太阳能电池的原理及制造

太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生动力。也是清洁动力，不发作任何的环境污染。在太阳能的有用运用傍边；大阳能光电运用是近些年来开展最快，最具生机的研讨范畴，是其间最受注目的项目之一。

制造太阳能电池首要是以半导体资料为根底，其作业原理是运用光电资料吸收光能后发作光电于转化反响，依据所用资料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为资料的电池；3、功用高分子资料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。

一、硅太阳能电池

1．硅太阳能电池作业原理与结构

太阳能电池发电的原理首要是半导体的光电效应，一般的半导体首要结构如下：

　　图中，正电荷表明硅原子，负电荷表明围绕在硅原子周围的四个电子。
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，它的构成能够参照下图：

　　图中，正电荷表明硅原子，负电荷表明围绕在硅原子周围的四个电子。而黄色的表明掺入的硼原子，因为硼原子周围只要3个电子，所以就会发作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安稳，简略吸收电子而中和，构成P（posiTIve）型半导体。
相同，掺入磷原子今后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得十分活泼，构成N（negaTIve）型半导体。黄色的为磷原子核，赤色的为剩余的电子。如下图。

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，就会在接触面构成电势差，这便是PN结。

当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会构成一个特别的薄层)，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是因为P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，呈现了浓度差。N区的电子会分散到P区，P区的空穴会分散到N区，一旦分散就构成了一个由N指向P的“内电场”，然后阻挠分散进行。到达平衡后，就构成了这样一个特别的薄层构成电势差，这便是PN结。

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，然后构成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中构成电势差，这就构成了电源。(如下图所示）

因为半导体不是电的良导体，电子在经过p－n结后假如在半导体中活动，电阻十分大，损耗也就十分大。但假如在上层悉数涂上金属，阳光就不能经过，电流就不能发作，因而一般用金属网格掩盖p－n结（如图梳状电极），以添参加射光的面积。
　　别的硅外表十分亮光，会反射掉许多的太阳光，不能被电池运用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数十分小的维护膜（如图），将反射丢失减小到5％乃至更小。一个电池所能供给的电流和电压究竟有限，所以人们又将许多电池（一般是36个）并联或串联起来运用，构成太阳能光电板。

2．硅太阳能电池的生产流程

一般的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。

上述方法实践耗费的硅资料更多。为了节约资料，现在制备多晶硅薄膜电池多选用化学气相堆积法，包含低压化学气相堆积（LPCVD）和等离子增强化学气相堆积（PECVD）工艺。此外，液相外延法（LPPE）和溅射堆积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。

化学气相堆积首要是以SiH₂Cl₂、SiHCl₃、SiCl₄或SiH₄,为反响气体,在必定的维护气氛下反响生成硅原子并堆积在加热的衬底上，衬底资料一般选用Si、SiO₂、Si₃N₄等。但研讨发现，在非硅衬底上很难构成较大的晶粒，而且简略在晶粒间构成空地。处理这一问题方法是先用 LPCVD在衬底上堆积一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上堆积厚的多晶硅薄膜，因而，再结晶技能无疑是很重要的一个环节，现在选用的技能首要有固相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池除选用了再结晶工艺外，别的选用了简直一切制备单晶硅太阳能电池的技能，这样制得的太阳能电池转化功率明显提高。

三、纳米晶化学太阳能电池

在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是开展最老练的，但因为本钱居高不下，远不能满意大规模推广应用的要求。为此，人们一向不断在工艺、新资料、电池薄膜化等方面进行探究，而这傍边新近开展的纳米TIO₂晶体化学能太阳能电池遭到国内外科学家的注重。

以染料敏化纳米晶体太阳能电池（DSSCs）为例，这种电池首要包含镀有通明导电膜的玻璃基底，染料敏化的半导体资料、对电极以及电解质等几部分。