晶体硅太阳能电池的制造工艺讲义.ppt

、硅太阳能电池工作原理太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源,不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用中;大阳能光电利用是近些年来发展最快,最具活力的研究领域,是其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吸收光能后发生内光电效应,将光能转换为电能。根据所用材料的不同,太阳能电池可分为:硅基太阳能电池和薄膜电池,本章主要讲硅基太阳能电池。太阳能电池发电的原理主要是半导体的内光电效应,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。,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型半导体。黄色的为磷原子核,红色的为多余的电子。如下图。当P型和N型半导体材料结合时,P型(N型)材料中的空穴(电子)向N型(P型)材料这边扩散,扩散的结果使得结合区形成一个势垒,由此而产生的内电场将阻止扩散运动的继续进行,当两者达到平衡时,在PN结两侧形成一个耗尽区。PN结的形成及工作原理零偏负偏正偏当PN结反偏时,外加电场与内电场方向一致,耗尽区在外电场作用下变宽,使势垒加强;当PN结正偏时,外加电场与内电场方向相反,耗尽区在外加电场作用下变窄,势垒削弱。当光电池用作光电转换器时,必须处于零偏或反偏状态。硅光电池是一个大面积的光电二极管,它可把入射到它表面的光能转化为电能。当有光照时,入射光子将把处于介带中的束缚电子激发到导带(光生伏特效应),激发出的电子空穴对在内电场作用下分别漂移到N型区和P型区,当在PN结两端加负载时就有一光生电流流过负载。光电池结构示意图半导体的内光电效应当光照射到半导体上时,光子将能量提供给电子,电子将跃迁到更高的能态,在这些电子中,作为实际使用的光电器件里可利用的电子有: (1)价带电子;(2)自由电子或空穴(FreeCarrier);(3)存在于杂质能级上的电子。太阳电池可利用的电子主要是价带电子。由价带电子得到光的能量跃迁到导带的过程决定的光的吸收称为本征或固有吸收。太阳电池是将太阳能直接转换成电能的器件。它的基本构造是由半导体的PN结组成。此外,异质结、肖特基势垒等也可以得到较好的光电转换效率。