選择性发射极的论文.doc

1 引言 能源与环境是人类赖以生存和发展的两大条件，而能源短缺、环境污染和生态恶化，已成为各国面临的一个重大问题。开发新能源和可再生清洁能源，充分开发利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。 太阳电池发电具有资源普遍性和不枯竭的特点。无污染、无可动部件、安全可靠、建设周期短、规模大小随意等独特的优点，符合当今世界保护环境和可持续发展的要求和趋势。此外，我国交通、邮电、石油、航天等行业在通讯、信号、勘测、输运管道的阴极保护等方向已成功地应用了大量的太阳电池，取得了丰富的经验，得到了市场的认可，每年的使用量都有一定幅度的增长。将来随着光伏发电作为改善环境的新能源加以推广，例如太阳电池并网发电、光伏屋顶等，市场需求将急剧增加。2000--2001年我国太阳电池的需求量年均增长率己达到20%-27%。据有关方面估测，至2010年仅在农村电气化上的市场需求为129MW。 近几年太阳电池的应用得到了极大的发展。国际光伏工业连续六年保持30%以上的年增长率，被称为世界发展最快的能源。2001年世界年产量已达到390MWp，其中晶体硅太阳电池约占90%。全世界光伏发电累计用量已突破1000MWp。我国太阳能光伏发电技术产业化及市场开拓取得了较大进展。就目前而言，我国为解决偏远无电地区数百万家庭用电问题，用可再生能源解决供电比常规电网延伸有更好的经济性，发展光伏发电是我国一项十分重要的战略措施。 提高太阳电池光电转换效率和降低成本一直是光伏科学研究的主要目标。通过工艺改进和各种新技术应用，实验研究取得了显著的成果。澳大利亚新南威尔士大学高效单晶硅太阳电池效率达到24.7%;多晶硅太阳电池效率达到19.8%。日本Kyocera公司225cm2多晶硅太阳电池效率达到17.1%。德国ASE公司片状晶体硅太阳电池转换效率为14.5%。美国Astropower公司的带状多晶硅太阳电池效率达10.5%。日本三洋公司的HIT非晶硅/晶体硅复合太阳电池效率达20%。 从固体物理理论里我们知道硅并不是理想的光电转换材料，但由于在光伏技术出现前，硅技术的发展己经很成熟了，高品质的硅材料已大量供应于微电子市场，且硅是地球上储量第二多的元素，材料易得，具有性能稳定、无毒的特点，使得目前硅太阳电池仍然在光伏市场上占据主导地位。目前市场近90%是单晶硅和多晶硅太阳电池。就目前晶体硅太阳电池的研究来说，获得新的太阳电池结构和新工艺的研究是提高其光电转换效率的主要方法，对生产工艺的简化是当前降低成本的有效途径。如采用光刻栅线技术:激光刻槽埋栅或机械刻槽埋栅技术，选择性发射极太阳电池技术等都获得了较高的太阳电池效率。要将这一类技术应用于大规模的工业化生产，就还要进行进一步的深入研究和改进。国际上选择性发射极太阳电池的研究开展了很多，提出了多种制作选择性发射极的方法，如:两步扩散法[1]、丝网印刷磷浆法[2]、丝网印刷结合其他技术的一步扩散法[3，4，5]自对准等离子体反应刻蚀法阴[6]等。通过两次扩散法制作的第一个选择性发射极太阳电池，其效率达到了18.5%，短路电流密度为38mA/cm2开路电压628mV,填充因子为77.5%[7] 2 太阳电池简介 2.1 太阳电池结构 简单结构的太阳电池如图2.1所示 图2.1 太阳电池结构 选择与硅具有较好欧姆接触的电极的金属材料，栅线设计满足具有最小的串联电阻和最小的遮光面积。表面镀有减反射膜用以减少对太阳光的反射。p型硅衬底的厚度约175um，通过扩散形成PN结，它的结深约为0.5um,整个硅衬底的背面印有金属电极,上表面是金属栅线电极，以减少遮光损失。 2.2 太阳电池工作原理 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图2.2所示： 　　 图2.2 一般半导体的主要结构 图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照下图： ???? 　　 图2.3 掺入硼后，空穴形成示意图 图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。而浅灰色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生如图所示的深灰色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。????同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。浅灰色的为磷原子核，深灰色的为多余的电子。如下图。 ?