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发展，光电材料成本不断下降，光电转换效率逐渐升高，太阳能光伏发电将会越来越显现出优越性[5]。最近的光伏发电行业调查表明，到2010年，光伏发电产业的年发展速度将保持在30%以上。光伏发电产业的年销售额将从2004年的70亿美元增加到2010年的300亿美元。到2010年太阳能光伏发电成本将降低到可与常规能源竞争的程度。2002年到2003年，我国开始实施光明工程项目。“中华人民共和国可再生能源法”于2006年1月1日生效，在能源中长期发展战略和规划中明确提出：到2020年可再生能源在能源构成的比例中要达到10%左右。中国可再生能源的利用和发展已引起全世界的广泛关注。未来太阳电池会朝大面积化和高效化的方向发展。各地电池的效率如下[6]，澳大利亚新南威尔士大学高效单晶硅电池和多晶硅电池效率分别达到24.7%、19.8%。非晶硅薄膜电池通过双结、三结迭层和Ge-Si合金层技术，通过克服光衰减其实验室稳定效率已经突破15%、CdTe电池效率达到15.8%、CIS电池效率18.8%。在我国单晶硅高效电池效率达到19.79%；大面积（5×5cm2）刻槽埋栅电池效率达到18.6%，多晶硅电池效率达到14.5%；在多晶硅薄膜电池方面，采用快速热CVD技术在非活性硅衬底上制备的多晶薄膜电池效率达14.8%。
§1.3 太阳能电池的分类与发展趋势
迄今为止，人们已经研究了100多种不同材料、不同结构、不同用途和不同型式的太阳电池。常见的有结构分类法、材料分类法和用途分类法等，其中按基体材料分类的方法最为常见。太阳电池与光伏组件按基体材料分类如
下图
[7]
。
图1-3 太阳能电池按基体材料分类
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目前，已经商品化大规模生产的太阳电池主要是晶体硅电池和各种薄膜电池，下图为1999-2006年全球各种商品化太阳电池产量的比例。
图1-4 1999-2006 年全球商品化太阳电池产量比例
从该图可以看出：
1. 晶体硅太阳电池（包括单晶硅、多晶硅、片硅、带硅等太阳电池）始终是商品化太阳电池的主流产品。占据着超过90%以上的市场份额；多晶硅太阳电池一直是晶体硅太阳电池的主流产品，但近年来单晶硅的份额有所回升，这主要是由于中国厂商大量生产单晶硅太阳电池导致的。经过数年的发展，晶体硅电池的生产工艺趋向稳定，已经成功占据光伏电池的绝对主导地位，在未来的10～15年内仍将是主流产品[8]。
2. 带硅及片状硅太阳电池可以节省硅材料的切片损失，但由于其生长技术未取得突破（生产率低、效率低、表面粗糙，需特殊工艺处理等）因而其产量增长不大，到2006年仅占全球总产量的2.6%。
3. 各种薄膜太阳电池（包括非晶硅、碲化镉、硒铟铜等太阳电池）所占的比一直在6%左右徘徊，但近几年薄膜太阳能电池得到较快发展，如下图
图1-5 薄膜硅与晶体硅趋势图
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分析主要原因是因其成本低廉，到2007年底薄膜电池产量达400MW，市场占有率达12%，从长期来看，薄膜电池有望取代晶体硅电池成为主流。
综上所述，晶体硅电池在未来相当长的一段时间仍然是市场的主流产品，而晶体硅电池的发展方向可以概括为：“大片、薄片、高效”。晶体硅太阳电池生产技术与工艺发展预测：
(1) 规模化生产：为降低成本，产能将持续扩大，大规模生产是降低成本，提高生产效率的有效途径。 (2) 大片、薄片、高效
① 大片、薄片：目前电池主流产品为156×156×220（200），少数工艺领先的企业已经实现了180μm厚硅片的大规模生产，210×210的超大硅片和160μm甚至更薄的硅片生产工艺也会同步开发。硅片减薄将有效降低原料和生产成本，提高产率，但同时也面临着巨大的挑战，主要是碎片率，以及在大面积硅片上实现均匀加工的技术；而厚度减薄也对电池的表面钝化工艺提出了更高的要求。
② 高效：目前商业化提高效率的主流思路可以概括为“浅结、密栅”，即大幅度提高扩散后的方块电阻（从40Ω提升到80～120）以减少死层，提高上表面钝化工艺水平以获得极高的短波响应，同时，增加栅极数量，降低由于方块电阻提高引起的串联电阻升高，维持FF水平。为此可能采用的特殊工艺包括：喷涂源链式扩散、选择性发射极（即在电极印刷处提高扩散浓度，以保证电极的欧姆接触，也可以通过选用含磷的银浆实现）。另外，背场和绒面也将进一步改进。硼背场有望取代铝背场，由于硼的扩散浓度可以比铝高一个数量级，可以增强背场强度，提高钝化水平；绒面结构改进，获取更低的反射率（如用于多晶的RIE 绒面技术）[9]。
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第二章 晶体硅太阳能电池的生产工艺
§2.1 太阳能电池的基本结构和工作原理
一般说来，凡是能将太阳光能转换为电能，并有电压，电流输出的装置，就可以定义为太阳电池，一般的晶体太阳能电池结构如图所示[10]。
图2-1 典型晶体硅PN结太阳电池示意图
从图中可以看出它由在表面上形成的PN结及正、背面引出电极构成。还包括减反射层、表面钝化层等结构。
太阳电池是利用太阳光照射在半导体晶片p-n结上，产生光生伏特效应，直接将太阳能转化为电能的装置。其工作原理是：能量大于半导体禁带宽度的光子被半导体吸收后，可以产生光生载流子，当所产生的光生电子－空穴对由半导体p-n结所形成的内建电场分开到两极时，在电池的两极分别堆积正负电荷，形成电池的端电压，当接有外电路时便有电流产生。p-n结的正面有减反射膜和金属负电极，背面有金属正电极。这种现象称为光生伏特效[11]。（Photovaltic Effect），简称为“光伏效应”。典型的硅太阳能电池的结构和能带图2-2所示。
掺有施主杂质的半导体常温下导带中的电子数比掺杂前增多，称为n型材料，掺有受主杂质的称为p型材料，常见的太阳电池实质上是个面积很大的p-n结二极管。当太阳光照射到太阳电池上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被太阳电池吸收或透过。被吸收的光，有一些转换成热能，另一些能量大于半导体禁带宽度的光子，穿过减反射膜进入半导体中。在n区，耗尽区和p区中同硅原子价电子碰撞，将能量传给价带的电子，使电子跃迁到导带，而
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在价带留下一个空穴，产生了电子一空穴对。这样，光能就以产生电子一空穴对的形式转变为电能。由于在p型和n型交界面两边形成了势垒电场，能将电子驱向n区，空穴则被驱向p区。在n区中，光生电子一空穴对产生以后，光生空穴便向p-n结边界扩散，一旦到达p-n结边界，便立即受到内建电场作用，被电场力牵引作漂移运动，越过耗尽区进入p区，光生电子(多子)则被留在n区。p区中的光生电子(少子)同样地先因为扩散、后因为漂移而进入n区，光生空穴(多子)留在p区。如此便在p-n结附近形成与势垒电场方向相反的光生电场。光生电场的一部分除抵销势垒电场外，还使p型层带正电，n型层带负电，当有负载接入时，就产生光生电流(通过电极来收集)。由于工艺的发展，通常在背面制作铝背场(BSF：Black surface field)，减少背表面的复合，同时由于重掺杂形成的高低结增加了光生载流子的收集，提高了太阳电池的电流电压。于是就形成了图2-2图所示的n+pp+的结构。
（a）结构图 （b）能带图
图2-2 硅太阳能电池的结构和能带图
§2.2 太阳能电池的输出特性
在效理想情况下，被光照的太阳电池的正负电极间接有负载时，就有直流电输出。便可以看作是一个恒流源与理想二极管的并联组[11]。等效电路图如图2-3所示。
图2-3 太阳能电池等效电路
由图知光电池工作时共有三股电流：光生电流Iph，流过理想二极管的电
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