晶体硅太阳能电池结构及原理 ppt课件
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晶体硅太阳能电池结构及原理通用课件
行业政策与市场趋势的挑战与机遇
环保政策
随着全球对环境保护意识的增强，各国政府出台了一 系列的环保政策，对晶体硅太阳能电池的生产和应用 提出了更高的要求，但同时也为环保型、高效能的晶 体硅太阳能电池提供了市场机遇。
市场竞争
晶体硅太阳能电池市场竞争激烈，各国企业都在加大 研发和生产力度，提高产品质量和降低成本，以争取 更大市场份额，企业需要保持技术创新和市场敏锐度， 才能立于不败之地。
分类
太阳能电池主要分为硅基太阳能电池、 薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电 池等几大类，其中晶体硅太阳能电池 是硅基太阳能电池的一种。
晶体硅太阳能电池的应用与优势
应用
晶体硅太阳能电池广泛应用于光伏电站、太阳能热水器、太阳能灯具、太阳能 船、太阳能车等方面。
优势
晶体硅太阳能电池具有稳定性好、寿命长、转换效率高等优点，同时，由于其 在制造过程中技术成熟、成本逐渐降低，因此大规模应用较为广泛。
太阳能光伏电站案例分析
光伏电站类型
根据电站规模和应用场景，太阳能光伏电站可分为集中式光伏电站和分布式光伏电站。集中式光伏电 站通常建设在荒漠、戈壁等土地资源丰富地区，而分布式光伏电站则主要建设在建筑屋顶、墙面等闲 置空间。
案例分析
以某大型集中式光伏电站为例，介绍晶体硅太阳能电池在其中的应用，包括电池组件选型、电站布局 设计、发电效率分析等方面。
太阳能交通工具概述
简要介绍太阳能汽车、太阳能船舶、太阳能 飞机等太阳能交通工具的发展现状及趋势。
晶体硅太阳能电池在太阳 能交通工具中的应用
阐述晶体硅太阳能电池在太阳能交通工具中 的关键技术，如高效能量存储系统、轻量化 设计等，并分析其在提高交通工具续航里程、 降低能耗等方面的作用。同时，探讨晶体硅 太阳能电池在未来太阳能交通工具领域的潜
《单晶硅太阳能电池》课件
单晶硅太阳能电池的结构
单晶硅太阳能电池由多个层次组成，包括正极、负极、PN结和电流收集器等。这些组成部分相互配合，实现 了太阳能转化为电能的过程。
单晶硅太阳能电池的工作原理
单晶硅太阳能电池基于光伏效应，通过光线照射激发硅晶体内的电子，形成 电流。光电池和电流收集器将产生的电流导出，供电给外部设备。
单晶硅太阳能电池的优点
1 高转换效率
单晶硅太阳能电池具有较高的转换效率，能 够更有效地将太阳能转化为电能。
2 稳定可靠
相比其他材料制造的太阳能电池，单晶硅太 阳能电池具有更高的稳定性和可靠性。
3 长寿命
由于单晶硅太阳能电池的制造工艺和材料质 量较高，其使用寿命一般可达20年以上。
4 可持续发展
单晶硅太阳能电池利用太阳能作为能源，属 于可再生能源，对环境影响较小，有助于可 持续发展。
单晶硅太阳能电池的未来发展
1
发展历程
单晶硅太阳能电池经历了不断的发展过程，技术不断改进，效率和成本逐渐提升。
2
未来趋势
未来，单晶硅太阳能电池有望进一步提高转换效率、降低成本，并在更广泛的领域应用，为 硅太阳能电池的特点、结构、工作原理、应用 和未来发展。它具有高效转换、稳定可靠、可持续发展等优点，在太阳能领 域发挥着重要作用，并有着广阔的发展前景。
《单晶硅太阳能电池》 PPT课件
欢迎来到《单晶硅太阳能电池》PPT课件！在本课程中，我们将深入探讨单晶 硅太阳能电池的特点、结构、工作原理、应用和未来发展。让我们一起来了 解这项令人兴奋的技术吧！
什么是单晶硅太阳能电池？
单晶硅太阳能电池是一种利用单晶硅材料制造的太阳能电池。它具有高效转 换、稳定可靠和长寿命等特点，是目前应用最广泛的太阳能电池类型之一。
《晶体硅太阳电池》课件
晶体硅太阳电池在新能源 汽车领域用于充电设备和 车载电池充电。
晶体硅太阳电池存在的问题
成本高
目前晶体硅太阳电池的生产成本较高，限制了其大规模应用。
能源密度低
相比其他能源存储方式，晶体硅太阳电池的能源密度较低。
不能使用在阴天
晶体硅太阳电池对光线的依赖性较强，无法在阴天等光线较暗的环境中高效工作。
结论
《晶体硅太阳电池》PPT 课件
欢迎来到本课程《晶体硅太阳电池》的PPT课件。本课程将带您深入了解晶体 硅太阳电池的定义、特点、工作过程、应用以及存在的问题和发展前景。
什么是晶体硅太阳电池？
晶体硅太阳电池是一种利用硅材料制造的太阳能电池。它通过光的吸收、电 子释放、电子流动和电荷收集等过程将太阳能转化为电能。
1 晶体硅太阳电池是目前太阳能行业最主要的产品
晶体硅太阳电池作为最主要的太阳能电池产品，具有稳定性高、效率高、寿命长和可靠 性强的特点。
2 技术发展的不断提升
随着技术的不断发展，晶体硅太阳电池的性能将会不断提升，进一步推动太阳能行业的 发展。
晶体硅太阳电池的特点
稳定性高
晶体硅太阳电池具有较高的稳定性，能够在不同 环境条件下长时间稳定工作。
寿命长
晶体硅太阳电池的寿命长，能够持续工作多年， 不易损坏。
效率高
相比其他太阳能电池技术，晶体硅太阳电池具有 较高的电能转换效率。
可靠性强
晶体硅太阳电池具有较高的可靠性，能够适应各 种复杂的工作环境。
日本
日本在晶体硅太阳电池的研究 和生产方面处于领先地位。
中国
中国是全球最大的晶体硅太阳 电池生产国，具有较高的生产 能力。
晶体硅太阳电池的应用
1 光伏发电
晶体硅太阳电池广泛应用 于光伏发电系统，为清洁 能源供电。
晶体硅太阳电池存在的问题
成本高
目前晶体硅太阳电池的生产成本较高，限制了其大规模应用。
能源密度低
相比其他能源存储方式，晶体硅太阳电池的能源密度较低。
不能使用在阴天
晶体硅太阳电池对光线的依赖性较强，无法在阴天等光线较暗的环境中高效工作。
结论
《晶体硅太阳电池》PPT 课件
欢迎来到本课程《晶体硅太阳电池》的PPT课件。本课程将带您深入了解晶体 硅太阳电池的定义、特点、工作过程、应用以及存在的问题和发展前景。
什么是晶体硅太阳电池？
晶体硅太阳电池是一种利用硅材料制造的太阳能电池。它通过光的吸收、电 子释放、电子流动和电荷收集等过程将太阳能转化为电能。
1 晶体硅太阳电池是目前太阳能行业最主要的产品
晶体硅太阳电池作为最主要的太阳能电池产品，具有稳定性高、效率高、寿命长和可靠 性强的特点。
2 技术发展的不断提升
随着技术的不断发展，晶体硅太阳电池的性能将会不断提升，进一步推动太阳能行业的 发展。
晶体硅太阳电池的特点
稳定性高
晶体硅太阳电池具有较高的稳定性，能够在不同 环境条件下长时间稳定工作。
寿命长
晶体硅太阳电池的寿命长，能够持续工作多年， 不易损坏。
效率高
相比其他太阳能电池技术，晶体硅太阳电池具有 较高的电能转换效率。
可靠性强
晶体硅太阳电池具有较高的可靠性，能够适应各 种复杂的工作环境。
日本
日本在晶体硅太阳电池的研究 和生产方面处于领先地位。
中国
中国是全球最大的晶体硅太阳 电池生产国，具有较高的生产 能力。
晶体硅太阳电池的应用
1 光伏发电
晶体硅太阳电池广泛应用 于光伏发电系统，为清洁 能源供电。
太阳能电池硅工作原理62ppt课件PPT39页
硅原子
+4
空穴
+4
硼原子
+4
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
－ － －－
+3 +4
－ － －－
－ － －－
+4 +4
受主离子
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子
杂质半导体的示意图
多子—空穴
多子—电子
P型半导体
N型半导体
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ + +
－ － －－
++ + +
一个能级也表示电子的一种运动状态
一种元素的化学性质和物理性质是由其原子结 构决定的，其中外层电子的数目起着最为重要 的作用。
习惯上把外层电子称为价电子，一个原子有几个 外层电子就称它为几价。
硅（Si）是第四族元素，称为４价元素； 硼（B）、铝、镓、铟为３价元素； 氮、磷（P）、砷为５价元素。
自由电子产生的 同时，在其原来的共 价键中就出现了一个 空位，称为空穴。
这一现象称为本征激发，也称热激发。
+4
+4
空穴
+4
电子空穴对
可见本征激发同时产生
电子空穴对。
+4
+4
外加能量越高（温度
越高），产生的电子空
穴对越多。
与本征激发相反的
+4 +4
现象——复合
自由电子
+4 +4
在一定温度下，本征激 发和复合同时进行，达 到动态平衡。电子空穴 对的浓度一定。
晶体硅太阳能电池的基本原理PPT共43页
晶体硅太阳能电池的基本原理
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
(完整版)晶体硅太阳能电池结构及原理
触电阻会变大从而增加串联电阻 ③ 若N+与P层的掺杂量大，与电极的接触电阻会变小从而降低串联电阻
值，但表面再结合速率会变大
13
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
支构面
支构面的作用是通过光的散射与多重反射，提供更长的光路径。因此， 光子的吸收数目可以增多，以提供更多的电子-空穴对。
14
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形和晶体两种同素异形体，属
于元素周期表上IVA族的类金属元素。
14Si
晶体硅为钢灰色，密度2.4 g／cm3，熔点1420℃，沸点2355℃，晶体硅属 于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。
硅
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
硅的基本性质 常温下，只与强碱、氟化氢、氟气反应
（100）硅片的各向异性腐蚀导致在表面产生许多密布的表面为 （111）面的四面方锥体。形成绒面的硅表面。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
可通过不同途径实现表面织 构化：晶体硅可通过腐蚀晶 面的刃面来实现织构化 如果晶体硅表面是沿内部原 子排列的，则织构化表面类 似金字塔。商业单晶硅电池 常用的手段。 另一种形式的织构化：倒金 字塔。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
对于多晶硅来说，不能采用上述两种形式的织构化，因为多晶硅表面 不是完整的<111>晶面。 但可采取照相平版印刷、用激光机械雕刻前表面等方式实现织构化 （下图为照相平版印刷织构化多晶硅表面）：
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
防反射层
防反射层的功能是减少入射的可见光在硅器件的表面反射。需要防反 射层的原因是由于硅材料在可见光到红外线波段400～1100nm的区域 内有相对于空气较大的折射率3.5～6.0.也就是说，在可见光区域有接 近50%，红外线区域内有30%的反射损失。在三层物质的界面的电磁 的结构
值，但表面再结合速率会变大
13
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
支构面
支构面的作用是通过光的散射与多重反射，提供更长的光路径。因此， 光子的吸收数目可以增多，以提供更多的电子-空穴对。
14
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形和晶体两种同素异形体，属
于元素周期表上IVA族的类金属元素。
14Si
晶体硅为钢灰色，密度2.4 g／cm3，熔点1420℃，沸点2355℃，晶体硅属 于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。
硅
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
硅的基本性质 常温下，只与强碱、氟化氢、氟气反应
（100）硅片的各向异性腐蚀导致在表面产生许多密布的表面为 （111）面的四面方锥体。形成绒面的硅表面。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
可通过不同途径实现表面织 构化：晶体硅可通过腐蚀晶 面的刃面来实现织构化 如果晶体硅表面是沿内部原 子排列的，则织构化表面类 似金字塔。商业单晶硅电池 常用的手段。 另一种形式的织构化：倒金 字塔。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
对于多晶硅来说，不能采用上述两种形式的织构化，因为多晶硅表面 不是完整的<111>晶面。 但可采取照相平版印刷、用激光机械雕刻前表面等方式实现织构化 （下图为照相平版印刷织构化多晶硅表面）：
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
防反射层
防反射层的功能是减少入射的可见光在硅器件的表面反射。需要防反 射层的原因是由于硅材料在可见光到红外线波段400～1100nm的区域 内有相对于空气较大的折射率3.5～6.0.也就是说，在可见光区域有接 近50%，红外线区域内有30%的反射损失。在三层物质的界面的电磁 的结构
晶体硅太阳能电池基本原理.45页PPT
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇体硅太阳能电池基本原理.
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇体硅太阳能电池基本原理.
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
(完整版)晶体硅太阳能电池结构及原理
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
对于多晶硅来说，不能采用上述两种形式的织构化，因为多晶硅表面 不是完整的<111>晶面。 但可采取照相平版印刷、用激光机械雕刻前表面等方式实现织构化 （下图为照相平版印刷织构化多晶硅表面）：
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
防反射层
防反射层的功能是减少入射的可见光在硅器件的表面反射。需要防反 射层的原因是由于硅材料在可见光到红外线波段400～1100nm的区域 内有相对于空气较大的折射率3.5～6.0.也就是说，在可见光区域有接 近50%，红外线区域内有30%的反射损失。在三层物质的界面的电磁 波反射系数R为：
结晶硅电池的结构是一个具有PN结的光电器件。包括硅衬底、PN结结 构、支构面、防反射层、导电电极与背面电极
9
3.1.Байду номын сангаас 结晶硅太阳能电池的结构
衬底：衬底的作用是作为太阳能电池的承载。硅太阳能电池是以硅半 导体材料为底材衬底。 衬底的选择：一般来说,除了价格成本和来源难易外,根据不同用途,可 从以下几方面选择: 1. 导电类型 P型硅用B作为掺杂元素，制成n+/p型太阳能电池； n型硅用P（或As) 为掺杂元素，制成p+/n型太阳能电池； 两类电池性能相当，但n+/p型太阳能电池耐辐照性能优于p+/n型太阳 能电池，更适合空间应用。
支构面通常通过在硅表面以化学侵蚀液形成（111）面微小四面体金 字塔来构成组织构造。 各向异性腐蚀就是腐蚀速度随单晶主要的不同晶向而变化，一般来说， 晶面间的共价键密度越高，则该晶面族的各晶面连接越牢，也就越难 腐蚀，因此在该晶面族的垂直方向上腐蚀速度越慢。反之，越容易腐 蚀。由于（100）面的共价键密度比（111）面低，所以(100) 面腐蚀 比(111) 面快。
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（100）硅片的各向异性腐蚀导致在表面产生许多密布的表面为 （111）面的四面方锥体。形成 可通过不同途径实现表面织 构化：晶体硅可通过腐蚀晶 面的刃面来实现织构化
• 如果晶体硅表面是沿内部原 子排列的，则织构化表面类 似金字塔。商业单晶硅电池 常用的手段。
• 多晶硅效率较低的原因
① 晶粒与晶粒间存在晶界，形成复 合中心，减少自由电子数量
② 晶界的硅原子键合较差，易受紫 外线破坏而产生更多的悬挂键， 随使用时间增加，悬挂键的数目 增加，造成光电效率劣化
③ 本身杂质比单晶硅多，且多半 聚集在晶粒边界，杂质的存在 使得自由电子与空穴不易移动
9
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 结晶硅电池的结构是一个具有PN结的光电器件。包括硅衬底、PN结 结构、支构面、防反射层、导电电极与背面电极
10
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
•衬底：衬底的作用是作为太阳能电池的承载。硅太阳能电池是以硅半导 体材料为底材衬底。 •衬底的选择：一般来说,除了价格成本和来源难易外,根据不同用途,可从 以下几方面选择: 1. 导电类型 P型硅用B作为掺杂元素，制成n+/p型太阳能电池； n型硅用P（或As) 为掺杂元素，制成p+/n型太阳能电池； 两类电池性能相当，但n+/p型太阳能电池耐辐照性能优于p+/n型太阳 能电池，更适合空间应用。
• 支构面通常通过在硅表面以化学侵蚀液形成（111）面微小四面体金 字塔来构成组织构造。
• 各向异性腐蚀就是腐蚀速度随单晶主要的不同晶向而变化，一般来说， 晶面间的共价键密度越高，则该晶面族的各晶面连接越牢，也就越难 腐蚀，因此在该晶面族的垂直方向上腐蚀速度越慢。反之，越容易腐 蚀。由于（100）面的共价键密度比（111）面低，所以(100) 面腐蚀 比(111) 面快。
•硅的基本性质
原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形和晶体两种同素异形体，属
于元素周期表上IVA族的类金属元素。
14Si
晶体硅为钢灰色，密度2.4 g／cm3，熔点1420℃，沸点2355℃，晶体硅属 于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。
硅
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
•硅的基本性质 常温下，只与强碱、氟化氢、氟气反应
触电阻会变大从而增加串联电阻 ③ 若N+与P层的掺杂量大，与电极的接触电阻会变小从而降低串联电阻
值，但表面再结合速率会变大
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 支构面
支构面的作用是通过光的散射与多重反射，提供更长的光路径。因此， 光子的吸收数目可以增多，以提供更多的电子-空穴对。
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 另一种形式的织构化：倒金 字塔。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 对于多晶硅来说，不能采用上述两种形式的织构化，因为多晶硅表面 不是完整的<111>晶面。
• 但可采取照相平版印刷、用激光机械雕刻前表面等方式实现织构化 （下图为照相平版印刷织构化多晶硅表面）：
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
晶体硅太阳能电池结构及原理
3. 结晶硅太阳能电池结构与原理
2
本章主要内容与学习目标
•本章介绍典型晶体硅太阳能电池的结构及其原理。通过学习本章，学生 应了解以下内容：
1. 晶硅太阳能电池结构及其原理。 2. 晶硅太阳能电池高效结构设计及其原理。 3. 晶体硅高效率硅太阳能电池的发展。
3
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
11
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 一般是P型衬底。P型衬底中的少数载流子电子的扩散系数与扩散距 离比N型中的少数载流子空穴要长，使用P型衬底可以得到较佳的光 电流
2.电阻率 由原理可知，开路电压随着
硅基板电阻率的下降（掺杂浓 度的提高）而增加。
12
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
3. 晶向、位错、寿命 一般要求单晶沿（111）晶向生长，切割下的硅片表面与（111）单晶
轻掺杂 掺杂浓度为1017 cm-3
中度掺杂 掺杂浓度为1017～1019 cm-3
重掺杂 掺杂浓度大于1019 cm-3
3.1.1 结晶硅太阳能电池的种类
•结晶硅太阳能电池可以分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池
•单晶硅太阳能电池
一般来说一个电池的输出电压为0.5V左右，最大输出功率与有效面积有关，一个 效率为15%的电池输出功率为1.5W左右， 为满足需要，把很多电池并联或串联在 一起，形成模组，若想得到更大效率输出，则需要阵列。
①Si+2F2=SiF4 ②Si+4HF=SiF4 ↑+2H2↑ ③Si+ 2NaOH + H2O = Na2SiO3 +2H2↑ 高温下，较活泼
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
• 晶硅为间接带隙结构 • 温度T=300 K，Eg=1.12 eV • 本征载流子浓度：
ni 1.071010cm3
平行。除了某些特殊情况外，晶向要求不十分严格。制成绒面太阳能电 池需要晶向为（100）的单晶硅片，在不要求太阳电池有很高转换效率的 场合下，位错密度和少子寿命不做严格要求。 4. 形状、尺寸、厚度
空间应用的硅太阳电池都为方形，以减少组合方阵的表面积。随着工 艺的进步，向大面积、薄厚度、高效率方向发展，目前标准的电池尺寸 是2x2cm2或2x4cm2等，基板厚度约为0.2mm.
7
3.1.1 结晶硅太阳能电池的种类
单晶硅太阳能电池特点： ① 完整的结晶，易得到高效率 ② 不容易产生光致衰退 ③ 发电特性稳定，约有20年的耐久性 ④ 硅原料丰富 ⑤ 承受应力强
8
3.1.1 结晶硅太阳能电池的种类
• 多晶硅太阳能电池
• 多晶硅太阳能电池的效率为13～ 16%，是目前市场上最主流的产 品
13
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• PN结结构
N+/P结的作用是形成一个最简单的半导体器件。在光照条件下，电 子/空穴的形成与移动与该N+/P结的特性有极大关系。
N+与P层的掺杂量是很重要的器件设计参数，因为 ① N+与P层的掺杂量会决定耗尽层的大小及其电场强度 ② 若N+与P层的掺杂量小，则表面再结合速率可以减小，但与电极的接
• 如果晶体硅表面是沿内部原 子排列的，则织构化表面类 似金字塔。商业单晶硅电池 常用的手段。
• 多晶硅效率较低的原因
① 晶粒与晶粒间存在晶界，形成复 合中心，减少自由电子数量
② 晶界的硅原子键合较差，易受紫 外线破坏而产生更多的悬挂键， 随使用时间增加，悬挂键的数目 增加，造成光电效率劣化
③ 本身杂质比单晶硅多，且多半 聚集在晶粒边界，杂质的存在 使得自由电子与空穴不易移动
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 结晶硅电池的结构是一个具有PN结的光电器件。包括硅衬底、PN结 结构、支构面、防反射层、导电电极与背面电极
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
•衬底：衬底的作用是作为太阳能电池的承载。硅太阳能电池是以硅半导 体材料为底材衬底。 •衬底的选择：一般来说,除了价格成本和来源难易外,根据不同用途,可从 以下几方面选择: 1. 导电类型 P型硅用B作为掺杂元素，制成n+/p型太阳能电池； n型硅用P（或As) 为掺杂元素，制成p+/n型太阳能电池； 两类电池性能相当，但n+/p型太阳能电池耐辐照性能优于p+/n型太阳 能电池，更适合空间应用。
• 支构面通常通过在硅表面以化学侵蚀液形成（111）面微小四面体金 字塔来构成组织构造。
• 各向异性腐蚀就是腐蚀速度随单晶主要的不同晶向而变化，一般来说， 晶面间的共价键密度越高，则该晶面族的各晶面连接越牢，也就越难 腐蚀，因此在该晶面族的垂直方向上腐蚀速度越慢。反之，越容易腐 蚀。由于（100）面的共价键密度比（111）面低，所以(100) 面腐蚀 比(111) 面快。
•硅的基本性质
原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形和晶体两种同素异形体，属
于元素周期表上IVA族的类金属元素。
14Si
晶体硅为钢灰色，密度2.4 g／cm3，熔点1420℃，沸点2355℃，晶体硅属 于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。
硅
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
•硅的基本性质 常温下，只与强碱、氟化氢、氟气反应
触电阻会变大从而增加串联电阻 ③ 若N+与P层的掺杂量大，与电极的接触电阻会变小从而降低串联电阻
值，但表面再结合速率会变大
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 支构面
支构面的作用是通过光的散射与多重反射，提供更长的光路径。因此， 光子的吸收数目可以增多，以提供更多的电子-空穴对。
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 另一种形式的织构化：倒金 字塔。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 对于多晶硅来说，不能采用上述两种形式的织构化，因为多晶硅表面 不是完整的<111>晶面。
• 但可采取照相平版印刷、用激光机械雕刻前表面等方式实现织构化 （下图为照相平版印刷织构化多晶硅表面）：
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
晶体硅太阳能电池结构及原理
3. 结晶硅太阳能电池结构与原理
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本章主要内容与学习目标
•本章介绍典型晶体硅太阳能电池的结构及其原理。通过学习本章，学生 应了解以下内容：
1. 晶硅太阳能电池结构及其原理。 2. 晶硅太阳能电池高效结构设计及其原理。 3. 晶体硅高效率硅太阳能电池的发展。
3
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• 一般是P型衬底。P型衬底中的少数载流子电子的扩散系数与扩散距 离比N型中的少数载流子空穴要长，使用P型衬底可以得到较佳的光 电流
2.电阻率 由原理可知，开路电压随着
硅基板电阻率的下降（掺杂浓 度的提高）而增加。
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
3. 晶向、位错、寿命 一般要求单晶沿（111）晶向生长，切割下的硅片表面与（111）单晶
轻掺杂 掺杂浓度为1017 cm-3
中度掺杂 掺杂浓度为1017～1019 cm-3
重掺杂 掺杂浓度大于1019 cm-3
3.1.1 结晶硅太阳能电池的种类
•结晶硅太阳能电池可以分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池
•单晶硅太阳能电池
一般来说一个电池的输出电压为0.5V左右，最大输出功率与有效面积有关，一个 效率为15%的电池输出功率为1.5W左右， 为满足需要，把很多电池并联或串联在 一起，形成模组，若想得到更大效率输出，则需要阵列。
①Si+2F2=SiF4 ②Si+4HF=SiF4 ↑+2H2↑ ③Si+ 2NaOH + H2O = Na2SiO3 +2H2↑ 高温下，较活泼
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
• 晶硅为间接带隙结构 • 温度T=300 K，Eg=1.12 eV • 本征载流子浓度：
ni 1.071010cm3
平行。除了某些特殊情况外，晶向要求不十分严格。制成绒面太阳能电 池需要晶向为（100）的单晶硅片，在不要求太阳电池有很高转换效率的 场合下，位错密度和少子寿命不做严格要求。 4. 形状、尺寸、厚度
空间应用的硅太阳电池都为方形，以减少组合方阵的表面积。随着工 艺的进步，向大面积、薄厚度、高效率方向发展，目前标准的电池尺寸 是2x2cm2或2x4cm2等，基板厚度约为0.2mm.
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3.1.1 结晶硅太阳能电池的种类
单晶硅太阳能电池特点： ① 完整的结晶，易得到高效率 ② 不容易产生光致衰退 ③ 发电特性稳定，约有20年的耐久性 ④ 硅原料丰富 ⑤ 承受应力强
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3.1.1 结晶硅太阳能电池的种类
• 多晶硅太阳能电池
• 多晶硅太阳能电池的效率为13～ 16%，是目前市场上最主流的产 品
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
• PN结结构
N+/P结的作用是形成一个最简单的半导体器件。在光照条件下，电 子/空穴的形成与移动与该N+/P结的特性有极大关系。
N+与P层的掺杂量是很重要的器件设计参数，因为 ① N+与P层的掺杂量会决定耗尽层的大小及其电场强度 ② 若N+与P层的掺杂量小，则表面再结合速率可以减小，但与电极的接