PDF《太阳能电池原理及工艺流程》

OFweek 太阳能光伏网提供 太阳能电池原理及工艺流程 太阳能电池原理及工艺流程 太阳能电池原理及工艺流程 太阳能电池原理及工艺流程 太阳能是人类取之不尽用之不竭的能源,同时也是清洁能源,其本身不会产 生任何环境污染.

在太阳能的有效利用当中,大阳能光电转换利用是近些年来发 展最快、最具活力的研究领域,是太阳能技术应用领域中最受瞩目的项目之一. 制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础, 其工作原理是利用光电材料受 光能照射后发生光电反应而实现能量转换.根据所用材料的不同,太阳能电池可 分为:硅基太阳能电池、薄膜太阳能电池、生物太阳能电池等等,这里主要讲的 硅基太阳能电池. 硅太阳能电池 硅太阳能电池 硅太阳能电池 硅太阳能电池 1.硅太阳能电池工作原理与结构 太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应, 一般的半导体主要结构如 下: 图中,正电荷表示硅原子,负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子. 当硅晶体中掺入其他的杂质,如硼、磷等,当掺入硼时,硅晶体中就会存在 着一个空穴,它的形成可以参照下图: 图中,正电荷表示硅原子,负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子.而黄 色的表示掺入的硼原子,因为硼原子周围只有

3 个电子,所以就会产生入图所示 OFweek 太阳能光伏网提供 的蓝色的空穴,这个空穴因为没有电子而变得很不稳定,容易吸收电子而中和, 形成 P(positive)型半导体. 同样,掺入磷原子以后,因为磷原子有五个电子,所以就会有一个电子变得 非常活跃,形成 N(negative)型半导体.黄色的为磷原子核,红色的为多余的 电子.如下图. P 型半导体中含有较多的空穴,而N型半导体中含有较多的电子,这样,当P型和 N 型半导体结合在一起时,就会在接触面形成电势差,这就是 PN 结. 当P型和 N 型半导体结合在一起时, 在两种半导体的交界面区域里会形成一 个特殊的薄层),界面的 P 型一侧带负电,N 型一侧带正电.这是由于 P 型半导 体多空穴,N 型半导体多自由电子,出现了浓度差.N 区的电子会扩散到 P 区,P 区的空穴会扩散到 N 区,一旦扩散就形成了一个由 N 指向 P 的"内电场",从而 阻止扩散进行.达到平衡后,就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差,这就是 PN 结. 当晶片受光后,PN 结中,N 型半导体的空穴往 P 型区移动,而P型区中的电 子往 N 型区移动,从而形成从 N 型区到 P 型区的电流.然后在 PN 结中形成电势 差,这就形成了电源.(如下图所示) OFweek 太阳能光伏网提供 由于半导体不是电的良导体,电子在通过 p-n 结后如果在半导体中流动, 电阻非常大,损耗也就非常大.但如果在上层全部涂上金属,阳光就不能通过, 电流就不能产生,因此一般用金属网格覆盖 p-n 结(如图 梳状电极),以增加 入射光的面积. 另外硅表面非常光亮,会反射掉大量的太阳光,不能被电池利用.为此,科 学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜(如图),实际工业生产基本都 是用化学气相沉积沉积一层氮化硅膜,厚度在

1000 埃左右.将反射损失减小到 5%甚至更小.一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限,于是人们又将很多电 池(通常是

36 个)并联或串联起来使用,形成太阳能光电板. 2.硅太阳能电池的生产流程 通常的晶体硅太阳能电池是在厚度 350~450μm 的高质量硅片上制成的, 这 种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成. 上述方法实际消耗的硅材料更多.为了节省材料,目前制备多晶硅薄膜电池 多采用化学气相沉积法,包括低压化学气相沉积(LPCVD)和等离子增强化学气 OFweek 太阳能光伏网提供 相沉积(PECVD)工艺.此外,液相外延法(LPPE)和溅射沉积法也可用来制备 多晶硅薄膜电池. 化学气相沉积主要是以 SiH2Cl

2、SiHCl

3、SiCl4 或SiH4,为反应气体,在一 定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上,衬底材料一般选用 Si、 SiO

2、Si3N4 等.但研究发现,在非硅衬底上很难形成较大的晶粒,并且容易在 晶粒间形成空隙.解决这一问题办法是先用 LPCVD 在 衬底上沉积一层较薄的非 晶硅层,再将这层非晶硅层退火,得到较大的晶粒,然后再在这层籽晶上沉积厚 的多晶硅薄膜,因此,再结晶技术无疑是很重要的一个环 节,目前采用的技术 主要有固相结晶法和中区熔再结晶法.多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外, 另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术,这样制得的 太阳能电池转 换效率明显提高. 太阳能电池发电的原理 太阳能电池发电的原理 太阳能电池发电的原理 太阳能电池发电的原理 太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应. 能产生光电效应的材料有 许多种,如:单晶硅,多晶硅,非晶硅,砷化镓,硒铟铜等.它们的发电原理基 本相同.现以硅为例说明. 带正电荷硅原子旁边围绕着四个带负电荷的电子. 可以通过向硅晶体中掺入 其他的杂质,如硼、磷等来改变其特性.当掺入硼时,因为硼原子周围只有

3 个电子,所以硅晶体中就会存在着一个空穴,这个空穴因为没有电子而变得很不 稳定,容易吸收电子而中和,形成 N 型半导体.当掺入磷原子时,因为磷原子有 五个电子,所以就会有一个电子变得非常活跃,形成 P 型半导体.N 型半导体中 含有较多的空穴,而P型半导体中含有较多的电子,这样,当P型和 N 型半导体 结合在一起时,就会在接触面形成电势差,这就是 PN 结.当光线照射太阳能电 池表面时,PN 结中的 N 型半导体的空穴往 P 型区移动,而P型区中的电子往 N 型区移动,从而在 PN 结两侧集聚形成电位差.当外部接通电路时,在该电压的 作用下,将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率.这个过程就是光子能量 转换成电能的过程. OFweek 太阳能光伏网提供 其他相关知识 其他相关知识 其他相关知识 其他相关知识: : : : 1.塞贝克效应:德国物理学家塞贝克发现,两种不同导体所组成的回路中, 当两接点处于不同温度时,就产生电动势,因而也就产生电流. 2.隧道效应原理:在两层金属导体之间夹一薄绝缘层,就构成一个电子的隧 道结.实验发现电子可以通过隧道结,即电子可以穿过绝缘层,这便是隧道效应