鉅大LARGE | 點擊量：3988次 | 2020年04月02日
淺談太陽能電池的工作原理及制作過程
太陽能電池是一對光有響應并能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發電原理基本相同，現以晶體硅為例描述光發電過程。P型晶體硅經過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結。一、太陽能電池的工作原理
太陽能電池是一對光有響應并能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發電原理基本相同，現以晶體硅為例描述光發電過程。P型晶體硅經過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結。
吉光光電當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收)光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發生了越遷，成為自由電子在P-N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電能的過程。
二、太陽能電池的制作過程
儲量豐富的硅
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
硅是我們這個星球上儲藏最豐量的材料之一。自從19世紀科學家們發現了晶體硅的半導體特性后，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維。20世紀末，我們的生活中處處可見硅的身影和作用，晶體硅太陽能電池是近15年來形成產業化最快的。
生產過程
生產過程大致可分為五個步驟：a、提純過程b、拉棒過程c、切片過程d、制電池過程e、封裝過程。
以單晶硅為例，其生產過程可分為：
工序一，硅片清洗制絨
目的表面處理：
清除表面油污和金屬雜質)
去除硅片表面的切割損壞層)
在硅片表面制作絨面，形成減反射織構，降低表面反射率)
利用Si在稀NaOH溶液中的各向異性腐蝕，在硅片表面形成3-6微米的金字塔結構，這樣光照在硅片表面便會經過多次反射和折射，增加了對光的吸收)
工序二，擴散
硅片的單/雙面液態源磷擴散，制作N型發射極區，以形成光電轉換的基本結構：PN結。
POCl3液態分子在N2載氣的攜帶下進入爐管，在高溫下經過一系列化學反應磷原子被置換，并擴散進入硅片表面，激活形成N型摻雜，與P型襯底形成PN結。主要的化學反應式如下：
POCl3+O2(rarr)P2O5+Cl2P2O5+Si(rarr)SiO2+P
工序三，等離子刻邊
去除擴散后硅片周邊形成的短路環)
工序四，去除磷硅玻璃
去除硅片表面氧化層及擴散時形成的磷硅玻璃(磷硅玻璃是指摻有P2O5的SiO2層)。
工序五，PECVD
目的減反射+鈍化：
PECVD即等離子體增強化學氣相淀積設備，PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition)
制作減少硅片表面反射的SiN薄膜(～80nm))
SiN薄膜中含有大量的氫離子，氫離子注入到硅片中，達到表面鈍化和體鈍化的目的，有效降低了載流子的復合，提高了電池的短路電流和開路電壓。
工藝原理：
硅烷與氨氣反應生成SiN淀積在硅片表面形成減反射膜。
利用高頻電源輝光放電產生等離子體對化學氣相沉積過程施加影響的技術。由于等離子體存在，促進氣體分子的分解、化合、激發和電離，促進反應活性基團的生成，從而降低沉積溫度。PECVD在200℃～500℃范圍內成膜，遠小于其它CVD在700℃～950℃范圍內成膜。
反應過程中有大量的氫離子注入到硅片中，使硅片中懸掛鍵飽和、缺陷失去活性，達到表面鈍化和體鈍化的目的。
工序六，絲網印刷
用絲網印刷的方法，完成背場、背電極、正柵線電極的制作，已引出產生的光生電流)
工藝原理：
給硅片表面印刷一定圖形的銀漿或鋁漿，通過燒結后形成歐姆接觸，使電流有效輸出)
正面電極用Ag金屬漿料，通常印成柵線狀，在實現良好接觸的同時使光線有較高的透過率)
背面通常用Al金屬漿料印滿整個背面，一是為了克服由于電池串聯而引起的電阻，二是減少背面的復合)
工序七，烘干和燒結
目的及工作原理：
烘干金屬漿料，并將其中的添加料揮發(前3個區))
在背面形成鋁硅合金和銀鋁合金，以制作良好的背接觸(中間3個區))
鋁硅合金過程實際上是一個對硅進行P摻雜的過程，需加熱到鋁硅共熔點(577℃)以上。經過合金化后，隨著溫度的下降，液
相中的硅將重新凝固出來，形成含有少量鋁的結晶層，它補償了N層中的施主雜質，從而得到以鋁為受主雜質的P層，達到了消除背結的目的。
在正面形成銀硅合金，以良好的接觸和遮光率)
Ag漿料中的玻璃添加料在高溫(~700度)下燒穿SiN膜，使得Ag金屬接觸硅片表面，在銀硅共熔點(760度)以上進行合金化。
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