chap3 硅及其光电子器件.ppt

未来50年人类面临的十大问题／挑战 太阳辐射和气团 我国有丰富的太阳能资源，具有开发利用太阳能的有利条件。 地球每天接收的太阳能，相当于整个世界一年所消耗的总能量的200倍。太阳每秒发出的能量就大约相当于1.3亿亿吨标准煤完全燃烧时所释放出的全部热量。 包括风能、海洋能等，都是太阳能的子孙、都是太阳能转换而成。 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生清洁能源。 太阳能电池对材料的要求 各类太阳能电池的制造方法及研究状况 生产多晶硅的关键问题是： 1 如何更好的吸收太阳光； 2 如何使金属化电极与电池的设计参数相 匹配； 3 如何生成pn结使更有效的生成光生载流子，并更好的分离。 电池薄膜化的目的在于降低电池成本，那么衬底材料本身也应该是廉价的，衬底材料应满足以下条件： 在低温沉积工艺中，薄膜制备工艺的温度一般控制在600℃以下，衬底的选择范围很宽，普通玻璃、莫来石等均可作为衬底。玻璃衬底一直作为主攻方向并视其为薄膜电池产业化的最具潜力的选项。 日本的Kaneka公司制造了以玻璃为衬底的多晶硅薄膜太阳电池，利用PECVD生长法得到多晶硅薄膜，太阳电池的转换效率已达10．7％。澳大利亚太平洋光伏公司公司研制的在面积为660cm2 的钢化玻璃上的多晶硅薄膜太阳电池的效率已达到8％。 Takuya公司以织构的ZnO／Ag／SnO2二氧化硒玻璃为衬底，利用PECVD法直接沉积多晶硅，采用限光技术，获得了效率为8．22％的电池。 Kenji Yamamoto等以织构玻璃为衬底，在低于550℃的程序温度下制备了“STAR”结构的多晶硅薄膜太阳电池，由于衬底织构对电池长波吸收的影响，电池效率为10.7％。 高温下生长多晶硅薄膜一般指沉积温度为800～ 1200℃，主要沉积方法是CVD工艺中的常压CVD(APCVD)和快热CVD (RTCVD)。 对衬底材料提出了更高的要求：高温稳定性、与硅膜的热匹配性以及杂质含量低等等。 目前，所采用的耐高温衬底主要有单晶硅、多晶硅、颗粒带硅、石墨和陶瓷等。 其中ZMR法最成功，日本三菱公司用该法制备的电池，效率已达16.42％，德国的夫朗霍费研究所制得的多晶硅电池转换效率为19％。 （１）衬底的制备和选择 （２）隔离层的制备 （３）籽晶层或匹配层的制备 （４）晶粒的增大 （５）沉积多晶硅薄膜 （６）制备Ｐ－Ｎ结 （７）光学限制：上下表面结构化，上下表面减反射 （８）电学限制：制备背场（ＢＳＦ）和前后电极的欧姆接触 （９）制备电极 （１０）钝化：晶粒间界的钝化和表面钝化 举例 中国科学院广州能源研究所以低廉工业硅粉为原料，采用特定备将颗粒硅粉表面熔化制成宽100mm\厚约0.5mm的薄硅带-颗粒硅带,以此为衬底，并利用多晶硅薄膜的化学气相沉积技术，与德国夫朗霍费太阳能系统研究所合作共同研究开发多晶硅薄膜电池。 以SSP为衬底，采用快热化学气相沉积（RTCVD）设备生长P层，扩散制结（N层），最后制上下电极和减反膜。 制备该电池的工艺流程为：SSP一衬底清洗一衬底表面预处理一RTCVD法生长多晶硅薄膜一扩散制结一掩膜法制作上下电极一去边一测试。 以低廉的工业硅粉为原料，采用特定的设备将颗粒硅粉表面熔化制成宽100mm\厚约0.5mm的薄硅带-颗粒硅带（Silicon Sheets from Powder），以此为衬底，并利用多晶硅薄膜的化学气相沉积技术，研究开发多晶硅薄膜电池。 颗粒硅带多晶硅电池的优点：??? 低价：为现有单晶硅电池成本的1/5-2/5??? 稳定：没有光致衰退效应 异质结结构介绍 非晶硅太阳电池一方面面临高性能的晶体硅电池降低成本努力的挑战：一方面又面临廉价的其它薄膜太阳电池日益成熟的产业化技术的挑战。应进一步提高组件产品的稳定效率，延长产品使用寿命。 非晶硅太阳电池的进一步发展方向 3.3 硅太阳能电池 （1）加强a-Si基础材料亚稳特性及其克服办法的研究，达到基本上消除薄膜硅太阳电池性能的光致衰退。 （2）加强晶化薄膜硅材料制备技术探索和研究，使未来的薄膜硅太阳电池产品既具备a一Si薄膜太阳电池低成本的优势，又具备晶体硅太阳电池长寿、高效和高稳定的优势。 （3）加强带有a-Si合金薄膜成分或者具有a-Si廉价特色的混合叠层电池的研究，把自身优点与其它电池的优点嫁接起来。 （4）选择最佳的新技术途径，进行产业化技术开发，在更高的技术水平上实现更大规模的太阳电池产业化和市场商品化。 非晶硅太阳电池的进一步发展方向 3.3 硅太阳能电池 图1.7 HIT结构示意图 2000年,日本三洋公司利用太阳级纯度硅材料制备高效HITTM太阳电池：开路电压719mv，效率为20.7％的HITTM太阳电池。该电池为双面HITTM结构电池，它创造了面积为