一、太陽能電池的工作原理

太陽能電池是一對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體硅為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)。

吉光光電當(dāng)光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。

二、太陽能電池的制作過程

儲量豐富的硅

“硅”是我們這個星球上儲藏最豐量的材料之一。自從19世紀(jì)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導(dǎo)體特性后，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維。20世紀(jì)末，我們的生活中處處可見“硅”的身影和作用，晶體硅太陽能電池是近15年來形成產(chǎn)業(yè)化最快的。

生產(chǎn)過程

生產(chǎn)過程大致可分為五個步驟：a、提純過程b、拉棒過程c、切片過程d、制電池過程e、封裝過程。

以單晶硅為例，其生產(chǎn)過程可分為：

工序一，硅片清洗制絨

目的——表面處理：

清除表面油污和金屬雜質(zhì);

去除硅片表面的切割損壞層;

在硅片表面制作絨面，形成減反射織構(gòu)，降低表面反射率;

利用Si在稀NaOH溶液中的各向異性腐蝕，在硅片表面形成3-6微米的金字塔結(jié)構(gòu)，這樣光照在硅片表面便會經(jīng)過多次反射和折射，增加了對光的吸收;

工序二，擴散

硅片的單/雙面液態(tài)源磷擴散，制作N型發(fā)射極區(qū)，以形成光電轉(zhuǎn)換的基本結(jié)構(gòu)：PN結(jié)。

POCl3液態(tài)分子在N2載氣的攜帶下進入爐管，在高溫下經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)磷原子被置換，并擴散進入硅片表面，激活形成N型摻雜，與P型襯底形成PN結(jié)。主要的化學(xué)反應(yīng)式如下：

POCl3+O2→P2O5+Cl2P2O5+Si→SiO2+P

工序三，等離子刻邊

去除擴散后硅片周邊形成的短路環(huán);

工序四，去除磷硅玻璃

去除硅片表面氧化層及擴散時形成的磷硅玻璃(磷硅玻璃是指摻有P2O5的SiO2層)。

工序五，PECVD

目的——減反射+鈍化：

PECVD即等離子體增強化學(xué)氣相淀積設(shè)備，PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition;

制作減少硅片表面反射的SiN薄膜(～80nm);

SiN薄膜中含有大量的氫離子，氫離子注入到硅片中，達到表面鈍化和體鈍化的目的，有效降低了載流子的復(fù)合，提高了電池的短路電流和開路電壓。

工藝原理：

硅烷與氨氣反應(yīng)生成SiN淀積在硅片表面形成減反射膜。

利用高頻電源輝光放電產(chǎn)生等離子體對化學(xué)氣相沉積過程施加影響的技術(shù)。由于等離子體存在，促進氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離，促進反應(yīng)活性基團的生成，從而降低沉積溫度。PECVD在200℃～500℃范圍內(nèi)成膜，遠小于其它CVD在700℃～950℃范圍內(nèi)成膜。

反應(yīng)過程中有大量的氫離子注入到硅片中，使硅片中懸掛鍵飽和、缺陷失去活性，達到表面鈍化和體鈍化的目的。

工序六，絲網(wǎng)印刷

用絲網(wǎng)印刷的方法，完成背場、背電極、正柵線電極的制作，已引出產(chǎn)生的光生電流;

工藝原理：

給硅片表面印刷一定圖形的銀漿或鋁漿，通過燒結(jié)后形成歐姆接觸，使電流有效輸出;

正面電極用Ag金屬漿料，通常印成柵線狀，在實現(xiàn)良好接觸的同時使光線有較高的透過率;

背面通常用Al金屬漿料印滿整個背面，一是為了克服由于電池串聯(lián)而引起的電阻，二是減少背面的復(fù)合;

工序七，烘干和燒結(jié)

目的及工作原理：

烘干金屬漿料，并將其中的添加料揮發(fā)(前3個區(qū));

在背面形成鋁硅合金和銀鋁合金，以制作良好的背接觸(中間3個區(qū));

鋁硅合金過程實際上是一個對硅進行P摻雜的過程，需加熱到鋁硅共熔點(577℃)以上。經(jīng)過合金化后，隨著溫度的下降，液

相中的硅將重新凝固出來，形成含有少量鋁的結(jié)晶層，它補償了N層中的施主雜質(zhì)，從而得到以鋁為受主雜質(zhì)的P層，達到了消除背結(jié)的目的。

在正面形成銀硅合金，以良好的接觸和遮光率;

Ag漿料中的玻璃添加料在高溫(~700度)下燒穿SiN膜，使得Ag金屬接觸硅片表面，在銀硅共熔點(760度)以上進行合金化。