补充资料：硅太阳电池材料

硅太阳电池材料
silicon materials for solar cell

硅太阳电池材料Silieon materials for solar。ell硅是一种良好的光电转换电池材料。它是间接带隙元素半导体材料，禁带宽度凡为1 .12 eV。当阳光照射在硅表面时，吸收了能量大于或等于1.12eV的光子后，可将光能直接转化为电能。常用的有单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳电池材料。 单晶硅是最先被用来研制PN结太阳电池的材料(1 954年)。随后又使用了多晶硅材料。1977年研制成功效率为5.5%的非晶硅材料。在材料选用上，作为空间能源，以优质单晶硅为主;作为地面大功率电站或携带式常规电源，以廉价的普通单晶硅和多晶硅为主;家庭民用的小功率电源，面积没严格限定的场合，则以低品位多晶硅和非晶硅为主;对于毫瓦级、非直接阳光曝晒的应用场合，如手表、计算器等，则使用非晶硅材料。 单晶硅太阳电池材料电阻率为0.5一13见·cm的单晶硅是合适的太阳电池材料。N型和P型单晶硅均可做成PN结电池结构。但P垫材料的抗辐照能力和少子寿命较N型材料好，故选用P型单晶硅做成N+/P太阳电池结构。根据应用领域，对材料质量有不同的要求。用于地面的太阳电池选用电阻率为0.5一5见·cm，位错密度<10‘的单晶硅材料。用作空间电源的太阳电池，必须考虑到空间高能辐射粒子会引起硅太阳电池输出功率的逐渐衰减，对低阻材料的电池衰减更为严重，故多选用电阻率大于10见·cm、无位错单晶硅材料。对高转换效率太阳电池，要求少子寿命小于50召s。用于制作太阳电池的单晶硅，为充分利用光照面积，常切成厚度为0.3一0.smm的方片。除特殊情况外，对晶向没有严格要求，但制成绒面电池的材料则必须是(l00)晶向，因只有此晶向才能在表面腐蚀出高密度的小四角锥，‘以减少光滑硅面对阳光的反射和增加光子的吸收行程。此外，还发展了单晶硅带和六角柱状薄壳硅，以提高材料利用率。 多晶硅太阳电池材料多晶硅是为降低单晶硅太阳电池材料的成本而开发的。除光电转换效率稍逊于单晶硅外，其他性能与单晶硅相同。多晶硅与单晶硅的主要差别是存在晶界。晶界处存在位错等缺陷并富集杂质，成为少子的复合中心。同时，缺陷和杂质的存在，将导致串联电阻增大，电池并联电阻降低。晶界的存在，还影响PN结的平整性和结特性，从而使转换效率降低。随着晶粒增大，晶界愈少，少子碰上晶界而被复合的概率就愈少。当晶粒增大到lrnrn以上，转换效率可达10%，并不再受晶粒影响。若晶粒尺寸达毫米级以上，并有(111)或(100)择优取向，即为半晶硅，转换效率可进一步提高(略低于单晶硅)。但如果半晶硅在晶粒内或晶体的局部存在条纹缺陷，则造成PN结严重漏电，不能用于制造太阳电池。这可通过控制合适的晶体生长工艺加以避免。 多晶硅太阳电池材料可用多晶硅方片用扩散法做成尸N结电池结构，也可在多晶硅片上进行外延生长半导体级硅多晶薄膜，形成多晶硅薄膜太阳电池材料。多晶硅锭用浇铸法或定向凝固法制备，然后切成方片。为省去切片工序，发展了生长带状多晶硅的定边喂膜生长法(EFG)、蹼状法(WEB)、带带法(RTR)、水平拉法(HRG)、生长硅方片的旋铸法(SC)等。非晶硅太阳电池材料原子排列短程有序而长程无序的硅称为非晶硅(a一Si)。只有能隙中定域态密度小于10‘6一10‘7em一3eV一，以下的非晶硅才可作太阳电池材料。由于非晶硅的长程无序含有大量的悬挂键等缺陷，导致大于1020cm一3eV一‘高的定域态密度，费米能级被“钉死”，不易移动，因而纯a一Si不具光伏性能，不能做太阳电池。通过掺入氢或氟，a一Si的悬挂键被氢或氟补偿，形成a一Si:H或a一Si:F:H合金，可大大降低定域态密度。再对a一Si:H或a一Si:RH进行掺杂，即获得太阳电池所要求的导电型号和载流子浓度，并可提高内建势和少子寿命。 作为太阳电池材料，非晶硅有如下优点:①较高的光学吸收系数。在太阳光谱范围内，其值为单晶硅的40倍。因此，制作太阳电池仅需小于1召m的a一Si薄膜。②a一Si的光谱响应比晶体硅偏于短波，禁带宽度a一51为1.5一2.oeV，晶体硅为1.12eV。这使非晶硅在弱光场合更具优越性，且与太阳光谱有更好的匹配。其开路电压稀c大于晶体硅。③可通过控制氢和掺杂剂量，改变其能隙。但非晶硅太阳电池在光照后，光电导率和暗电导率会明显下降，引起光电性能退化。其退化机理尚在研究中。(唐厚舜)

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