单晶硅多晶硅太阳能电池.docx

第1章单晶硅，多晶硅的特性与区别1.1 单晶硅的特性单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分。硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999，甚至达到99.9999999以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成/ 熔融的单质硅在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，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。在超纯单晶硅中掺入微量的A族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成p型硅半导体；如掺入微量的A族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型硅半导体。单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。单晶硅主要用于制作半导体元件。/1.2多晶硅的特性灰色金属光泽。密度2.322.34。熔点1410。沸点2355。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。加热至800以上即有延性，1300时显出明显变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。 多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。1.3 单晶硅，多晶硅的区别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。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅均不如单晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料。单晶硅可算得上是世界上最纯净的物质了，一般的半导体器件要求硅的纯度六个9以上。大规模集成电路的要求更高，硅的纯度必须达到九个9。目前，人们已经能制造出纯度为十二个9 的单晶硅。单晶硅是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料/ 单晶硅和多晶硅都是单质硅的一种形态。单晶硅即原子排列得非常整齐，晶格位向完全一致，且无任何缺陷存在。 多晶硅即由许多位向不同的晶格组成，且其内部还存在着多种晶体缺陷。 单晶是采取直拉发生产，直拉过程就是一个原子结构重组的过程。而多晶多采用浇注法生产，就是直接把硅料倒入坩埚中融化定型。单晶硅片为方圆形，多晶硅为方形。对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料。第2章单晶硅，多晶硅的实际应用2.1单晶硅的实际应用制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。2.2 多晶硅的实际应用电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。第3章单晶硅，多晶硅太阳能电池的特性 3.1单晶硅太阳能电池的基本特性参数开路电压UOC，即将太阳能电池置于100 mW/cm2的光源照射下，在两端开路时，太阳能电池的输出电压值。短路电流ISC，就是将太阳能电池置于标准光源的照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流。最大输出功率Pm，如果选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最大，即可获得最大输出功率。填充因子FF，他是最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比，是代表太阳能电池在带最佳负载时，能输出的最大功率的特性。转换效率指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率。伏安特性，工作状态下太阳电池的电压-电流特性。 图示：在给定的日照和温度下短路电流ISC 、开路电压UOC、输出功率Pm与填充因子FF的关系。实线部分是I-V（伏安）曲线，虚线部分为P-V（伏瓦）曲线。温度对I-V特性的影响温度对短路电流的影响 Isc随温度上升而缓慢上升，这是由于串联电阻与并联电阻的存在，光电流流过Rs要产生一定压降，当测量短路电流时在Rsh上也要损失部分电流，而且随着电流的增大，两者的影响也加大，从而抑制了Isc的增加。温度对开路电压的影响 温度对它的输出开路电压影响大，温度越高，开路电压越低。温度对输出功率的影响 在这一温度范围内，输出功率出现一个最大值和一个最小值，并不是朝一个方向变化。在305K左右，电池的输出功率最大。通过最大值以后输出功率随温度的增加而降低。温度对填充因子的影响 串、并联电阻对填充因子有较大影响，串联电阻越大，填充因子也随之减少的越多；并联电阻越小，填充因子随之也下降的越多，在这一温度范围内，填充因子出现一个最大值，填充因子随着温度的变化而变化。光照对单晶硅太阳能电池的影响基本量的测定在不加偏压用白光照射时(暗箱中光源到太阳能电池的距离保持为20cm，装置如下图所示)，测量太阳能电池在不同负载电阻R下通过太阳能电池的输出电流I和输出电压U，并由此确定当太阳能电池输出功率为 Pmax时相应的负载电阻R，并绘制I-U关系图和P-R关系图。 再从I-U图中找出短路电流Isc和开路电Uoc，从P-R图中找出最大输出功率Pmax及相应的负载电阻，计算可得到填充因子FF。 在不加偏压时，以白色光照射太阳能电池，电路原理图如图A所示。测得在不同负载电阻R下流过太阳能电池的电流I和太阳能电池的输出电压U，分析所得数据可得到电流I和电压U的变化关系，如图B所示。同理，太阳能电池的输出功率P与负载电阻R的关系如图C所示：由图B可知，ISC=0.722mA ；UOC=3.78V 。由图C可知，Pmax=1.887mW；此时R=5400 。算出填充因子 ：光照效应 在暗箱中，取定 J0作为标准的光照强度，在本实验中，取自光源水平距离20 cm处光强作为标准光照强度，用光度计测量该处的光照强度J0。 通过改变太阳能电池到光源的距离d，来改变光照强度J。 而 J/J0是太阳能电池接受的相对光强度。 通过测量 Isc、Uoc与 J/J0 ，可得出 Isc、Uoc分别与 J/J0之间的近似函数关系，如图D、图E所示。从图D图E 得到 Isc、Uoc与相对光强度 J/ J0的函数关系式为：相关系数 相关系数输出功率和光照强度之间的关系 通过改变光照强度，也就是单晶硅太阳能电池与光源之间的距离d变化，测量