发布时间 : 星期五 文章PECVD镀膜 - 图文更新完毕开始阅读
浙江大学硕士学位论文 王晓泉 2003年5月
用PECVD沉积氮化硅薄膜工艺已经在标准的10cm×10cm的多晶硅材料上达到了15.43%的能量转换率【9】。
本论文针对晶体硅太阳电池减反射膜的要求，采用等离子体增强化学汽相沉积法制备了富氢氮化硅薄膜，对这种薄膜的组成、结构、性能与工艺作了细致的分析研究，总结了各种工艺参数对氮化硅薄膜的结构性能的影响关系，并对该技术的工业可行性进行了一系列有意义的研究分析，为今后该技术的产业化提供重要的理论和实践指导。
本章对太阳电池、太阳电池用氮化硅薄膜及氢钝化的研究进展作了评述。
1.2 太阳电池的原理与发展现状
图 1.1 硅太阳电池结构与能带示意图
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浙江大学硕士学位论文 王晓泉 2003年5月
太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体器件转变为电能的过程，通常叫做“光生伏打效应”，太阳电池就是利用这种效应制成的。
图1.1为晶体硅太阳电池的结构与能带示意图。当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。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区中同组成半导体的原子价电子碰撞，将能量传给价带的电子，使电子跃迁到导带，而在价带留下一个空穴，产生了电子-空穴对。这样，光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能。如果半导体内存在p-n结，则在p型和n型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向n区，空穴则被驱向p区。根据耗尽近似条件，耗尽区边界处的载流子浓度近似为零，即p=n=0。在n区中，光生电子-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，便立即受到内建电厂作用，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，在n区与p区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。
rear contactoxiden ++p np-siliconp +oxide+p +p finger\pyramids
图 1.2 硅太阳电池的立体结构图
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浙江大学硕士学位论文 王晓泉 2003年5月
若分别在p型层和n型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。
图1.2是常见的硅太阳电池的结构立体图。太阳电池表面上经过表面织构化之后扩磷以形成p-n结，背面蒸铝烧结形成背电场以改善太阳电池的长波响应，正面沉积一层深蓝色减反射膜，然后印刷银电极。电池的前、后表面均采用高质量的SiO2进行钝化，前后表面的电极均采用点接触方法。整个电池实际上就是一个p-p-n结。
近40年来，人们为太阳电池的研究、发展与产业化做出了很大的努力，光伏技术中新工艺、新技术、新材料、新结构层出不穷，研制成功的太阳电池已达100多种。从电池结构上看，有同质结、异质结、平面结、垂直多结、叠层、集成、片状、薄膜等许多种。所用材料，涉及到几乎所有半导体材料，包括单晶、多晶、非晶、微晶、异质半导体、化合物半导体、有机半导体等，以及某些金属材料。当前已经商品化、实用化的太阳电池主要有以下几种，即：单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池和带状硅电池。
图 1.3 2001年世界太阳电池市场按材料种类分类情况
目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要属晶体硅太阳电池，市场份额超过80%，尤其是多晶硅太阳能电池的市场份额已远远高于单晶硅太阳电池的市
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浙江大学硕士学位论文 王晓泉 2003年5月
场份额，导致这一变化趋势的原因是由于多晶硅片的生产能力远远大于单晶硅片的生产能力以及多晶硅太阳能电池转换效率的迅速提高（相对较高的性能价格比）【10】。由于太阳能电池的成本主要来源于硅片材料，且在短时间内硅材料成本下降速度缓慢，因此不断提高太阳能电池的制造技术、提高转换效率是降低太阳能电池生产成本的重要途径。图1.3显示了2001年不同材料太阳电池占世界产量的百分比情况【11】。
近20年来，实用的太阳电池得到了长足的发展。从本世纪70年代中期开始了地面用产品商品化以来，太阳电池的全球平均年增长率达30%，其中2000年和2001年的年销售增长均超过40%，2001年的全球销售已突破400兆瓦大关【12】，而同时其生产成本以每年7.5%的平均速度下降【13】，如图1.4所示。并且应用市场也由原来的宇航、通讯等部门开始向以并网发电方向发展【14】。而与此同时，随着新技术和新工艺的不断涌现以及电池材料质量的不断提高，太阳电池的效率不断提高逼近其理论极限值，表1.1显示了目前几种典型太阳电池实验室的最高转换效率。
图 1.4太阳电池的成本和产量发展图
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