大家好！今天让小编来大家介绍下关于光伏硅电池制造原理_多晶硅太阳电池的原理是什么？的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。
文章目录列表:
1.光伏硅电池制造原理2.多晶硅太阳电池的原理是什么？
太阳能电池的结构工作原理和制造技术?
近几年来，受世界太阳能电池发展“热潮”的影响，我国太阳能电池产业发展空前高涨，本文收集了太阳能电池的一些有关技术，以供读者参考。（一）太阳能电池的发展历史：
太阳能电池是产生光生伏打效应（简称光伏效应）的半导体器件。因此，太阳能电池又称为光伏电池，太阳能电池产业又称为光伏产业。
1954年世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实验室问世，幷首先应用于空间技术。当时太阳能电池的转换效率为8％。1973年世界爆发石油危机，从此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近10几年来，随着世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，太阳能电池的清洁性、安全性、长寿命，免维护以及资源可再生性等优点更加显现。一些发达国家制定了一系列鼓舞光伏发电的优惠政策，幷实施庞大的光伏工程计划，为太阳能电池产业创造了良好的发展机遇和巨大的市场空间，太阳能电池产业进入了高速发展时期，幷带动了上游多晶硅材料业和下游太阳能电池设备业的发展。在1997－2006年的10年中，世界光伏产业扩大了20倍，今后10年世界光伏产业仍以每年30％以上的增长速度发展。
世界太阳能电池的发展历史如表1所示：
表1?世界太阳能电池发展的主要节点?
年份?重要节点
1954?美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为6％
1955?第一个光伏航标灯问世，美国RCA发明Ga?As太阳能电池
1958?太阳能电池首次装备于美国先锋1号卫星，转换效率为8％。
1959?第一个单晶硅太阳能电池问世。
1960?太阳能电池首次实现并网运行。
1974?突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到18％。
1975?非晶硅及带硅太阳能电池问世
1978?美国建成100KW光伏电站
1980?单晶硅太阳能电池效率达到20％，多晶硅为14.5％，Ga?As为22.5％
1986?美国建成6.5KW光伏电站
1990?德国提出“2000光伏屋顶计划”
1995?高效聚光Ga?As太阳能电池问世，效率达32％。
1997?美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划
日本提出“新阳光计划”
1998?单晶硅太阳能电池效率达到24.7％，荷兰提出“百万光伏屋顶计划”
2000?世界太阳能电池总产量达287MW，欧洲计划2010年生产60亿瓦光伏电池。
（二）、太阳能电池的种类
（三）、硅太阳能电池的结构及工作原理
硅太阳能电池的外形及基本结构如图1。基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。上表面为N+型区，构成一个PN＋结。顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。上下电极分别与N＋区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。
当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN＋结空间电荷区和P区中激发出光生电子——空穴对。各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。光生电子留于N＋区，光生空穴留于P区，在PN＋结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N＋区，负载中就有功率输出。
太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。靠近顶区湿产生阳光电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的5－10％（随N＋区厚度而变），PN＋结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5?％左右。电池基体区域产生的光电流对红外光敏感，占80－90％，是光生电流的主要组成部分。
（四）、太阳能电池的制造技术
晶体硅太阳能电池的制造工艺流程如图2。提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。
1、?具体的制造工艺技术说明如下：
（1）?切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。
（2）?清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去30－50um。
（3）?制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。
（4）?磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成PN＋结，结深一般为0.3－0.5um。
（5）?周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。
（6）?去除背面PN＋结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN＋结。
（7）?制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。
（8）?制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有MgF2?，SiO2?，Al2O3?，SiO?，Si3N4?，TiO2?，Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。
（9）?烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。
（10）测试分档：按规定参数规范，测试分类。
由此可见，太阳能电池芯片的制造采用的工艺方法与半导体器件基本相同，生产的工艺设备也基本相同，但工艺加工精度远低于集成电路芯片的制造要求，这为太阳能电池的规模生产提供了有利条件。
（五）、太阳能电池的芯片尺寸：
规模化生产太阳能电池的芯片尺寸分别为（103×103）mm2、（125×125）mm2、（156×156）?mm2和（210×210）mm2的方片。目前的主流仍是（156×156）mm2，2007年将过渡到（210×210）mm2为主流芯片。最近德国已推出了代表国际最先进的（210×210）mm2硅片全自动生产设备。
芯片的厚度也愈来愈薄，从→300→?270→?240?→210?→180?um，目前晶体硅片主要使用厚度为210—240um。
（六）、太阳能电池的芯片材料及转换效率：
1、?晶体硅（单晶硅和多晶硅）太阳能电池：
2004年晶体硅太阳能电池占总量的84.6?％，生产技术成熟，是光伏产业的主导产品。在光伏产业中占据着统治地位。
对于高效单晶硅太阳能电池，国际公认澳大利亚新南威尔士大学达到了最高转换效率为24.7％，目前世界技术先进产品转换效率为19－20?％。对于多晶硅太阳能电池澳大利亚新南威尔士大学多晶硅电池效率已突破19.8％，技术先进产品的效率为15－18?％。
2、?非晶体硅太阳能电池：
α－Si（非晶硅）太阳能电池一般采用高频辉光使硅烷分解沉积而成。由于分解温度低（250－500?0C），可在薄玻璃、陶瓷、不锈钢和塑料底片上沉积1um厚的薄膜，且易于大面积化。非晶硅太阳能电池多数采用PIN结构，有时还制成多层叠层式结构。
非晶硅太阳能电池大量生产的大面积产品的转换效率为10－12?％，小面积产品转换效率已提高到14.6％，叠层结构电池的最高效率为21?％。
3、?砷化镓（GaAs）太阳能电池：
GaAs太阳能电池多数采用液相外延法或MOCVD技术制备，GaAs太阳能电池的效率可高达29.5％，一般在19.5％左右。产品具有耐高温和抗辐射特点，但生产成本较高，产量受限，主要用作空间电源。以硅片为衬底，拥MOCVD方法制造GaAs?/Si异质结太阳能电池是降低成本很有希望的方法，最高效率23.3?％，GaAs?叠层结构的太阳能电池效率接近40?％。
4、?其他化合物半导体太阳能电池：
这方面主要有CIS?（铜铟硒）薄膜、CdTe?(碲化镉)薄膜和InP(磷化铟)?太阳能电池等。这些太阳能电池的结构与非晶硅电池相似。但CIS薄膜一般厚度为2－3um，已达到的转换效率为17.7?％。CdTe薄膜很适合于制作太阳能电池。其理论转换效率达30?％，目前国际先进水平转换效率为15.8?％，多用于空间方面。2004年世界各种太阳能电池产量的种类分布如表2
表2?2004年世界各种太阳能电池产量的种类分布?
序号?太阳能电池种类?总产量（MW）?百分比（?％?）
1?单晶硅平板电池?314.4?28.6
2?多晶硅平板电池?669.2?56.0
3?非晶硅（室内室外）?47.1?3.9
4?带硅电池?41..0?3.4
5?CdTea（碲化镉）电池?13.0?1.1
6?CIS?(铜铟硒)?3.0?0.25
7?非晶硅/单晶硅电池?80.0?6.7
总量?1195.2?100
（七）、提高太阳能电池效率的特殊技术：
晶体硅太阳能电池的理论效率为25％（AMO1.0光谱条件下）。太阳能电池的理论效率与入射光能转变成电流之前的各种可能损耗的因素有关。其中，有些因素由太阳能电池的基本物理决定的，有些则与材料和工艺相关。从提高太阳能电池效率的原理上讲，应从以下几方面着手：
1、?减少太阳能电池薄膜光反射的损失
2、?降低PN结的正向电池（俗称太阳能电池暗电流）
3、?PN结的空间电荷区宽度减少，幷减少空间电荷区的复合中心。
4、?提高硅晶体中少数载流子寿命，即减少重金属杂质含量和其他可作为复合中心的杂质，晶体结构缺陷等。
5、?当采取太阳能电池硅晶体各区厚度和其他结构参数。
目前提高太阳能电池效率的主要措施如下，而各项措施的采用往往引导出相应的新的工艺技术。
（1）?选择长载流子寿命的高性能衬底硅晶体。
（2）?太阳能电池芯片表面制造绒面或倒金字塔多坑表面结构。电池芯片背面制作背面镜，以降低表面反射和构成良好的隔光机制。
（3）?合理设计发射结结构，以收集尽可能多的光生载流子。
（4）?采用高性能表面钝化膜，以降低表面复合速率。
（5）?采用深结结构，幷在金属接触处加强钝化。
（6）?合理的电极接触设计以达到低串联电阻等。
（八）、太阳能电池的产业链?
（九）、上海太阳能电池产业概况：
上海对于光电转换器件的研究起步于1959年。当时在中科院技术物理研究所和上海科技大学等单位作为光电探测器件课题进行研究。上世纪八十年代，上海仪表局所属的上海半导体器件八厂等单位生产小功率的兰硅光电池在市场上销售。八十年代后期，受世界太阳能电池产业迅速发展的影响，上海开始建立专业的太阳能电池芯片生产企业和专业的研究机构。近10年多来，随着我国太阳能电池“热潮”的到来，制造太阳能电池组件的企业纷纷建立，而且随着单晶硅和多晶硅材料供应紧张，许多小型的硅单晶企业也蜂涌而至。从上世纪九十年代以来，上海的太阳能电池产业逐步形成规模。
目前，上海地区从事太阳能电池芯片、组件、硅材料和设备生产和技术研究的单位共20余个。
其中，太阳能电池芯片制造的主要企业有上海太阳能科技有限公司、上海泰阳公司等。2006年中芯国际（上海）公司Fab?10建成投产，利用8英寸硅单晶硅片制造太阳能电池芯片，开创了上海利用8英寸多晶硅片制造太阳能电池的新范例。目前，上海太阳能电池芯片的产量在30－40MW左右。上海太阳能电池组件的生产企业共有10个左右。主要企业仍有上海太阳能科技有限公司和上海泰阳公司（与上海交通大学合作）等。目前上海太阳能电池组件的产量为50－70?MW左右。由于太阳能电池组件生产技术及设备要求较为简单，因此，太阳能电池组件生产企业中，有多家为民营企业。由于国内太阳能电池芯片供应不足，这些企业往往采用进口芯片组装后绝大部分返销境外，仅少数投放国内市场。
近几年来，由于可提供太阳能电池芯片生产的硅单晶片和硅多晶硅片严重短缺，价格不断大幅度上升，例如2003年进口电子级多晶硅每公斤为22－25美元，而2006年进口同样多晶硅的价格上升200％至300％，有些经销商转手倒卖时，价格甚至抬高5至8倍。在这种情况下，许多中小型的硅单晶生产企业蜂涌而至。从上世纪九十年代以来，在上海及周边地区建立中小型太阳能电池硅单晶（或硅多晶）的生产企业达4至5个之多。上海通用硅有限公司和上海卡姆丹克公司（合资企业）是其中有代表性的企业。它们各具有许多直拉单晶炉，可以拉制5.5〃，6〃，6.5〃和8〃直径的硅单晶，形成了可供年产25——30MW太阳能电池芯片的市场。但是由于多晶硅原材料供应不足，这些企业拉制的硅单晶原材料只能供给生产20MW太阳能电池芯片所用。因此，硅材料缺乏已成为抑制上海（乃至全国）太阳能电池产业封装的瓶颈。因此，通过上海与外省市的合作发展多晶硅产业已是涉及到微电子产业和太阳能电池产业的战略问题。
（十）中芯国际（上海）的经验：
中芯国际（上海）为国内集成电路（或半导体器件）芯片制造企业开展太阳能电池芯片或组件生产走出了一条成功之路，从中芯国际（上海）Fab10投产的实践来看，证明了以下事实，即集成电路（或半导体器件）芯片制造企业太阳能电池芯片具有许多有利条件：
●?基本工艺相同；
●?废旧硅圆片可充分利用，有利于降低制造成本；
●?生产线设备基本上可用进口设备或国产设备节省投资；
●?太阳能电池芯片制造若延伸至组件制造，更有利于企业获得较好效益。
但由于集成电路（或半导体器件）芯片制造企业的可利用的单晶硅片数量有限，因此当太阳能电池芯片生产规模扩大时必须考虑其他晶体硅的来源
多晶硅太阳电池的原理是什么？
硅太阳能电池发电的原理主要是利用半导体材料硅的光电效应即硅吸收光能后发生光电转换的反应。为了防止因硅表面过于光亮，反射大量太阳光，在其表面涂抹一层反射系数极小的保护膜，并将多个电池串联或并联一起使用，使其能提供足够的电压和电流，提高利用率。
硅是集成电路产业的基础，半导体材料中98％是硅，半导体硅工业产品包括多晶硅、单晶硅（直拉和区熔）、外延片和非晶硅等，其中，直拉硅单晶广泛应用于集成电路和中小功率器件。区域熔单晶目前主要用于大功率半导体器件，比如整流二极管，硅可控整流器，大功率晶体管等。单晶硅和多晶硅应用最广。
中彰国际（SINOSI）是一家致力于尖端科技、开拓创新的公司。中彰国际（SINOSI）能够规模生产和大批量供应单晶硅、多晶硅及Φ4〃- Φ6〃直拉抛光片、 Φ3〃- Φ6〃直拉磨片和区熔NTD磨片并且可以按照国内、外客户的要求提供非标产品。
单晶硅
单晶硅主要有直拉和区熔
区熔（NTD）单晶硅可生产直径范围为：Φ1.5〃- Φ4〃。直拉单晶硅可生产直径范围为：Φ2〃-Φ8〃。
各项参数可按客户要求生产。
多晶硅
区熔用多晶硅：可生产直径Φ40mm－Φ70mm。直径公差(Tolerance)≤10%，施主水平＞300Ω.㎝，受主水平＞3000Ω.㎝，碳含量＜2×1016at/㎝3 。各项参数可按客户要求生产。
切磨片
切磨片可生产直径范围为：Φ1.5〃- Φ6〃。厚度公差、总厚度公差、翘曲度、电阻率等参数符合并优于国家现行标准，并可按客户要求生产。
抛光片
抛光片可生产直径范围为：Φ2〃- Φ6〃，厚度公差、总厚度公差、翘曲度、平整度、电阻率等参数符合并优于国家现行标准，并可按客户要求生产。
高纯的单晶硅棒是单晶硅太阳电池的原料，硅纯度要求99.999％。单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池，它的构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。
单晶硅是转化太阳能、电能的主要材料。在日常生活里，单晶硅可以说无处不在，电视、电脑、冰箱、电话、汽车等等，处处离不开单晶硅材料；在高科技领域，航天飞机、宇宙飞船、人造卫星的制造，单晶硅同样是必不可少的原材料。
在科学技术飞速发展的今天，利用单晶硅所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。现在，国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段，正在向实际应用阶段过渡，太阳能单晶硅的利用将普及到全世界范围，市场需求量不言而喻。
直拉硅单晶广泛应用于集成电路和中小功率器件。区域熔单晶目前主要用于大功率半导体器件，比如整流二极管，硅可控整流器，大功率晶体管等。
区熔（NTD）单晶硅可生产直径范围为：Φ1.5〃- Φ4〃。
直拉单晶硅可生产直径范围为：Φ2〃-Φ8〃。
硅单晶被称为现代信息社会的基石。硅单晶按照制备工艺的不同可分为直拉（CZ）单晶硅和区熔（FZ）单晶硅，直拉单晶硅被广泛应用于微电子领域，微电子技术的飞速发展，使人类社会进入了信息化时代，被称为硅片引起的第一次革命。区熔单晶硅是利用悬浮区熔技术制备的单晶硅。它的用途主要包括以下几个方面。
1、制作电力电子器件
电力电子技术是实现电力管理，提高电功效率的关键技术。飞速发展的电力电子被称为“硅片引起的第二次革命”，大多数电力电子器件是用区熔单晶硅制作的。电力电子器件包括普通晶闸管(SCR)、电力晶体管GTR、GTO以及第三代新型电力电子器件——功率场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(PIC)等，广泛应用于高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动、电解、励磁、电加热、高性能交直流电源等电力系统和电气工程中。制作电力电子器件，是区熔单晶硅的传统市场，也是本项目产品的市场基础。
2、制作高效率太阳能光伏电池
太阳能目前已经成为最受关注的绿色能源产业。美国、欧洲、日本都制定了大力促进本国太阳能产业发展的政策，我国也于2005年3月份通过了《可再生能源法》。这些措施极大地促进了太阳能电池产业的发展。据统计，从1998—2004年，国际太阳能光伏电池的市场一直保持高速增长的态势，年平均增长速度达到30%，预计到2010年，仍将保持至少25%的增长速度。
晶体硅是目前应用最成熟，最广泛的太阳能电池材料，占光伏产业的85%以上。美国SunPower公司最近开发出利用区熔硅制作太阳能电池技术，其产业化规模光电转换效率达到20%，为目前产业化最高水平，其综合性价比超过直拉单晶硅太阳能电池（光电转换效率为15%）和多晶硅太阳能电池（光电转换效率为12%）。这项新技术将会极大地扩展区熔硅单晶的市场空间。据估计，到2010年，其总的市场规模到将达到电力电子需求规模，这是本项目新的市场机会。
3、制作射频器件和微电子机械系统（MEMS）
区熔单晶还可以用来制作部分分立器件。另外采用高阻区熔硅制造微波单片集成电路（MMIC）以及微电子机械系统（MEMS）等高端微电子器件，被广泛应用于微波通讯、雷达、导航、测控、医学等领域，显示出巨大的应用前景。这也是区熔单晶的又一个新兴的市场机会。
4、制作各种探测器、传感器，远红外窗口
探测器、传感器是工业自动化的关键元器件，被广泛应用于光探测、光纤通讯、工业自动化控制系统中以及医疗、军事、电讯、工业自动化等领域。高纯的区熔硅单晶是制作各种探测器、传感器的关键原材料，其市场增长趋势也很明显。
参考：
http://www.sinosi.com/chinese/Products%20Gallcry/Semi-Silica/Semi-Conductor%20Silicon.htm
http://www.istis.sh.cn/list/list.asp?id=2214
