光伏考试复习材料

光伏考试复习材料光伏考试复习材料 光伏材料复习资料1 晶体分类共价键晶体 离子晶体 分子晶体 金属晶体2 硅晶体共价键的特点 饱和性和方向性饱和性指每个原子 与周围原子之间的共价键数目有一定的限制方向性指原子间形成共 价键时 电子云的重叠在空间一定方向上具有最高密度 这个方向 就是共价键方向 3 太阳能优缺点 优点 普遍性 安全性 资源丰富 无污染性缺点 1 太阳能受气候 天气 昼夜甚至时间的影响较大 在太阳能资源贫乏地区不易推广太阳能利用 2 太阳能发电为直流电 在转变交流电时候会产生能量损失 而且 要增加其他配套装置 这些因素都导致太阳能发电成本增加 3 由于太阳电池发电密度低 如果想产生相当量的能量必须要大面 积安装 4 什么是晶体结构 分为几类 各种分类有什么特点 晶体结构晶 体中原子 离子或分子 规则排列的方式 分类1 单晶体2 多晶体3 准晶体 单晶体整块晶体内原子排列规律完全一致的晶体 有固定的几何外 形 有固定的熔点 具有各向异性的性能 多晶体是由许多取向不同的单晶体无规则的堆积而成 准晶体是一 种介于晶体和非晶体之间的固体 具有完全有序的结构 但不具有 晶体平移周期性 6 晶列晶格中任意两个个点连接一条直线 过一格点可以做无数晶列 晶列上格点具有周期性7 什么是晶向 如何确定晶向 晶向晶列取向 通常用晶向指数来描述晶胞中任取 一格点作为原点 则任一格点位矢R ma nb pc 那么该晶列晶向指 数可表示为 m np 沿立方边的晶列有6个不同的晶向 分别为 100 010 001 100 010 001 由于这6个方向具有对称性 统称为等效 晶向 记作简单立方12条面对角线记作 体对角线记作 8 什么是晶面 如何确定晶面 晶面晶体中的原子可以看成是分布 在一系列平行而等距的平面 平行的晶面组成晶面族 密勒指数来描述晶面的方向 确定晶面的方法任选一格点为原点 以晶胞基矢a b c为坐标轴 晶 面在坐标轴上截距r s t的倒数比即为密勒指数 表示为 hkl 9 固体材料导电性分类及其标准 固体材料按其导电能力的差异可 分为导体 半导体及绝缘体导体的能带有三种结构价带部分填满 价带为满带但与空带重叠 价带未填满且与空带重叠绝缘体的价带 是满带 而且价带与空带间有较大的禁带半导体 能带结构与绝缘 体很相似 但是其禁带宽度较小 约为0 1 2ev10 杂质原子填充方式间隙原子和替位原子11 半导体的分类标准 杂质磷的作用是提供可以参与导电的电子 这种依靠导带电子导电的半导体称为电子型半导体 简称N型半导体 掺杂的硼原子提供能够导电的空穴 依靠空穴导电的半导体称为空 穴型半导体 简称P型半导体施主原子提供电子的原子受主原子接受 自由电子的原子12 P N结中电流和外加电压的关系正向接法若外加电源E足够大而克服了 障碍电位 则由于电池的正端具有吸引电子而排斥电洞的特性 电 池的负端有吸引电洞而排斥电子之特性 因此N型半导体中的电子会 越过P N接合面而进入P型半导体与电洞结合 同时 电洞也会通过接合面 而进入N型半导体内与电子结合 造成很大的电流通过P N接合面 反向接法把电池的正端接N而负端接P 则电子 电洞将受到E之吸引 而远离接合面 空乏区增大 而不会有电子或电洞越过接合面产生 接合 此种外加电压之方式称为反向偏压 13 几何形态点缺陷 线缺陷 面缺陷 体缺陷点缺陷间隙 替代 福伦克尔缺陷 肖特基缺陷线缺陷刃型缺陷 螺型错位面缺陷孪晶 晶粒间界以及堆垛层错14 光电效应 光伏效应是什么 利用光电 效应和光伏效应的太阳能电池不可用的原因 光电效应指光照射到 金属材料表面 金属内的自由电子吸收了光子的能量 脱离金属束 缚 成为真空中自由电子 从而形成电流的效应 光伏效应是指光照射到半导体P N结上产生可输出功率的电势差的现象 金属光电效应导电的仅为电子 而半导体光伏效应中参与导电的载 流子包括电子和空穴 金属中电子吸收光子的能量从费米能级跃迁到真空能级 需要吸收 能量为3 5ev 可见光的能量范围为0 4 4ev 半导体光伏效应中电子吸收1 2ev就可以完成从价带到导带的跃迁从理论上来说金属光电效应是可 以做太阳电池的 但光电效应电池的转换效率理论值为1 实验室 仅为0 001 而晶体硅太阳电池转换效率的理论值为27 工业生产 产品转换效率18 所以光电效应是没法应用到现实中的 光电效应 光电流要远小于光伏效应光电流 因此目前太阳电池材料仍然是半 导体 而非金属材料 15 表征太阳能电池性能的参数短路电流通过导线把电池的阴阳极直 接相连 此时流过导线的电流即为短路电流 用ISC表示开路电压太 阳电池阴阳极两端无导线相连 光生载流子只能聚集在P N结两端产生光生电动势 这时在电池两端测量所得电势差即为开路 电压 用VOC表示最大输出功率Pm Vm Im填充因子衡量太阳电池整 体性能的一个重要参数 代表太阳电池在最佳负载时能输出的最大 功率的特性 地面用太阳电池转换效率测定标准为大气质量AM1 5时的光谱分布 入射的太阳辐照度为1000W m2 温度为25 在此条件下太阳电池输出功率定义为太阳电池的峰瓦数 表示为Wp 串联电阻半导体材料的体电阻 电极与半导体接触电阻 电极金属 的电阻并联电阻由于P N结漏电产生的 包括绕过电池边缘漏电和由于P N结区域存在晶体缺陷和杂质所引起的内部漏电流16 实践太阳能电 池模型太阳电池可以看做一个恒流源与理想二极管的并联 在光照的时候 太阳电池产生一定的光生电流 其中一部分流过P N结作为暗电流 另一部分为供给负载的电流17 影响太阳能电池转 化效率的因素 改善转化效率的方法 硅材料本身的能隙 光损失 少数载流子复合 串联 并联电阻1 表面织构化能使入射光线在 其表面多次反射 从而增加了太阳电池对光的吸收2 微电极技术是 解决此问题的一个方法 3 使用点接触式方法把太阳电池正负电极 全部放到背面4 把吸收较高能量光谱的电池片放在上层 吸收较低 能量光谱的电池片放在下层5 选择适当的掺杂浓度 提高晶体的纯 度 减少缺陷和杂质 6 吸杂和钝化 吸杂能有效地提高半导体材料质量 而钝化能减少 晶体缺陷对载流子寿命的影响7 硅表面生长一层介质膜 SiO2 Si3 N4 或氢原子钝化等 其效果是消除掉材料表面的悬挂键 减少载流子在表面发生复合的 几率 8 减少电极区复合可采用电极区掺杂浓度提高 降低少数载流子在 电极区浓度 从而降低了在此区域复合的几率18 太阳电池材料选择 标准1 禁带宽度1 1 1 7ev 而且最好是直接禁带半导体 2 具有良好的光电转换效率可制造大面积的太阳电池 最好能使用 薄膜沉积技术制造3 材料易取 成本低 4 长期的稳定性 5 安全无毒19 改良西门子方法主要包括五个环节1 SiHCl3合成2 Si HCl3分馏提纯3 SiHCl3氢气还原4 尾气回收5 SiCl4氢化分离改良西 门子法与西门子法的不同之处在于改良西门子法采用闭环生产 尾 气回收循环利用 SiCl4氢化工艺20 改良西门子法相对于传统西门 子法的优点 1 节能由于改良西门子法采用多对棒 50 80 大直径还原炉 流化床温度低 300度 可有效降低还原炉消 耗的电能 2 降低物耗改良西门子法对还原尾气 H 2 HCI SiCI4等副产物以及大量副产热能的配套工艺 进行了有效 的回收 这样就可以大大低降低原料的消耗 3 减少污染由于改良西门子法是一个闭路循环系统 多晶硅生产中 的各种物料得到充分的利用 排出的废料极少 相对传统西门子法 而言 污染得到了控制 保护了环境 改良西门子的缺点工艺流程长 投资大 技术要求严格 SiHCl3转 化率低21 太阳级硅其他制造方法1 氯硅烷还原法2 Zn还原法3 熔盐 电解法4 熔盐电解5 等离子体还原法22 单晶硅电池优缺点优点结晶 完整 自由电子与空穴在内部移动不受限制 产生电子空穴复合几 率低 太阳电池效率高 缺点将晶棒切割成晶柱的过程中 浪费一半的材料 成本高 价格 昂贵 23 氧杂质去除1 利用Ar带走SiO来减少氧杂质2 降低坩埚的旋转速 率和采用较大直径的坩埚也是降低氧杂质的途径 24 碳杂质产生和去除1 减少碳污染的办法除了利用Ar带走上述气体 2 在石墨元件表面利用化学气相沉积的方法镀一层SiC 25 直拉单晶硅制造流程1 加料2 熔化3 熔接4 缩颈生长5 放肩生长 6 等径生长7 收尾生长26 直拉法中杂质原子的分布情况 对于杂质 浓度非常小的平衡态固液系统 在固液界面处杂质的成分比例 可 表达为平衡分凝CKC 系数K1 意味着杂质在晶体中的浓度始终大于在熔体 中的浓度 也就导致随着晶体生长杂质含量越来越少 例如氧杂质K 1 27K 1 杂质在晶体中从头到尾分布均匀27 定向凝固 在结晶过程中 通过控制温度场的变化 形成单方向热流 生长方向 与热流方向相反 并要求液固界面处的温度梯度大于0 横向则要 求无温度梯度 从而形成定向生长的柱状晶 28 多晶硅杂质氧 碳 氮及金属等 由于偏折现象 金属杂质在多晶硅锭底部最少 底部最多 O在多晶 硅锭的分布为顶部最高 底部最少 碳杂质在多晶硅锭的分布为顶部最少 底部最多29 什么是制绒技术 使用制绒技术的意义 SL制绒技术被称为表面织构技术 是指通 过某种技术方法在电池表面制作出凸凹不平的形状 以达到太阳光 线在表面的多次反射 至少两次 增强晶体硅表面的对光的吸收 的技术 制绒增强了入射太阳光的利用率 提高了太阳电池的转化 效率 30 制绒方法干法和湿法干法有机械刻槽 反应离子刻蚀 光刻等 湿法是传统的刻蚀方法 又被称为化学腐蚀法 单晶硅的酸制绒 硝酸 氢氟酸多晶硅的碱制绒氢氧化钠31 PN结形 成过程杂志离子扩散的方式 扩散方式的特点 1 恒定表面源扩散 恒定表面源扩散是指在整个扩散过程中 硅片表面浓度保持不变 在一定的扩散温度控制下 杂质原子从气相扩散到固相的硅片里 而呈现一定的杂质分布特点 杂质表面浓度与时间无关 与杂质种类 和扩散温度有关 而扩散时间的不同 硅片内部杂质浓度不同 扩 散深度不同 随扩散深度的增大杂质浓度减少 随扩散时间的增加 硅片内部浓度增大 曲线变得平缓 扩散杂质增多2 限定表面源 扩散限定表面源扩散是指硅片表面具有一定的杂质源总量 再扩散 过程中杂质含量不再变化 因此 在扩散过程中随着扩散深度的增 加 表面杂质浓度不断下降 限定表面源扩散过程是首先在硅表面产生一层薄的杂质层 然后在 进行扩散 该方法能够很好的控制扩散层的表面杂质浓度当扩散温度保持不变 时 随着扩散时间的延长 表面杂质浓度不断降低 同时体内杂质 浓度增加 从曲线上变现为斜率变小 曲线变得平坦当扩散时间相 同 而扩散温度不同时可以看到较高的温度增大了杂质的扩散系数 加速了杂质的扩散 所以杂质表面浓度快速下降 同样 体内浓 度增加较快 曲线变得平坦 曲线所包围面积也相等由于总的杂质 量不变 所以曲线所包围的面积相等32 减反射膜在硅表面制备一层 或多层高折射率的介质膜 利用光在薄膜表面的干涉原理 可以进 一步减少光的反射 使入射光的反射率从制绒后的10 15 降低到3 5 完美单层减反射膜条件是减反射膜光学厚度为1 4入射光波长 折射 率为外界介质与硅片折射率乘积的平方根 33 减反射膜材料的选择标准1 减反射膜厚度2 折射率是减反射膜制 备的两个重要参数3 减反射膜对光的吸收要小4 物理化学稳定性5 制备工艺难易及成本34 正常的SiNx的Si N之比为0 75 即Si3N4 除了Si和N PECVD的氮化硅一般还包含一定比例的氢原子 即SixNy Hz或SiNx H 35丝网印刷是把带有图像或图案的模版被附着在丝网上进