太阳电池结构和制造技术

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1、太阳电池结构和制造技术太阳能电池的结构和制造技术近几年来，受世界太阳能电池发展“热潮”的影响，我国太阳能电池产业发展空前高涨，本文收集了太阳能电池的一些有关技术，以供读者参考。（一）太阳能电池的发展历史：太阳能电池是产生光生伏打效应（简称光伏效应）的半导体器件。因此，太阳能电池又称为光伏电池，太阳能电池产业又称为光伏产业。1954年世界第一块实用化太阳能电池在美国以尔实验室问世，并首先应用于空间技术。当时太阳能电池的转换效率为8%。1973年世界爆发石汕危机，从此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近10几年来，随着世界能源短缺和环境污染等问题円趋严重，太阳能电池的

2、清洁性、安全性、长寿命，免维护以及资源可再生性等优点更加显现。一些发达国家制定了一系列鼓舞光伏发电的优惠政策，幷实施庞大的光伏工程计划，为太阳能电池产业创造Y良好的发展机遇和巨大的市场空间，太阳能电池产业进入了高速发展时期，并带动了上游多晶硅材料业和下游太阳能电池设备业的发展。在1997—2006年的10年中，世界光伏产业扩大了20倍，今后10年世界光伏产业仍以每年30%以上的增长速度发展。世界太阳能电池的发展历史如表1所示：表1世界太阳能电池发展的主要节点（二）、太阳能电池的种类（三）、硅太阳能电池的结构及工作原理硅太阳能电池的外形及基本结构如图1。基本材料为P

3、型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。上表面为N+型区，构成一个PN+结。顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。上下电极分别与N+区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN+结空间电荷区和P区中激发出光生电子一一空穴对。各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。光生电子留于N+区，光生空穴留于P区，在PN+结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N+区，负载中就

4、有功率输出。太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。靠近顶区湿产生阳光电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的5—10%（随N+区厚度而变），PN+结空间电荷2的光生电流对可见光敏感，约占5°%左右。电池基体区域产生的光电流对红外光敏感，占80—90%,是光生电流的主要组成部分。（四）、太阳能电池的制造技术晶体硅太阳能电池的制造工艺流程如图2。提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。1、具体的制造工艺技术说明如下:(1)切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。(2)清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸(或碱)溶液将硅

5、片表1AJ切割损伤屋除去30—50um。(3)制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面(4)磷扩散：采用涂布源(或液态源，或固态氮化磷片状源)进行扩散，制成PN+结，结深一般为0.3—0.5um。(5)周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。(6)去除背面PN+结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN+结。(7)制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。(8)制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上

6、覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有MgF2，SiO2，AI2O3，SiO，Si3N4，TiO2,Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。(9)烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。(10)测试分档：按规定参数规范，测试分类。由此可见，太阳能电池芯片的制造采用的工艺方法与半导体器件基本相同，生产的工艺设备也基本相同，但工艺加工精度远低于集成电路芯片的制造要求，这为太阳能电池的规模生产提供了有利条件。(五)、太阳能电池的芯片尺寸：规模化生产太阳能电池的芯片尺寸分别为(103X103)mm2、(125X125)mm2

7、、(156X156)mm2和(210X210)mm2的方片。目前的主流仍是(156X156)mm2,2007年将过渡到(210X210)mm2为主流芯片。最近德国已推出了代表国际最先进的(210X210)mm2硅片全自动生产设备。芯片的厚度也愈来愈薄，从一300->270—240->210->180um，目前晶体硅片主要使用厚度为210—240um。(六)、太阳能电池的芯片材料及转换效率：1、晶体硅(单晶硅和多晶硅)太阳能电池：2004年晶体硅太阳能电池占总量的84.6%,生产技术成熟，是光伏产业的主导产品。在光伏产业中占据着统治地位。对于高效单晶硅太阳能电池，国

8、际公认澳大