光电转换材料PPT.ppt

主要内容 光电材料的定义和分类太阳能电池的原理太阳能电池的制备方法 光电材料是能把光能转变为电能的一类能量转换功能材料 光电材料的定义和分类 光电材料的定义 光电子发射材料光电导材料 3 光电动势材料 光电材料分类 周馨我 功能材料学 69 77 光电子发射材料 正电子亲和阴极材料如 单碱 锑 多碱 锑等负电子亲和阴极材料如 硅 磷化镓 等 当光照射到材料上 光被材料吸收产生发射电子的现象称为光电子发射现象 具有这种现象的材料称为光电子发射材料 定义 1 光电阴极 光电转换器 微光管 光电倍增管 高灵敏电视摄像管 2 半导体负电子亲和势光阴极 变像管夜视仪 可在特殊气候条件下照常工作 如无月光 无星光 有云 有雾的气候条件 应用 分类 光电导材料 光电导半导体如 单体 锗 硅 氧化物 镉化物 铅化物等光电导陶瓷如 CdS陶瓷等有机高分子光导体如 聚氮乙烯基咔唑和2 4 7 三硝基芴酮组成的传奇络合物 CT 受光照射电导急剧上升的现象被称为光电导现象 具有此现象的材料叫光电导材料 定义 1 光探测器中的光敏感器件及半导体光电二极管 2 光敏晶体三极管如 CdS 3 高阻抗元件如 铜掺杂到CdS 应用 分类 光电动势材料 硅太阳能电池其包括单晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池 非晶硅太阳能电池薄膜太阳能电池陶瓷太阳能电池金属 氧化物 半导体 MOS 太阳能电池p n异质结太阳能电池燃料敏化太阳能电池 在光照下 半导体p n结的两端产生电位差的现象称为光生伏特效应 具有此效应的材料称为光电动势材料 其最主要的应用为太阳能电池 定义 分类 太阳能电池原理 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下 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 图中 黄色的表示掺入的硼原子 因为硼原子周围只有3个电子 所以就会产生入图所示的蓝色的空穴 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N型半导体 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P型半导体 黄色的为磷原子核 红色的为多余的电子 太阳能电池原理 N型半导体中含有较多的空穴 而P型半导体中含有较多的电子 这样 当P型和N型半导体结合在一起时 就会在接触面形成电势差 这就是PN结 如下图 当晶片受光后 PN结中 N型半导体的空穴往P型区移动 而P型区中的电子往N型区移动 从而形成从N型区到P型区的电流 然后在PN结中形成电势差 这就形成了电源 太阳能电池材料的制备 多晶硅材料的制备单晶硅材料的制备非晶硅材料的制备太阳能电池的制备 多晶硅材料的制备 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 1 碳还原法在电弧中 利用纯度在99 以上的石英砂和焦炭或木炭在2000 左右进行还原反应 可生成多晶硅 2 三氯氢硅氢还原法 3 硅烷热分解法 4 四氯化硅氢还原法SiCl4 2H2 Si 4HCl 单晶硅的制备 1 区域熔炼法以高纯多晶硅为原料 制成棒状 并将多晶硅棒垂直固定 在多晶硅棒的下端放置具有一定晶相的单晶硅 作为单晶生长的的籽晶 其晶相一般为或 然后在真空或惰性气体下 利用高频感应线圈加热多晶棒 使多晶硅棒部分区域形成熔区 并依靠熔区的表面张力保持多晶硅棒的平衡和晶体生长的顺利进行 晶体生长首先从多晶硅棒和籽晶的结合处开始 多晶硅棒和籽晶以一定的速度做相反方向的运动 熔区从下端沿着多晶硅棒缓慢向上端移动 使多晶硅逐步转变为单晶硅 单晶硅的制备 2 直拉法 非晶硅的制备 1 等离子化学气相沉积法 该法主要是采用H2稀释的硅烷气体的热分解 硅烷分解生成硅原子 沉积在衬底材料上形成非晶硅薄膜 太阳能电池的制备 硅片切割 去除损伤层 制绒 扩散 刻蚀 PECVD沉积减反射层 丝网印刷上下电极 烧结形成金属接触 分类检测 包装 制绒原理 制绒作用 减少反射 增强对太阳光的吸收 制绒原理 碱对单晶硅有各向异性腐蚀特性 即在硅的不同的晶向上 碱的腐蚀速度不一致 把单晶硅片腐蚀成具有金字塔形表面的硅片 铬酸等对多晶硅有缺陷腐蚀特性 把多晶腐蚀成具有很多凹坑表面的硅片 制绒原理 单晶硅制绒化学方程式 多晶硅制绒化学方程式 制绒原理 刻蚀效果 扩散原理 扩散作用 在硅片表面形成PN结 扩散原理 在P型半导体表面掺杂五价磷原子 在表面形成一层0 5微米左右的N型层 扩散化学方程式 扩散原理 扩散效果 P型硅 干法刻蚀原理 刻蚀作用 去除边缘PN结 防止上下短路 干法刻蚀原理 利用高频辉光放电反应 使CF4气体激活成活性粒子 这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位 在那里与硅材料进行反应 形成挥发性反应物而被去除 干法刻蚀化学方程式 干法刻蚀原理 去磷硅玻璃作用 去除硅片表面因扩散形成的磷硅玻璃层 并清洁表面 为PECVD做准备 去磷硅玻璃原理 利用HF与SiO2反应 去除磷硅玻璃层 去磷硅玻璃化学方程式 PECVD原理 PECVD作用 在硅片表面镀上一层深蓝色的氮化硅膜 可以充分吸收太阳光 降低反射 并且氮化硅膜有钝化的作用 保护电池片不受污染 PECVD原理 利用硅烷 SiH4 与氨气 NH3 在等离子体中反应 生成Si3N4沉积到硅片表面 干法刻蚀化学方程式 PECVD原理 PECVD效果 P型硅 N型硅 丝网印刷原理 丝网印刷的原理通过刮条挤压丝网弹性变形后将浆料漏印在需印刷的材料上的一种方式 这是目前普遍采用的一种电池工艺 丝网印刷的工艺流程 背电极印刷 烘箱 背电场印刷 正电极印刷 烘箱 烧结 下料 上料 丝网印刷原理 丝网印刷效果 P型硅 烧结形成金属接触 功能及用途 烧结炉用于烘干硅片上的浆料 去除浆料中的有质成分 完成铝背场及栅线烧结 使硅与