太陽(yáng)能電池新技術(shù)

內(nèi)容概要

本書(shū)作者根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，由淺入深地對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行詳細(xì)的解說(shuō)。首先對(duì)太陽(yáng)能光電產(chǎn)業(yè)的歷史演進(jìn)及基本理論做簡(jiǎn)單的介紹，并分別對(duì)多晶硅原料、單晶硅片和多晶硅片等原料的制造技術(shù)進(jìn)行介紹，然后對(duì)所有硅基太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)做了說(shuō)明，包括結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池、薄膜型結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池等。本書(shū)還對(duì)目前轉(zhuǎn)換效率最高的Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽(yáng)能電池、CdTe化合物太陽(yáng)能電池、CIS和CIGS太陽(yáng)能電池、染料敏化太陽(yáng)能電池的制造技術(shù)做了詳細(xì)的介紹。

書(shū)籍目錄

1.1
　我們所知道的太陽(yáng) …………………………………………………1
1.2
　太陽(yáng)輻射 ……………………………………………………………2
1.3
　利用太陽(yáng)能源的重要性 ……………………………………………4
1.4
　太陽(yáng)能發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn) ………………………………………………6
1.5
　什么是太陽(yáng)能電池 …………………………………………………6
1.6
　太陽(yáng)能電池的發(fā)展史 ………………………………………………7
1.7
　臺(tái)灣地區(qū)太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 …………………………………15
1.8
　太陽(yáng)能電池的經(jīng)濟(jì)效益 ……………………………………………17
2.1
　光電物理基礎(chǔ)知識(shí) …………………………………………………19
2.2
　硅的原子結(jié)構(gòu) ………………………………………………………23
2.3
　半導(dǎo)體的能帶理論 …………………………………………………25
2.4
　P-N接合 ……………………………………………………………27
2.5
　太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理 ……………………………………………29
2.6
　太陽(yáng)光的光譜照度 …………………………………………………30
2.7
　太陽(yáng)能電池的電路模型 ……………………………………………31
2.8
　判別太陽(yáng)能電池效率的參數(shù) ………………………………………32
2.8.1
　最大的功率點(diǎn) ……………………………………………………32
2.8.2
　能量轉(zhuǎn)換效率 ……………………………………………………33
2.8.3
　填充系數(shù) ………………………………………………………34
2.8.4
　量子效率 ………………………………………………………35
2.9
　影響太陽(yáng)能電池效率的因素 ………………………………………35
2.9.1
　造成轉(zhuǎn)換效率損失的原因 ………………………………………35
2.9.2
　提高轉(zhuǎn)換效率的方法 ……………………………………………36
3.1
　太陽(yáng)能電池材料的選定標(biāo)準(zhǔn) ………………………………………39
3.2
　硅原料的特性 ………………………………………………………40
3.3
　多晶硅原料的制造流程（Siemens方法） ………………………41
3.3.1
　冶金級(jí)多晶硅原料的制造技術(shù) …………………………………42
3.3.2
　三氯硅烷的制造與純化 …………………………………………45
3.3.3
　塊狀多晶硅原料的制造技術(shù)（Siemens方法） …………………46
3.4
　塊狀多晶硅原料的制造技術(shù)（ASiMi方法） ……………………49
3.4.1
　SiH4原料的制造技術(shù) ……………………………………………49
3.4.2
　多晶硅原料的制造技術(shù) …………………………………………51
3.5
　粒狀多晶硅原料的制造技術(shù) ………………………………………51
3.6
　太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的制造技術(shù) ………………………………………54
3.7
　多晶硅原料的市場(chǎng)概況 ……………………………………………56
4.1
　概　述 ………………………………………………………………59
4.2
　CZ硅單晶棒的制造技術(shù) …………………………………………61
4.2.1
　CZ拉晶爐設(shè)備 …………………………………………………61
4.2.2
　CZ拉晶流程 ……………………………………………………62
4.3
　太陽(yáng)能電池等級(jí)CZ單晶硅片的常用規(guī)格 ………………………64
4.4
　CZ單晶棒的質(zhì)量與良率控制 ……………………………………65
4.4.1
單晶良率的提升 …………………………………………………65
4.4.2
電阻率的控制 ……………………………………………………66
4.4.3
氧在硅晶棒內(nèi)的形成機(jī)構(gòu)與控制 …………………………………67
4.4.4
CZ硅晶棒中碳的形成與控制 ……………………………………68
4.4.5
CZ硅晶棒中金屬不純物的來(lái)源與控制 ……………………………69
4.5
　晶圓的加工成型 ……………………………………………………69
4.5.1
　修　邊 …………………………………………………………69
4.5.2
　切　片 …………………………………………………………70
4.5.3
　蝕刻清洗 ………………………………………………………72
4.6
　單晶硅片的市場(chǎng)概況 ………………………………………………73
5.1
　概　述 ………………………………………………………………75
5.2
　鑄造多晶硅錠的技術(shù) ………………………………………………76
5.2.1
　澆鑄法 …………………………………………………………76
5.2.2
　布里基曼法 ……………………………………………………77
5.2.3
　電磁鑄造法 ……………………………………………………80
5.3
　多晶硅片的加工成型 ………………………………………………81
5.4
　多晶硅片的質(zhì)量控制 ………………………………………………82
5.4.1
　結(jié)晶缺陷 ………………………………………………………82
5.4.2
　不純物的控制 ……………………………………………………83
5.5
　薄板多晶硅片的制造技術(shù) …………………………………………85
5.5.1
　EFG法 …………………………………………………………85
5.5.2
　WEB法 …………………………………………………………88
5.5.3
　STR法 …………………………………………………………89
5.5.4
　RGS法 …………………………………………………………89
5.6
　硅薄板的質(zhì)量特性 …………………………………………………90
6.1
　概　述 ………………………………………………………………91
6.2
　太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu) ……………………………………………92
6.2.1
　基　板 …………………………………………………………93
6.2.2
　表面粗糙結(jié)構(gòu)化 …………………………………………………94
6.2.3
　P-N二極管 ………………………………………………………95
6.2.4
　抗反射層 ………………………………………………………96
6.2.5
　金屬電極 ………………………………………………………96
6.3
　太陽(yáng)能電池的制造流程 ……………………………………………98
6.3.1
　表面粗糙結(jié)構(gòu)化 …………………………………………………99
6.3.2
　磷擴(kuò)散制作工藝 ………………………………………………100
6.3.3
　邊緣絕緣處理 …………………………………………………102
6.3.4
　抗反射層涂布 …………………………………………………102
6.3.5
　正面電極的網(wǎng)印 ………………………………………………104
6.3.6
　背面電極的網(wǎng)印 ………………………………………………105
6.3.7
　火　烤 …………………………………………………………106
6.4
　模塊化技術(shù) ………………………………………………………106
6.4.1
　太陽(yáng)能電池的串聯(lián) ……………………………………………107
6.4.2
　太陽(yáng)能電池模塊的構(gòu)造與制造過(guò)程 ……………………………107
7.1
　概　述 ……………………………………………………………111
7.2
　薄膜型結(jié)晶硅的沉積技術(shù) ………………………………………112
7.2.1
　CVD薄膜型結(jié)晶硅的沉積技術(shù) …………………………………113
7.2.2
　LPE薄膜型結(jié)晶硅的沉積技術(shù) …………………………………117
7.3
　薄膜晶粒的改善技術(shù) ……………………………………………118
7.3.1
　ZMR再結(jié)晶技術(shù) ………………………………………………118
7.3.2
　金屬誘發(fā)結(jié)晶法 ………………………………………………118
7.3.3
　退火處理 ………………………………………………………119
7.3.4
　激光誘導(dǎo)再結(jié)晶 ………………………………………………120
7.4
　薄膜型結(jié)晶硅的種類(lèi) ……………………………………………121
7.4.1
　單晶硅薄膜生長(zhǎng)在單晶硅基板上 ………………………………122
7.4.2
　多晶硅薄膜生長(zhǎng)在多晶硅基板上 ………………………………124
7.4.3
　多晶硅薄膜生長(zhǎng)在其他材質(zhì)的基板上 …………………………125
7.5
　薄膜硅太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)上的考慮 ………………………………125
7.5.1　光線的留滯 ……………………………………………………127
7.6
　混合型堆棧的薄膜太陽(yáng)能電池 …………………………………129
8.1
　概　述 ……………………………………………………………131
8.2
　非晶硅的原子結(jié)構(gòu)與特性 ………………………………………133
8.3
　非晶硅的沉積技術(shù) ………………………………………………135
8.3.1
　PECVD …………………………………………………………135
8.3.2
　HWCVD ………………………………………………………138
8.3.3
　合金膜的形成 …………………………………………………138
8.4
　非晶硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu) ………………………………………139
8.4.1
　基本的P-I-N結(jié)構(gòu) ……………………………………………139
8.4.2
　多接面太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu) …………………………………………141
8.5
　非晶硅太陽(yáng)能電池模塊 …………………………………………143
8.6
　非晶硅薄膜的光劣化現(xiàn)象 ………………………………………143
9.1
　概　述 ……………………………………………………………145
9.2
　III-V族化合物的特性 ……………………………………………146
9.3
　III-V族化合物的薄膜生長(zhǎng)技術(shù) …………………………………149
9.3.1
　液相磊晶法 ……………………………………………………150
9.3.2
化學(xué)氣相沉積法 ………………………………………………150
9.3.3
　有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法 ………………………………………151
9.3.4
　分子束磊晶法 …………………………………………………151
9.4
　單一接面太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì) ……………………………………153
9.5
　多接面太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì) ………………………………………154
9.6
　GaInP/GaAs/Ge太陽(yáng)能電池 ……………………………………156
9.6.1
　Ge電池 ………………………………………………………157
9.6.2
　GaAs電池 ……………………………………………………157
9.6.3
　GaInP電池 ……………………………………………………158
9.6.4
　隧道結(jié) …………………………………………………………159
9.7
　InP基太陽(yáng)能電池 …………………………………………………160
9.8
　量子阱太陽(yáng)能電池 ………………………………………………160
9.9
　III-V族太陽(yáng)能電池的應(yīng)用 ………………………………………161

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：    CVD技術(shù)中包含了非常復(fù)雜的化學(xué)與物理現(xiàn)象，它通?？捎苫瘜W(xué)反應(yīng)及輸送現(xiàn)象的交互作用來(lái)描述。這些現(xiàn)象可歸為質(zhì)量傳輸控制及表面動(dòng)力控制兩類(lèi)。 質(zhì)量傳輸控制是通過(guò)對(duì)流、擴(kuò)散等輸送現(xiàn)象，使反應(yīng)氣體及反應(yīng)產(chǎn)物在主氣流及基板表面之間傳送的一種現(xiàn)象。其中，傳輸速率與壓力及氣流速率有關(guān)，同時(shí)也會(huì)受到基板表面邊界層的擴(kuò)散速率的影響。例如，在高溫沉積硅薄膜時(shí)，就是主要由質(zhì)量傳輸控制，所產(chǎn)生的薄膜厚度的均勻性可能較差，但可采用冷爐壁的設(shè)計(jì)來(lái)改善。在冷爐壁的設(shè)計(jì)中，基板可以直接被加熱，使得沉積反應(yīng)僅發(fā)生在受熱的基板表面，而不會(huì)發(fā)生在冷爐壁上。 表面動(dòng)力控制是指發(fā)生在基板表面的物理現(xiàn)象，包括反應(yīng)物的吸附、化學(xué)反應(yīng)、晶格的嵌入及產(chǎn)物的釋出。這些表面動(dòng)力學(xué)主要由化學(xué)反應(yīng)速度所控制，所以與反應(yīng)溫度有關(guān)。如果在低溫沉積硅薄膜，就是屬于表面動(dòng)力控制方式，所產(chǎn)生的薄膜厚度的均勻性較佳，但由于溫度的控制很重要，所以一般需采用熱爐壁的設(shè)計(jì)。 利用CVD技術(shù)來(lái)沉積產(chǎn)生硅薄膜，可以采用許多不同的基板，包括在單晶片上沉積單晶硅薄膜，以及在玻璃基板或不銹鋼箔上沉積出微晶硅薄膜（μc-Si）。而CVD技術(shù)又可細(xì)分為以下4種。 1.APCVD APCVD是在接近于大氣壓的狀況下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積的系統(tǒng)，它是一種質(zhì)量傳輸控制方式，基板在爐管里的安置必須比較松散，才可能讓反應(yīng)氣體有效地傳輸?shù)交灞砻?。也有人利用光學(xué)快速加熱的APCVD系統(tǒng)，研發(fā)出所謂的RTCVD方式，它使用一個(gè)特殊的晶舟，里面安置兩層基板，而氣體可直接通到晶舟內(nèi)，避免薄膜沉積在爐壁上，因此有比較高的化學(xué)良率。 2.LPCVD LPCVD是在低壓下（1～100Pa）進(jìn)行的化學(xué)氣相沉積法，屬于表面動(dòng)力控制的方式，基板在爐管里的安置必須比較緊密。它的生產(chǎn)成本可以比APCVD低，但是它的沉積速率一般比較慢。利用LPCVD長(zhǎng)出的硅薄膜的結(jié)晶性能與反應(yīng)溫度有關(guān)，通常反應(yīng)溫度為580～620℃，所得的硅薄膜仍具有完整的結(jié)晶性，低于這個(gè)反應(yīng)溫度，所得到的硅薄膜僅具有部分的結(jié)晶性，甚至可能變成非晶硅。 LPCVD法適合用于將硅薄膜長(zhǎng)在其他材質(zhì)的基板上，這是因?yàn)樗梢蚤L(zhǎng)出較大晶粒的硅薄膜，而且可以長(zhǎng)在大面積的基板上。與PECVD法相比，利用LPCVD法產(chǎn)生的多晶硅薄膜，其晶粒內(nèi)部的應(yīng)變比較小而且表面損傷程度也較小，所以載子的漂移率比較快。它的缺點(diǎn)則是具有較多的晶格缺陷，因此擴(kuò)散長(zhǎng)度比較小。

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《太陽(yáng)能電池新技術(shù)》最后對(duì)太陽(yáng)能光電系統(tǒng)與應(yīng)用做了簡(jiǎn)單的說(shuō)明，使讀者可以融會(huì)貫通并應(yīng)用于生活中?！短?yáng)能電池新技術(shù)》適合從事太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的工程人員及學(xué)術(shù)研究者，或是有興趣的人士參考閱讀。

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