹凸加工处理。第三章2024/7/613712、单晶硅太阳能电池的基本结构是

，在背场将不纯物进行

，形成

，可以改善收集效率。13、BSF型电池片的收集效率，

形成，可以在更长

范围内改善收集效率。14、太阳能电池是由于

和

进行叠层得到的新型太阳能电池。15、HIT电池片是在

的两面形成

制造的。16、由于入射光也可以发电，具有两面发电的可能性是

和

。17、一般的太阳能电池模板只有电池片的表面一侧是

，而HIT太阳能电池在背面也采用

，可以利用

和从地面来反射光进行发电。第三章2024/7/613818、两面发电型最特别的有效应用

安装。19、太阳能电池模板有

、

、

三种结构。20、压模可分为两部分，

和

装置。21、一般的太阳能电池的模板，为了提高填充率，需尽量减少电池片和

之间的

，而采光型太阳能电池的模板却

，在电池片和模板周围开数CM的

，由此处让太阳光透过。22、由于单晶硅基片的制造技术和

等的半导体技术有很多的共同点，因此新技术从半导休整上导入是有右能的，最近引人注目的技术之一是

技术。23、在多晶硅薄膜制造装置中可使用RTP，将得到的灯光用

，然后缓慢地

，使多晶硅薄膜再

。第三章2024/7/61391、单晶硅太阳能电池的特点是什么？2、电池片工程分哪三部分？3、什么是集麦斯法？4、什么是CZ法？5、单晶硅硅片的制造过程？6、电池片高效率化的技术方法有哪些？7、硅片表面的材料蚀刻目的是什么？8、什么叫BSF结构？二、简答第三章2024/7/61409、HIT电阳能电池的结构及制造方法？特点是什么？10、太阳能电池模板的种类？各种类的作用？11、太阳能电池构成的原素有哪些？各无素的作用是什么？12、太阳能电池模板的制造过程是什么样的？13、压模过程的顺序步骤如何？14、高效率太阳能电池的种类及各种类的结构是什么？15、简述PERL、OECO电池片的特点。16、什么是理论极限效率？17、太阳电池能量损失部分大致可分为哪些？第三章2024/7/6141第四章

多晶硅太阳能电池

4.1

引言

4.2

多晶硅铸模的制造技术

4.3

多晶硅太阳能电池的高效率化技术

4.4

多晶硅薄膜太阳能电池的开发

4.5

结束语

引言近年来高速发展中的太阳能发电装置，如果观察其内部结构的话，可知使用结晶硅系的占大部分，其中一半以上的太阳能电池使用的是用铸造法制造的多晶硅基片。这类基片除了费用低、有利于批量生产外，由于多年的技术开发，做了许多提高转换效率的研究，因此面积约为1m2的实用阶段的模板也实现了13%~14%的高效率。多晶硅铸模的制造技术

目前，大部分多晶硅基片都是用所谓的铸造法生产的。基片广泛使用10~15cm的角，铸造基片的高品质化是高效率电池片制作所必须解决的为了实现高品质化，对基片的物性进行正确评价，有必要将其结果反馈回铸模制造过程。广泛采用光电导率衰减测定(photo-conductivitydecay)法测定少数载流子在基片内的寿命分布，以此来对该过程进行评价。多晶硅铸模的制造技术为了实现高品质化，对基片的物性进行正确评价，有必要将其结果反馈回铸模制造过程。广泛采用光电导率衰减测定(photo-conductivitydecay)法测定少数载流子在基片内的寿命分布，以此来对该过程进行评价。光电导衰退测量少数载流子的寿命本实验的目的是学会用高频光电导衰退法测量硅单晶中少数载流子的寿命。

半导体中少数载流子的寿命对双极型器件的电流增益、正向压降和开关速度等起着决定性作用。半导体太阳能电池的换能效率、半导体探测器的探测率和发光二极管的发光效率也和载流子的寿命有关。因此，半导体中少数载流子寿命的测量一直受到广泛的重视。测量少数载流子寿命的方法很多，分别属于瞬态法和和稳态法两大类。瞬态法是由测量半导体样品从非平衡态向平衡态过渡过程的快慢来确定载流子寿命。例如：对均匀半导体材料有光电导衰退法，双脉冲法，相移法；对P-N结二极管有反向恢复时间法，开路电压衰退法。稳态法是由测量半导体处在稳定的非平衡时的某些物理量来求得载流子的寿命。

例如：扩散长度法，稳态光电导法，光磁效应法，表面光电压法等。近年来，许多文章介绍扫描电镜测量半导体的少数载流子扩散长度。在硅单晶的检验和器件工艺监测中应用最广泛的是光电导衰退法和表面光电压法，这两种测试方法已经被列入美国材料测试学会(ASTM)的标准方法。光电导衰退法有直流光电导衰退法、高频光电导衰退法和微波光电导衰退法。其差别主要在于用直流、高频电流还是微波来提供检测样品中非平衡载流子的衰退过程的手段。直流法是标准方法，高频法在硅单晶质量检验中使用十分方便，而微波法则可以用于器件工艺线上测试晶片的工艺质量。原理:以光子能量略大于半导体禁带宽度的光照射样品，在样品中激发产生非平衡电子和空穴。若样品中没有明显的陷阱效应，那么非平衡电子和空穴浓度相等，他们的寿命也就相同。如果所采用的光在半导体中的吸收系数比较小，而且非平衡载流子在样品表面复合掉的部分可以忽略，那么光激发的非平衡载流子在样品内可以看成是均匀分布。非平衡载流子浓度随时间t按指数方式衰减。光照停止后，过剩载流子不再产生，只有复合。由于过剩载流子逐渐减少，则光电导也就不断下降。这样，通过对光电导随时间变化的测量，就可以得到过剩载流子随时间变化的情况，也就可以求出寿命。光电导衰退法测量过剩载流子寿命，就是根据这个原理进行的。

实验方法:高频光电导衰退法是以直流光电导衰退法为基础的。光脉冲照射载样品的绝大部分上，在样品中产生非平衡载流子，使样品的电导发生改变。要测量的是在光照结束后，附加电导∆G的衰减。利用一个直流电源和一个串联电阻RL，把一定的电压加在样品两端。如果样品是高阻材料，则选择串联电阻RL的阻值比样品电阻R的小得多。当样品的电阻因光照而发生变化时，加在样品两端的电压基本不变。实验步骤:1、样品测试面应无严重氧化及其它污染物。测试时如发现噪声过大，可将测试面重新喷砂或作其他清洁处理。在测试低阻样品时，为了降低样品与电极的接触噪声，可在样品与电极接触处涂以自来水，但切勿涂到光照面上。

2、样品置于耦合电极板上，拉起定位手柄，移动压臂，使弹力橡皮与样品接触。松开定位手柄，旋紧细调螺丝，时样品测试面紧压在电极上。

3、根据被测样品的寿命值范围选择光源：τ<10µs，选用红外光远；τ>10µs选用氙灯光原。使用红外光源时将滤光片旋钮P3顺时针方向旋尽，再将搬把开关P1拨向“红外”，然后按下K3“红外”琴键。若使用氙灯光源，按下K3“氙灯”键，调节P3，选择好滤光片。4、根据被测样品的电阻率，选择电表量程开关K3。ρ>100Ω⋅cm，选择1V档；ρ<100Ω⋅cm，选择100V档。5、配备适当的示波器，用仪器所附的高频电缆将仪器输出端与示波器Y轴输入端相联结。先开始示波器，再启动仪器电源开关K1，时指示灯ZD亮，电表M1应该有指示。如选用氙灯光源，这时应听到每秒一次的触发电离声。慢慢调节氙灯高压控制旋钮，一般使氙灯工作在4KV左右，此时应出现闪光。调节高频输出调谐旋钮W2，使表M1指示在输出最大的调谐位置，以后一般不再旋转此钮。如果选用红外光远，尚需要旋转幅度旋钮W3，此时电压表M2应该有指示。6、对测量值受注入比影响比较大的样品，对光源光强需要加控制。使用氙灯时，通过调节滤光片厚度P3，改变光栏宽度P2以及氙灯工作电压即可以使光强在很大范围内变化。若低阻样品加滤光片以后信号太小，一般可以不加。使用红外光源时，通过调节砷化镓二极管电源电压W3即可。改变光强，该电压升高时光强即增加。一般在测量低阻样品时，光强开到最大；测高阻样品时，光强调至最弱。若此时注入比过大，也可临时加入1~2mm后的滤光片。测量低寿命时可适当减小脉宽以降低注入比。7、调节示波器内同步或外同步，Y轴衰减以及扫描速度，使仪器输出的指数衰减曲线波形与屏幕上的标准曲线尽量吻合。使用红外光源时，应从红外同步插座，用电缆引自示波器的外同步接头，用外同步信号显示衰减波形，此时脉宽部分不再显示。用内同步则全部显示。通常光电导衰减曲线的起始部分不是指数，而衰退到50%以后基本进入单一指数。在光电导衰退曲线的指数部分取点，（见下图），使∆V2=1/2∆V1。根据扫描速度刻盘或时标打点计数，读出t2-t1，就可以得到样品的有效寿命。8、按被测样品的电导率类型及电阻率，查找对应的少数载流子扩散系数D，求出体寿命τb。本实验测量几个样品。多晶硅铸模的制造技术

众所周知，一般用激光束诱导电流（LBIC:Laserbeaminducedcurrent)法评价多晶硅的粒界复合速度，也有人提议用氢处理法及吸收(gettering)法定量评价粒界界面的复合速度。基片的品质及过程评价，不仅要用缺陷密度和激光束，粒界及表面的复合速度等也是重要的基础物性评价指标，因此非常重要。多晶硅铸模的制造技术

基片技术中最引人注目的是基片的薄形化技术。目前可达到200~300μm左右，如果能够通过减少切割损失并将基片的厚度薄形化到150μm，每个铸模可得到的数目就有可能增加。虽然用线性刀多数目同时切割法己被使用，但切割时由于应力的作用仍有基片断裂的问题，因此提高成功切割率也是重要的课题。单晶基片由于强度的关系可以实现加工到50μm，但多晶基片，通过线径缩小等技术，也只能达到100~150μm的程度。也有人提议用电解液和激光束的方法目前世界上，用铸造法制造基片得到的小面积（1cm2）电池片的最高转换效率可达到19.8%。转换效率受粒径大小的影响非常大，因此大面积电池片转换效率的改善是当务之急。将氮化硅膜用作表面钝化膜，或者通过在表面进行蚀刻以增大其面积(100~225cm2)，实现了转换效率提高到17.1%~17.2%的成果。多晶硅太阳能电池高效率化技术多晶硅太阳能电池高效率化技术表面钝化对于高效率是不可缺少的，在多晶硅电池片上用等离子体进行的化学气相沉积法(CVD)生产氮化硅膜是历来常用的方法，这一方法会产生两种效果。首先使用等离子体对氢进行活化，然后对粒界进行钝化。其次，氮化硅膜中所含的固定载流子会产生表面电位，而由于表团电位的变化，会引起实际的表面复合速度下降。多晶硅太阳能电池高效率化技术由表面蚀刻结构所形成的光封闭效果的提高，是高效率化所不可缺少的。多晶硅表面的结晶面是多重的，因此不能像单晶硅基片那样，使用氢氧化钾(KOH)产生的不同方向腐蚀的化学蚀刻方法。有人提议用机械加工法挖出约数十μm的沟，用具有多个切割刀刃的特殊装置，在10cm2上数s就可以处理完成，但必须除去加工损失，很难用于将来的薄形基片。用反应活性离子蚀刻法对表面进行微细加工的方法引人注目。用盐酸系气体等离子体蚀刻法和表面减反射膜相结合的方法。多晶硅太阳能电池高效率化技术如图4.6所示，在较宽的波长范围内都可实现反射率的减少。如图4.7所示，蚀刻中自然形成的SiOF膜，有随机的表面结构。最近发表的规模化生产的高效率电池片的一例如图4.8所示。图中左侧的电池片是由上述的硅氮化膜和反应活性离子蚀刻两种方法组合实施表面加工后的电池片，与以前的电池片(右图)相比较，由于反射被降低，因此外观看上去更黑一些，被称为深蓝(d’blue)电池片。多晶硅太阳能电池高效率化技术随着电池片制造水平的提高及转换效率的改善，大面积(约1m2)模板的转换效率已增加到13%-14%。实用化模板的性能见表4.2。最近除现有屋顶设置标准化形状以外，与建筑物一体型的开发也比较流行，典型的屋顶设计型施工的例子如图4.9所示，根据屋顶的形状来设计模板的形状是必要的。多晶硅薄膜太阳能电池的开发使用原材料少、适合大规模生产的多品硅薄膜太阳能电池，近年来备受关注。它是在陶瓷等基片上形成多晶硅薄膜，进行叠层得到的基片。结晶硅具有间接跃迁型能带结构，因此吸收系数较小，有必要进行光封闭，但在理论上已经明确，活性层的厚度为数μm的薄膜太阳能电池也可以得到高的转换效率。多晶硅薄膜太阳能电池的开发异质基片上高品质叠层的多晶硅型薄膜技术，目前正在广泛研究的有化学气相沉积(CVD:chemicalvapordeposition)法[12]、液相外延（LPE:liquidphaseepitaxy)法[13]、固相结晶化(SPC:solidphasecrystallization)法等。多晶硅薄膜太阳能电池的开发利用多晶硅薄膜制备太阳能电池的基本要求为：（1）多晶硅薄膜厚度为5um—150um；（2）增加光子吸收；（3）多晶硅薄膜的宽度至少是厚度的一倍；

（4）少数载流子扩散长度至少是厚度一倍；（5）衬底必须具有机械支撑能力；（6）良好的背电极；（7）背表面进行钝化；（8）良好的晶粒界。多晶硅薄膜太阳能电池的研究趋势效率低是目前多晶硅薄膜太阳能电池所面临的1个主要问题。因此提高廉价衬底上多晶硅薄膜太阳能电池的效率将是今后一个主要研发方向。通过采取各种工艺措施在廉价衬底上制备大晶粒、高质量的多晶硅薄膜将依然是今后多晶硅薄膜太阳能电池研发的核心课题。

多晶硅薄膜太阳能电池的研究趋势衬底材料的选择范围也很宽，最主要的衬底材料包括低成本硅、玻璃及陶瓷。至今还没有定论何种衬底最佳，可以预见在今后相当长的一段时间内这3种衬底材料的薄膜太阳能电池将共存。小结综上所述，多晶硅薄膜太阳电池在提高太阳电池效率、节约能源和大幅