硅太阳能电池研究.txt花前月下，不如花钱“日”下。叶子的离开，是因为风的追求还是树的不挽留？干掉熊猫，我就是国宝！别和我谈理想，戒了！ 本文由zhu88088贡献
pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 Ｙｌｌ０１６３７ 分类号 ＵＤＣ 婴３２ １ 学号 密级
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工学硕士学位论文 硅太阳能电池研究 硕士生姓名 学科专业 三 洼
撞剑叠堂皇三猩
研究方向一武器丕鱼莛剑王型一 指导教师——三二垂一盘熬援
国防科学技术大学研究生院 二零零六年十一月 国防科学技术大学研究生鲩学位论文 摘要
太阳能光伏技术是把太阳的光能转换成电能的主要方式。目前主要的太阳能光伏转换 器件有硅太阳电池，砷化镓太阳电池，染料敏化太阳电池和薄膜太阳电池．其中，硅太阳 电池是主要技术。硅太阳电池中又可以分为单晶硅太阳电池，多晶硅太阳电池和无定形硅 太阳电池，其中，多晶硅太阳电池应用最广．这是因为单晶硅材料昂贵，发电成本高；无 定形硅材料虽然便宜，但是光电转换效率太低．多晶硅太阳电池是成本和效率之间的折中。
本文首先给出了各种硅太阳电池的发电核心：ｐ－ｎ结的半导体物理学。这样可以从总体上
认识硅太阳电池的光电转换原理。
法，硅片的快速加热处理技术㈣，硅片的表面钝化方法和多晶硅太阳电池的酸腐蚀绒 面处理技术。其中，硅片的ＥＦＧ制造方法和ＲＴＰ处理技术直接与成本有关；硅片的表面 钝化技术和多晶硅太阳电池的酸腐蚀绒面处理技术直接影响到电池的效率。这些研究是对 硅太阳电池技术发展的总结，在硅太阳电池的研究中具有科学上的和工程技术上的参考价 值。最后，基于一定的物理模型和假设条件，对硅太阳电池的光电流与硅片参数之间的关
从降低成本和提高效率两个方面考虑，本文分别研究了硅片的定边喂膜（ＥＦＧ）制造方
系以及单层减反射膜时的硅太阳电池的平均反射系数进行了计算机仿真，这对于验证和发 现硅太阳电池的基本性质是有益的。 关键词：光伏技术．硅太阳能电池．光电转换效率．ｐ－ｎ结，定边喂膜法．快速热处理． 钝化．绒面。计算机仿真 第１页
周防科学技术大学研究生院学位论文 Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｉｓ ｔｈｅ班ｉｍａｒｙ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｏｎｖ
ｅｒｔｉｎｇ ｓｕＩＩｌｉｇｈｔ ｉｎｔｏ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ．Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｌｃ ｄｅｖｉｃｅｓ骶ｓｉｌｉｃｏｎ
ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ａｎｄ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｓｏｌａｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｃｅｌｌｓ．Ｗ№ｔｈｅｓｅ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ
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ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ．Ｇａｌｆｉｍｎ－Ａｔｓｅｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ，ｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ ａｒｅ
ｔｈｅ ｍａｉｎ
ｃ瓤ｂｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ３ ｃｌａｓｓｅｓ：ｍｏｎｏ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｍｕｌｔｉ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ａｎｄ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ．Ｗ蛐ｔｈｅｓｅ ｃｅｌｌｓ，
ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ，ｍｕｌｔｉ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｓ ａｒｅ
ｕｓｅｄ ｍｏｓｔ ｗｉｄｅｌｙ．Ｉｔ ｉｓ ｂｅｃａｕｓｅ
ｍｏｎｏ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ｅｘｐｅｎｓｉｖｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｉｓ ｈｉｇｈ；ａｌｔｈｏｕｇｈ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ｃｈｅａｐ，ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｓ ｔｏｏ
ｌｏｗ．Ｍｕｌｔｉ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ ｉｓ ｔｈｅ ｔｒａｄｅ－ｏｆｆｂｅｔｗｅｅｎ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｗｅ ｆｉｒｓｔｌｙ ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ
ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ
ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｆｏｒ ａｌｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ ｐ－ｎ ｊ腑ｃ６０也Ｓｏ，ｉｔ
ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｏ ｒｅｃｏｇｎｊｚｅ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ－ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｉｎ ｇｅｎｅｒａｌ． Ｃｏｎｓｉｄｅｍｇ ｔｈｅ佃ｏ
ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｔｈｅ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆｂｒｉｎｇｉｎｇ ｄｏｗｎ ｔｈｅ ｃｏｓｔ
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Ｅｄｇｅ－ｄｅｆｉｎｅｄ Ｆｉｌｍ－ｆｅｄ Ｇｒｏｗｔｈ（ＥＦＧ）ｍａｎｕｆａ咖血ｇ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（ＲＸｒ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，Ｗｅ ｈａｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｗａｆｅｒｓ， ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ
ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｗａｆｅｒｓ，ｓｕｆｆａｅ圮ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ
ｓｉｌｉｃｏｎ ｗａｆｅｒｓ ａｎｄ ａｃｉｄｉｃ ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ ｏｆｍｕｌｔｉ－ｅｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｔｈｅ ＥＦＧ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ
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ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ
ｃｅｌｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｗａｆｅｒｓ；ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｉｓ
ｍｅ∞ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃ傥ｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｏ
ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ
ａｎｆｉｒｅｆｌｅｃｌｉｏｎ ｃｏａｔｉｎｇ．Ｉｔ ｉｓ ｈｅｌｐｆｕｌ
ｖａｌｉｄａｔｅ ａｎｄ ｄｉｓｃｏｖｅｒ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｉｌｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｅ，ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ，ｌｉｇｈｔ－ｅｌｅｃｔｒｉｅｉｔｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｐ－ｎ
ｊｕｎｃｔｉｏｎ，Ｅｄｇｅ－ｄｅｆｍｅｄ Ｆｉｌｍ－ｆｅｄ
Ｇｒｏｗｔｈ，Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ，ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ，ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
第Ⅱ页 独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果．尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和 撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材科．与我一同工作的同志对本研究所做曲任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意．
学位论文题目：壁盘豳能鱼池珏究 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
学位论文版权使用授权书
本人完全了解国防科学技术大学有关保留，使用学位论文的规定．本人授权国防科 学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允许论文被 查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内客编入有关数据库进行检索，可以采用影印， 缩印或扫描等复钢手段保存．汇编学位论文． （保密学位论文在解密后适用本授权书．） 学位论文题目：壁盘塑毖壑鎏盈究
学位论文作者签名： 作者指导教师签名： 日期： 年 月 日 ｆ历岔
日期：伊ｂ年１１月；ｏ日
国防科学技术大学研究生院学位论文 第一章引言和研究目标 §１．１问题的说明
太阳能作为一种清洁、可再生的能源，对它的利用一直被人们所关注。从最简单的阳 光下晒被褥到并网发电的太阳能电站，都是利用太阳能的方式。在利用太阳能的各种方法 中，光生伏打技术是一个重要分支，这也就是一般所说的光伏技术。从１８３９年法国物理 学家贝克勒尔在光直接照射的电解液中发现的光生电压效应，到今天美国ＳｕｎＰｏｗｅｒ公司 生产的效率为２１．５％的单晶硅太阳能电池【１１，光伏已经从实验室中的一种物理化学现象变 成一种产业。在能源问题和环境问题突显的今天，它也是能同时缓解能源短缺和环境
污染 的有效途径。 当今的光伏技术中，硅太阳能电池技术是主要技术。图ｌ给出了２００５年，世界光伏 市场中，硅太阳能电池占据的比重为８７％［２１。硅是地壳中含量第二的元素，所以，生产硅 太阳电池的原材料非常容易获得。而且硅太阳电池的性能稳定，使用寿命长。由于硅太阳 电池技术是建立在半导体工业技术之上，所以，这个技术被普遍地接受和理解。
图１．１
２００５年世界光伏市场中。各种太阳电池占据的比重闭 目前，尽管硅太阳电池在光伏领域中占据主要地位，但是在能源供应中并不是主要的 供应来源。无论是国内还是国外，它还仅仅是一种辅助供应能源的方式。与水电，火电和 核电相比，硅太阳能电池的电力价格是比较高的，所以，它的成本回收周期需要很长时间 【２】。居高不下的成本是限制硅太阳电池成为主要供能方式的关键因素。在硅太阳电池的研 究中，成本和电池效率是需要同时考虑的两个因素。要求在降低成本的同时，保持效率不 第１页
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变甚至提高。所以，本文的研究重点也在降低成本和提高效率这两个方面展开。 §１．２研究目标
§１．２．１从成本角度考虑 １．用直拉单晶硅或区熔单晶硅制各硅片时，需要对生长的硅锭切割，然后进行磨片、 抛光以及清洗等工艺处理，这样硅材料会损失６０％左右【３１。而且这样制备的硅片 是圆形的，由这些硅片制成的电池所组成的电池阵列不能有效的利用受光面积。 但是，带状晶体生长法制成的硅片是长方形的，它是从硅的熔融液体直接凝固而 得到硅片的，不需要切割和磨片处理过程１４１。这样的硅片制备技术，不仅可以减 少材料的浪费，降低成本，而且硅片制备速度快，生产效率高［４１。本文研究的一 个问题是ＥＦＧ带状硅的生长技术。
２．硅片的处理需要大量的热能，比如，扩散过程和表面保护层的制备１５Ｊ。所以，减 少处理时问，降低处理温度，那么，制造电池需要的能量消耗也减少，成本也会 随着降低嘲。本文研究的一个问题是硅片的快速热处理技术ＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）． §１．２．２从效率角度考虑
１．硅太阳电池的表面复合与体内复合是影响电池性能的重要因素。硅片的表面的状 态很复杂，不仅有原子的悬挂键，而且有吸附的杂质和外来电荷，这些表面态都 会成为复合中心，严重影响少数载流子的收集嘲。硅片内部也存在一些金属杂质 和晶体缺陷，它们也会成为复合中心。硅太阳电池的表面钝化技术可以解决这个 问题，同时提供良好的减反射膜。本文研究的一个问题是硅太阳电池的复合机制 和目前比较有效的钝化方法。 ２．从图１中可以看出，多晶硅太阳电池占据光伏市场的５８％。提高多晶硅太阳电池 的效率，会对整个光伏市场产生有利的影响。但是，多晶硅太阳电池的效率总体 上没有单晶硅太阳电池的高。这主要是由于两个原因，一方面单晶硅材料本身的 有效少数载流子寿命比多晶硅材料的高，另一方面，单晶硅太阳电池表面的陷光 效果要优于多晶硅。因为少数载流子寿命是由材料本身的特性决定的，当材料选 定后就很难改变，所以。要缩小多晶硅太阳电池与单晶硅太阳电池之间效率上的 差距，提高多晶硅表面对光的吸收是最有希望的办法，也就是采用绒面技术１７Ｊ。 本文研究的一个问题是使用酸腐蚀方法的多晶硅太阳电池绒面处理技术。 ３．硅太阳电池的光电流密度的大小可以直接影响到电池的开路电压和效率，而光电 第２页
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