电池工作原理和工艺等a

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1、电池工作原理PN结的光生伏特效应光生伏特效应就是半导体二极管吸收光能后在PN结两端产生电动势的效应。光电转换的物理过程三个物理过程①吸收光能激发出非平衡电子一空穴对②非平衡电子和空穴从产生处向非均匀势场区运动③非平衡电子和空穴在非均匀势场作用下向相反方向运动而分离△光生电流的方向相当于普通二极管的反向电流的方向。△光照使PN结势垒降低等效于PN结外加正向偏压，形成正向注入电流。这个电流的方向与光生电流刚好相反，是太阳电池中的不利因素。光照下理想PN结特性：R上的压降为:当V=0,即短路情况下:(最大光生电流

2、)当I=0,即开路情况下:(最高输出暗电流)实际电池中，希望输出大电流，高电压，所以必须使Isc大而I0小光照下实际的P-N结特性图中：把光照时的PN结看作一个理想恒流源并联二极管的模型。—光生电流—流过二极管的正向电流—串联电阻—分路电阻—负载电阻—流过串联电阻Rs的电流—流过分路电阻Rsh的电流—流过负载电阻的电流依据以上等效电路，太阳电池的电流—电压方程为：下面是Rs和Rsh对输出特性的影响（Rs和Rsh将直接影响FF）《太阳电池》太阳电池的主要参数转换效率：它是输出特性曲线“方形”程度的量度定义：所

3、以：：在最佳匹配负载电阻下的输出功率，对应的有，FF:填充因子：短路电流：开路电压理想填充因子而实际的电池，和对FF是有影响的，但合理的设计和良好的工艺应使FF非常靠近实际上，当被减少时，就会增加，因为电池的复合减少了。因此，在实际过程，应首先优化这个步骤。：内量子效应：入射波的波长：太阳光谱的光子通量：表面反射率短路电流主要依赖于内量子效应。效率损失对于实际的太阳电池，其效率大大低于理想值，下面讨论各种损失机理。短路电流损失①“光子”性质的损失a.表面反射（<10%）太阳光谱曲线《半导体器件物理与工艺》A

4、M0—空气质量0（1367W/㎡）代表在地球大气层外的太阳光谱AM1.5—空气质量1.5（963W/㎡）代表在地球表面的太阳光谱光反射，吸收及透视关系　　这是一个简化的示意图，实际上不同　　②⑤界面上的反射系数是不同的。如果我⑥　　　们把前表面改成绒面，反射就会减少　　　　　　　③　　　T=（1-R）2e-①④R：反射系数α：吸收系数（是波长的函数）T：透射系数《半导体器件物理与工艺》a.表面金属遮挡（5%～15%）b.穿透（需要材料有一最小厚度）②复合a.体复合b.表面复合也就是说光照产生的非平衡载流子未

5、能被P-N结有效地分离到P区和N区。开路电压损失①结区中的复合这主要是耗尽区中陷阱能级的复合。在理想情况下，这种复合认为是不存在的，实际上并非如此，载流子穿过P-N的耗尽区是也会产生复合。②体复合和表面复合—减少了非平衡载流子在结两边的积累，造成Voc下降。③两侧杂质浓度不合适说明光生电流对Voc影响填充因子的损失①耗尽区复合②Rs③Rsh太阳电池电性能的改进㈠减少表面反射，改进Isc和Voc①减反膜使用半光波减反原理。表面反射率：其中：当反射有最小值：对Si来讲，=3.8对应的减反膜的最佳折射率=1.9当

6、有其它材料在硅上面时，要综合考虑其减反效果。例如：封装成电池板后，其减反系统为这时SiN或TiO2/SiO2厚度要重新考虑。但要注意的是：减反膜也有吸收。①绒面使用不同的方法将电池的表面制成绒面，使反射率大大下降。a.选择性腐蚀利用腐蚀液对不同晶向有不同腐蚀速率的特点。例如，我们常用的碱腐绒面的方法，由于在硅（100）面腐蚀速率高于（111），最终形成表面为小金字塔形的绒面。b.同性腐蚀腐蚀液对硅的腐蚀没有晶向上的选择性，但表面的损伤层腐蚀速率快。利用这一点，在去掉损伤层时，形成绒面两种方法优缺点的比较：方

7、法a适合于单晶硅，且绒面易控制，硅片容易清洗，但绒面有尖峰，如果尺寸过大，将影响结的性能。方法b适合于单晶硅和多晶硅，多用于多晶硅，表面形成凹坑，若某些凹坑太深，不易清洗，且影响结的性能。㈡表面钝化（改进Isc和Voc）此钝化膜可同时用作减反膜，所以厚度上要满足减反膜的要求。由于硅的完整性在表面被破损，引入许多复合中心，使表面的复合大大加强。如果在表面生成一层钝化膜，表面的复合会被减少。①热生长的钝化膜—SiO2热生长的SiO2有很好的表面钝化作用，特别是高温干氧热生长的SiO2，钝化作用好，且稳定。如果S

8、iO2中含有大量杂质，表面钝化会大打折扣，甚至可以形成反形层，成为漏电沟道。②PECVD淀积的SixNy这种由PECVD淀积的SixNy，不同于严格按化学比形成的Si3N4,因此，它的折射率是可以调节，而且SixNy中含有大量的氢，这些氢对表面附近的晶界有钝化作用，但高温长时间处理，这种钝化作用将被减弱。SixNy生长受温度，气压及气体流量和辉光功率影响。①TixOy/SiO2多层钝化膜SiO2用热氧化生长方法，