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光电材料 指导教师：张川江 报告人：杜晓永 主要内容 光电材料的定义和分类 太阳能电池的原理 太阳能电池的制备方法 光电材料的定义和分类 光电子发射材料 光电导材料 光电动势材料 太阳能电池原理 太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下： 太阳能电池原理 N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。（如下图） 太阳能电池材料的制备 多晶硅材料的制备 单晶硅材料的制备 非晶硅材料的制备 太阳能电池的制备 多晶硅材料的制备 当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。 单晶硅的制备 1）区域熔炼法 以高纯多晶硅为原料，制成棒状，并将多晶硅棒垂直固定，在多晶硅棒的下端放置具有一定晶相的单晶硅，作为单晶生长的的籽晶，其晶相一般为111或100，然后在真空或惰性气体下，利用高频感应线圈加热多晶棒，使多晶硅棒部分区域形成熔区，并依靠熔区的表面张力保持多晶硅棒的平衡和晶体生长的顺利进行。晶体生长首先从多晶硅棒和籽晶的结合处开始，多晶硅棒和籽晶以一定的速度做相反方向的运动，熔区从下端沿着多晶硅棒缓慢向上端移动，使多晶硅逐步转变为单晶硅。 单晶硅的制备 2）直拉法 非晶硅的制备 1）等离子化学气相沉积法 太阳能电池的制备 硅片切割-- 去除损伤层--制绒－扩散－刻蚀 －PECVD沉积减反射层 －丝网印刷上下电极 －烧结形成金属接触－分类检测－包装 制绒原理 制绒作用：减少反射，增强对太阳光的吸收。 制绒原理：碱对单晶硅有各向异性腐蚀特性，即在硅的不同的晶向上，碱的腐蚀速度不一致，把单晶硅片腐蚀成具有金字塔形表面的硅片。铬酸等对多晶硅有缺陷腐蚀特性，把多晶腐蚀成具有很多凹坑表面的硅片。 制绒原理 制绒原理 扩散原理 扩散作用：在硅片表面形成PN结。 扩散原理：在P型半导体表面掺杂五价磷原子，在表面形成一层0.5微米左右的N型层。 扩散化学方程式： 扩散原理 干法刻蚀原理 刻蚀作用：去除边缘PN结，防止上下短路。 干法刻蚀原理：利用高频辉光放电反应，使CF4气体激活成活性粒子，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与硅材料进行反应，形成挥发性反应物而被去除。 干法刻蚀化学方程式： 干法刻蚀原理 去磷硅玻璃作用：去除硅片表面因扩散形成的磷硅玻璃层，并清洁表面，为PECVD做准备。 去磷硅玻璃原理：利用HF与SiO2反应，去除磷硅玻璃层。 去磷硅玻璃化学方程式： PECVD原理 PECVD作用：在硅片表面镀上一层深蓝色的氮化硅膜，可以充分吸收太阳光，降低反射，并且氮化硅膜有钝化的作用，保护电池片不受污染。 PECVD原理：利用硅烷（SiH4）与氨气（NH3）在等离子体中反应，生成Si3N4沉积到硅片表面。 干法刻蚀化学方程式： PECVD原理 PECVD效果： 丝网印刷原理 丝网印刷的原理 通过刮条挤压丝网弹性变形后将浆料漏印在需印刷的材料上的一种方式,这是目前普遍采用的一种电池工艺. 丝网印刷的工艺流程 丝网印刷原理 烧结形成金属接触 功能及用途：烧结炉用于烘干硅片上的浆料、去除浆料中的有质成分、完成铝背场及栅线烧结，使硅与金属浆料形成良好的欧姆接触，提高转换效率。 所谓欧姆接触:半导体材料与金属接触时没有形成整流接触,欧姆接触具有线形和对称的V—I特性，且接触时的电阻远小于材料电阻的一种接触，因此当电流通过时，良好的欧姆接触不会产生显著的压降和功耗。 太阳能电池板 * Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile . Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile . Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 光电材料是能把光能转变为电能的一类能量 转换功能材料。 光电材料的定义 光电子发射材料 光电导材料 (3) 光电动势材料 光电材料分类 -------周馨我，功能材料学，69-77 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile . Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 正电子亲和阴极材料如：单碱-锑、多碱-锑等 负电子亲和阴极材料