光伏材料问题解析

1、何为3E问题？3E问题的解决途径是什么？解：3E：能源、经济、环境。

解决的途径：（1）降低人口数量（2）降低能源的供给（3）寻找替代能源2、AM0、AM1、AM1.5的含义？解：AM0：表示大气质量为0时的辐射，约为1.36kw/m2；AM1.5:表示地球表面太阳光的平均辐射强度；AM1:太阳光正上方且恰好处于赤道上海拔为0时，太阳垂直入射光为AM1。

晴天AM1为1kw/m2.当太阳偏离正上方48°和60°时，大气质量分别为AM1.5和AM2.其值分别为844w/m2和750w/m2.3、晶体的分类：：离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。

4、晶向表示方法：中括号[XYZ] 不可约分整数。

5、单晶体定义：整块晶体内原子材料排列规律完全一致的晶体是单晶体。

6、多晶体定义：由许多取向不同的单晶体无规则的堆积而成的晶体是多晶体。

7、太阳能电池五个表征参数，定义数学表达式解：⑴短路电流:通过导线把电池的阴阳极直接相连，此时流过导线的电流为短路电流，用I SC表示。

⑵开路电压：太阳能电池阴阳两极无导线相连，光电载流子只能在P-N结两端产生电动势，为V CC⑶最大输出功率：P m =V m I m⑷填充因子：衡量太阳能电池整体性能的一个重要参数SC OC M SC OC I V I V I V P FF m m == ⑸转换效率：%100*V ％100*inm m in m P I P P ==η 8、太阳能转换效率及影响因素：⑴：半导体材料都对应一个确定的禁带宽度，禁带宽度的大小决定了吸收太阳光谱中的某一范围的光，出材料本身影响外，其他影响因素包括：光损失、少数载流子复合、串联、并联电阻。

①光损失：反射损失，抗反射膜：SiO 2,TiO 2 ②遮光损失：电池正面银电极极其金属栅线的存在会遮掉5~10%的太阳光。

微电极技术是解决此问题的方法，另一个方法是使用点接触方式把太阳电池正负电极全部放到背面。

③透光损失：半导体材料最小厚极限间接带隙半导体比直接带隙半导体需要更厚一些。

2、载流子复合损失;内部复合：当太阳电池材料内部缺陷的情况下，光生电子发生复合损失，称为内部复合损失。

⑴选择适当的参杂浓度，提高晶体的纯度，减少缺陷和杂质。

⑵太阳电池工业中常用来将横扫体内复合技术有吸杂和钝化，吸杂能有效提高搬动阿嚏材料质量，而钝化能减少晶体缺陷对载流子寿命的影响。

3、电池半导体材料表面产生电子空穴对，没来得及参与导电就复合的过程就称为表面复合。

硅表面生产一层介质膜（SiO2、Si3N4)或氢原子钝化等，其效果是消除掉材料表面的悬挂界，减少载流子在表面发生复合的机率。

减少电极区复合可采用电极区掺杂浓度来提高，降低少数载流子在电极区的浓度，从而降低了此区域的复合机率。

4、串、并联电阻损失：太阳电池内阻的存在会产生焦耳热损失，串联电阻以及漏电流的存在都会降低填充因子FF而太阳电池转化效率正比于FF，所以串并联电阻对太阳电池转化效率有影响。

研究发现，较大的串联电阻和较小的并联电阻不会分别造成I SC 和V OC减少，加剧了转化效率降低。

9、太阳能电池定义：太阳能电池是指能够把太阳光辐射能量直接转化为电能的器件。

10、什么是光伏效应？解：指光照到半导体P-N结上产生可输出功率的电势差的现象。

11、光电效应：指光照到金属材料表面，金属类的自由电子吸收光子的能量脱离金属来源，成为真空中的电子。

从理论上金属光电效应是可以做太阳能电池的，太阳能工业电池工业生产中一个重要考虑是转换效率，理论上为1%，实际仅为0.0001%，光电效应无法应用到现实中。

12、详细叙述改良西门子方法与西门子方法的不同之处？解：改良西门子方法采用闭环生产、尾气回收、循环利用、Sicl4氢化工艺。

西门子方法中反映排除H2和SiHcl3被回收利用，而Sicl4和Hcl水溶液直接对外出售。

第二代西门子生产流程将Sicl4实现了循环回收利用，通过与冶金级硅反应生成SiHcl3，改良西门子法利用活性炭吸附或者冷Sicl4溶解Hcl法回收得到干燥的Hcl，因此，该Hcl可以通过直接应用到SiHcl3的合成中。

13、改良西门子方法优点：⑴改良西门子方法是目前占绝对优势的主要方法，产量是世界的70%-80%，其工艺成熟，经验丰富，产品质量高，国外用该法制备出纯度高为9-11μ的高纯硅；⑵节能：采用多对棒，大直径还原炉，流化床温度低可有效降低还原炉小号的电能；⑶降低物耗：改良西门子方法对还原尾气进行了有效的回收，这样就可以大大降低原材料的消耗；⑷减少污染，由于改良西门子法是一个闭路循环系统，多晶硅生产中的各种物料得到充分利用，排出的废料极少，相对系统西门子法而言，污染得到了控制，保护了环境；缺点：主要是工艺流程长；投资大；技术要求严格；SiHcl转化。

13、简述尾气回收原理。

解：SiHcl3氢气还原后，尾气系统中会产生H2,,Hcl，SiHcl，Sicl4等气体。

对其尾气回收处理。

SiHcl3分离：根据液化温度不同实现SiHcl3分离，SiHcl3液化温度在标准大气压下约为31.8℃，Sicl4约为57.6℃，尾气在一定压力、温度、流量、液位下通过鼓泡系统进行充分鼓、洗涤后，Sicl4和SiHcl3被冷凝到Sicl4储罐中，而H2,,Hcl气体液化温度较低，鼓泡系统的压力温度远远不能使其冷凝，然后根据Sicl4和SiHcl3沸点不同，在分离塔中实现SiHcl3分离，回收进行氢气花园反应过程中，Sicl4储存在储液罐中，然后被氢化成SiHcl3和氢气分离。

将从鼓泡系统中出来的H2,,Hcl以及少量的Sicl4升压后，在一定温度、压力及流量条件下通过Sicl4作为吸收剂的吸收塔，在吸收剂作用下大部分Hcl 被吸收，H2被分离，微量的Hcl气体通过活性炭吸收柱被除去，进而得到干净的H2, Hcl分离，在一定温度压力以及流量条件下，将Hcl从Sicl4中脱离出来，被脱吸出来的Hcl再次经过冷凝可使Hcl气体中残余的Sicl4冷凝除去，从而获得可以用于SiHcl3合成的原料Hcl。

14、简述单晶硅、多晶硅太阳能电池的优缺点。

解：单晶硅。

优点：结晶完整，自由电子与空穴在内部移动不受限制，产生电子空穴复合几率低，太阳效率高；缺点：将晶棒切割曾晶柱的过程中，浪费一半的材料，成本高，价格昂贵。

多晶硅。

优点：透过较快速的方式让砂结晶提升出来，减少切片所产生的损失，生产成本大大降低。

缺点：由于多晶硅结晶时速度较快，砂原子没有足够的时间形成罩—晶格，效率比较低，杂质较多，结晶不完整，会造成光转换效率逐渐衰退。

15、★何为杂质分凝现象？根据杂质分凝现象，判断直拉法制造硅棒工艺中氧杂质在硅棒头尾如何分布的？并讨论氧杂质如何产生，以及去除其杂质的途径。

由两种或两种以上的元素构成的固溶体，在熔体再结晶过程中，浓度小的元素在浓度大元素晶体和熔体中浓度不同，此种现象被称为分凝现象。

根据氧杂质在硅中杂质分凝系数（~1.2）大于1，所以氧杂质在硅棒头部较多，而越向尾部其杂质越少。

氧杂质的产生：高温下石英坩埚壁会与熔化太阳级硅发生反应产生SiO，同时高温下石英坩埚也会发生脱氧反应产生SiO和单质O。

产生的氧原子绝大多数（~98%）会以SiO的形式存在，少量的氧原子则溶于熔硅中。

这是单晶硅棒中氧杂质的主要来源。

SiO比较容易从熔硅表面挥发。

挥发从来的SiO气体，会在较冷的炉壁作用下凝结成颗粒并附着在上面。

随着凝结颗粒的增多，不可避免的会有少量SiO落入熔硅中。

氧杂质的去除：为了避免SiO在炉壁的凝结，以及脱落的SiO落入熔硅中，通常是持续通入保护气体氩气（Ar），在Ar 的输运下SiO由机械泵抽走；除了利用Ar带走SiO来减少氧杂质外，降低坩埚的旋转速率和采用较大直径的坩埚也是降低氧杂质的途径。

16、什么是硅带？硅带有什么作用？解：硅带即为带状多晶硅，硅带生产技术省去了晶体硅的切片、抛光和腐蚀等工序，大大降低太阳电池的成本。

17、直拉单晶硅制造硅棒的流程是什么？解：⑴加料、融化⑵熔接⑶缩颈生成⑷放肩生长⑸等晶生成⑹收尾生长18、直拉单晶硅制造工艺中气压控制非常重要，那么气压高低对硅棒品质或单晶炉安全有何影响？如何控制炉中气压？如果炉内气压远大于SiO饱和蒸汽压，则从熔硅表面挥发从来的SiO气体，会在较冷的炉壁作用下凝结成颗粒并附着在上面。

随着凝结颗粒的增多，不可避免的会有少量SiO落入熔硅中。

如果炉内的气压为高真空状态，那么SiO从熔硅表面挥发就会出现沸腾的现象，故而导致熔硅的飞溅损失，同时也给单晶的生长带来不便。

19、通常根据炉内气压高低来控制通入Ar的流量。

一般情况下，炉内的真空压力不小于650Pa，表面织构化的定义及意义是什么？解：表面织构技术又被称为制绒技术，是指通过某种技术方法在电池表面制作出凹凸不平的形状，以达到太阳光线在表面的多次反射（至少两次）增强晶体硅表面的对光的吸收。

有效增强了入射光的利用率，从而提高了光生电池密度，提高了太阳电池的转化效率。

20、腐蚀液的种类及成分？解：单晶硅腐蚀液NaOH，乙醇：作用机理是：（1）调节溶液浓度，（2）异丙醇对腐蚀液中OH-向反应界面的输运起到缓冲作用，减弱了NaOH的腐蚀度，（3）异丙醇也起到润湿硅表面的作用，以获得均匀的可是效果，（4）异丙醇能够减小硅表面张力，有助于加速反应产生的氢气从硅表面脱附多晶硅腐蚀液HNO3，HF：HNO3作为氧化剂，在反应中提供反应所需要的空穴，与多晶硅反应在其表面形成致密的SiO2。

SiO2不溶于HNO3起到隔离多晶硅作用。

而HF起到络合作用，与SiO2反应产生溶于水的H2SiF6络合物，从而实现多晶硅各向同性腐蚀。

21、硅电池减反射膜的定义及意义？解：能够起到减少太阳光在硅表面反射的此种薄膜称为太阳电池的减反射膜。

光在薄膜表面的干涉原理，可以进一步减少光的反射，使入射光的反射率从制绒后的10%—15%降到3%—5%，更多的入射光透射到硅内，必然增加电池的短路电流，进而提高电池的转化效率。

22、硅电池片丝网印刷正面电极，背面印刷电极金属浆料分别是什么？解：正面是银，背面是银(Ag)和铝（Al）23、磷扩散过程中大氮气、小氮气、氧气的作用分别是什么？解：小氮气的作用是携带扩散源进入石英管；大氮气的作用是把小氮气带入的扩散源稀释并使管内扩散源分布均匀，同时在扩散前后起到保护作用；氧气是反应气体，提高扩散源使用效率。

24、磷扩散中硅表面会沉积磷硅玻璃，其成分是什么？解：P2O5和SiO225、多晶硅锭定向凝固法解：该技术通过控制温度场的变化，形成单方向的热流，即固液界面处温度梯度大于零，而横向无温度梯度，从而实现垂直于固液界面的定向生长的柱状晶体26、太阳能电池的制造流程解：⑴基材选择⑵表面织构化⑶扩散制P-N结⑷减反射膜制备⑸丝网印刷电极⑹模组化及封装27、半导体特性图解：把一块半导体的一边制成P型区，另一边制成N型区，则在交界处附近形成一个具有特殊性能的薄层，一般称此薄层为PN结。