硅太陽能電池分類

一、按硅片厚度分

可(ke)分為(wei)晶體硅(gui)太(tai)(tai)陽能(neng)電池和薄膜硅(gui)太(tai)(tai)陽能(neng)電池。

二、按材料的結晶形態分

可分(fen)為(wei)單(dan)晶(jing)硅（c-Si）和多晶(jing)硅（p-Si）太(tai)陽能電池兩(liang)類；

薄膜(mo)硅太(tai)陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)分為非晶(jing)硅（a-Si）薄膜(mo)太(tai)陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)、微晶(jing)硅（c-Si）太(tai)陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)和多晶(jing)硅（p-Si）薄膜(mo)太(tai)陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)三種。

1、單晶硅太陽能電池

轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)最(zui)高，技術也(ye)最(zui)為(wei)(wei)成(cheng)熟。在(zai)實驗(yan)室里最(zui)高的(de)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)為(wei)(wei)24.7%（理論最(zui)高光電(dian)轉化效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)為(wei)(wei)25%），規模生產(chan)時的(de)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)為(wei)(wei)18%（截(jie)至(zhi)2011年）。在(zai)大規模應用和工業生產(chan)中仍占(zhan)據主導地位，但由(you)于單(dan)晶硅(gui)成(cheng)本(ben)價格高，大幅度降低其成(cheng)本(ben)很困難，為(wei)(wei)了節省(sheng)硅(gui)材料，發展了多品(pin)硅(gui)薄(bo)膜和非晶硅(gui)薄(bo)膜作為(wei)(wei)單(dan)晶硅(gui)太陽能電(dian)池的(de)替代(dai)產(chan)品(pin)。

2、多晶硅太陽能電池

一般(ban)采(cai)用低(di)等級的(de)(de)(de)(de)半導體多晶(jing)(jing)(jing)硅，或者(zhe)專門為(wei)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)使用而生產(chan)的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)造多晶(jing)(jing)(jing)硅等材料(liao)。與單晶(jing)(jing)(jing)硅太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)相比，多晶(jing)(jing)(jing)硅太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)成(cheng)(cheng)本較(jiao)低(di)，而且轉換效率(lv)與單晶(jing)(jing)(jing)硅太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)比較(jiao)接近，它是太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要產(chan)品之(zhi)一。多晶(jing)(jing)(jing)硅太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)硅片制造成(cheng)(cheng)本低(di)，組件效率(lv)高，規模生產(chan)時的(de)(de)(de)(de)效率(lv)已達18%左右。多晶(jing)(jing)(jing)硅太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)占據(ju)主(zhu)流，除取決(jue)于此(ci)類(lei)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)優異(yi)性能外，還在于其充(chong)足、廉價、無毒、無污染的(de)(de)(de)(de)硅原料(liao)來(lai)(lai)源(yuan)，而近年來(lai)(lai)多晶(jing)(jing)(jing)硅成(cheng)(cheng)本的(de)(de)(de)(de)降低(di)更將(jiang)使多晶(jing)(jing)(jing)硅太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)大(da)行其道。

3、非晶硅薄膜太陽能電池

成本低重量輕，便(bian)于(yu)(yu)大規模生產，有極大的(de)(de)(de)(de)潛力。非(fei)(fei)晶(jing)(jing)(jing)態硅(gui)(gui)(gui)，其原子結構(gou)不像晶(jing)(jing)(jing)體(ti)硅(gui)(gui)(gui)那樣排列得有規則(ze)，而是一種不定形晶(jing)(jing)(jing)體(ti)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)半導體(ti)。非(fei)(fei)晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)(gui)屬于(yu)(yu)直接帶(dai)系(xi)材料，對陽光吸收(shou)系(xi)數高，只需要1μm厚的(de)(de)(de)(de)薄膜(mo)就可(ke)以吸收(shou)80%的(de)(de)(de)(de)陽光。非(fei)(fei)晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)(gui)薄膜(mo)太(tai)(tai)陽能電(dian)(dian)池(chi)于(yu)(yu)1976年(nian)問世(shi)，南于(yu)(yu)硅(gui)(gui)(gui)原料不足和價格上漲，促(cu)進了(le)高效使用硅(gui)(gui)(gui)的(de)(de)(de)(de)技術(shu)和非(fei)(fei)晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)(gui)薄膜(mo)系(xi)太(tai)(tai)陽能電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)開(kai)發。非(fei)(fei)晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)(gui)薄膜(mo)電(dian)(dian)池(chi)低廉(lian)的(de)(de)(de)(de)成本彌補了(le)其在光電(dian)(dian)轉換效率上的(de)(de)(de)(de)不足。但(dan)是南于(yu)(yu)非(fei)(fei)晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)(gui)缺陷較多，制備(bei)的(de)(de)(de)(de)太(tai)(tai)陽能電(dian)(dian)池(chi)效率偏低，且受制于(yu)(yu)其材料引發的(de)(de)(de)(de)光電(dian)(dian)效率衰退效應，穩定性不高，直接影響了(le)它的(de)(de)(de)(de)實際應用。

4、微晶硅（μc-Si）薄膜太陽能電池

同樣由(you)于(yu)光電效(xiao)率衰退效(xiao)應致使(shi)其性能不穩定(ding)。發展受到一定(ding)的限制。

5、多晶硅薄膜太陽能電池

是近(jin)年來太(tai)陽(yang)能電池研究的熱點。雖(sui)然多(duo)(duo)晶硅(gui)屬(shu)于(yu)間接帶隙材料(liao)，不(bu)(bu)是理想的薄(bo)膜(mo)太(tai)陽(yang)能電池材料(liao)，但是隨(sui)著陷(xian)光(guang)技術、鈍化技術以及載流子束縛技術的不(bu)(bu)斷(duan)發展(zhan)，人(ren)們完全有可能制備出高效、廉價的多(duo)(duo)晶硅(gui)薄(bo)膜(mo)太(tai)陽(yang)能電池。

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硅太陽能電池工作原理

太陽能電池發(fa)電(dian)(dian)的(de)(de)原(yuan)理主(zhu)(zhu)要是半(ban)導體(ti)的(de)(de)光(guang)電(dian)(dian)效應，一般(ban)的(de)(de)半(ban)導體(ti)主(zhu)(zhu)要結構(gou)如(ru)下(xia)：硅材(cai)料是一種半(ban)導體(ti)材(cai)料，太(tai)陽能電(dian)(dian)池發(fa)電(dian)(dian)的(de)(de)原(yuan)理主(zhu)(zhu)要就是利(li)用(yong)這種半(ban)導體(ti)的(de)(de)光(guang)電(dian)(dian)效應。

當(dang)硅晶(jing)(jing)體(ti)(ti)(ti)中(zhong)摻(chan)(chan)(chan)入其他的(de)(de)(de)雜質，如硼(peng)(peng)（黑色或(huo)銀灰色固體(ti)(ti)(ti)，熔點為2 300℃，沸點為3 658℃，密(mi)度(du)(du)為2.349/cm3，硬度(du)(du)僅次于金(jin)剛石，在(zai)(zai)室溫(wen)下較穩定，可(ke)與氮(dan)、碳(tan)、硅作用，高(gao)(gao)溫(wen)下硼(peng)(peng)還與許多金(jin)屬(shu)和金(jin)屬(shu)氧化(hua)物反應，形成金(jin)屬(shu)硼(peng)(peng)化(hua)物。這些化(hua)合(he)物通常是高(gao)(gao)硬度(du)(du)、耐熔、高(gao)(gao)電(dian)導率和化(hua)學(xue)惰性(xing)的(de)(de)(de)物質）、磷等，當(dang)摻(chan)(chan)(chan)入硼(peng)(peng)時(shi)，硼(peng)(peng)元素能(neng)夠俘(fu)獲電(dian)子，硅晶(jing)(jing)體(ti)(ti)(ti)中(zhong)就會存在(zai)(zai)一個(ge)空穴(xue)，這個(ge)空穴(xue)因為沒(mei)有(you)電(dian)子而變得很不穩定，容易吸收電(dian)子而中(zhong)和，它就成為空穴(xue)型半(ban)導體(ti)(ti)(ti)，稱(cheng)為P型半(ban)導體(ti)(ti)(ti)（在(zai)(zai)半(ban)導體(ti)(ti)(ti)材料硅或(huo)鍺晶(jing)(jing)體(ti)(ti)(ti)中(zhong)摻(chan)(chan)(chan)入三價(jia)元素雜質可(ke)構成缺殼(ke)粒的(de)(de)(de)P型半(ban)導體(ti)(ti)(ti)，摻(chan)(chan)(chan)入五價(jia)元素雜質可(ke)構成多余殼(ke)粒的(de)(de)(de)N型半(ban)導體(ti)(ti)(ti)）。

同樣，摻入磷原子(zi)以后(hou)，因為磷原子(zi)有五(wu)個(ge)(ge)電(dian)(dian)子(zi)，所(suo)以就(jiu)會有一(yi)(yi)個(ge)(ge)電(dian)(dian)子(zi)變得非常活躍，形(xing)(xing)(xing)成(cheng)電(dian)(dian)子(zi)型(xing)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)，稱為N型(xing)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)。P型(xing)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)中(zhong)(zhong)含(han)有較(jiao)多的(de)(de)(de)空穴，而(er)N型(xing)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)中(zhong)(zhong)含(han)有較(jiao)多的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)，這樣，當(dang)P型(xing)和N型(xing)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)結合在一(yi)(yi)起時。在兩種半(ban)導(dao)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)交(jiao)界面區(qu)域里會形(xing)(xing)(xing)成(cheng)一(yi)(yi)個(ge)(ge)特(te)殊(shu)的(de)(de)(de)薄層(ceng)，界面的(de)(de)(de)P型(xing)一(yi)(yi)側(ce)帶負電(dian)(dian)，N型(xing)一(yi)(yi)側(ce)帶正電(dian)(dian)，出現了(le)濃度差(cha)。N區(qu)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)會擴(kuo)(kuo)散到(dao)(dao)P區(qu)，P區(qu)的(de)(de)(de)空穴會擴(kuo)(kuo)散到(dao)(dao)N區(qu)，一(yi)(yi)旦擴(kuo)(kuo)散就(jiu)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)了(le)一(yi)(yi)個(ge)(ge)由N指向P的(de)(de)(de)“內電(dian)(dian)場”，從而(er)阻止擴(kuo)(kuo)散進行。達到(dao)(dao)平衡后(hou)，就(jiu)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)了(le)這樣一(yi)(yi)個(ge)(ge)特(te)殊(shu)的(de)(de)(de)薄層(ceng)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)電(dian)(dian)勢(shi)差(cha)，從而(er)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)PN結。當(dang)晶片受(shou)光后(hou)，PN結中(zhong)(zhong)，N型(xing)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)空穴往P型(xing)區(qu)移動，而(er)P型(xing)區(qu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)往N型(xing)區(qu)移動，從而(er)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)從N型(xing)區(qu)到(dao)(dao)P型(xing)區(qu)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)。然后(hou)在PN結中(zhong)(zhong)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)電(dian)(dian)勢(shi)差(cha)，這就(jiu)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)了(le)電(dian)(dian)源(yuan)。

由于(yu)半導體(ti)不(bu)是電的(de)良導體(ti)，電子(zi)在(zai)(zai)通(tong)過(guo)PN結(jie)后如果在(zai)(zai)半導體(ti)中流動，電阻非常大，損耗也就(jiu)非常大。但如果在(zai)(zai)上(shang)層全部涂上(shang)金屬，陽光(guang)就(jiu)不(bu)能通(tong)過(guo)，電流就(jiu)不(bu)能產生，因此一般用金屬網格覆蓋PN結(jie)，以(yi)增加入(ru)射(she)(she)光(guang)的(de)面(mian)積。另外(wai)硅表面(mian)非常光(guang)亮，會反(fan)射(she)(she)掉大量的(de)太陽光(guang)，不(bu)能被(bei)電池利用。

為此，科學家們(men)給它(ta)涂上了一層反(fan)射(she)(she)系數非常小(xiao)的(de)(de)保(bao)護(hu)膜(mo)(mo)（減反(fan)射(she)(she)膜(mo)(mo)），實際工業生產基本都(dou)是用(yong)(yong)化(hua)學氣相沉積一層氮化(hua)硅膜(mo)(mo)，厚(hou)度在1000A左右。將反(fan)射(she)(she)損失減小(xiao)到(dao)5%甚(shen)至更小(xiao)。或者采用(yong)(yong)制備絨面(mian)的(de)(de)方法，即(ji)用(yong)(yong)堿溶(rong)液(ye)（一般為NaOH溶(rong)液(ye)）對(dui)硅片進行各(ge)向異性腐蝕在硅片表(biao)(biao)面(mian)制備絨面(mian)。入射(she)(she)光(guang)在這種表(biao)(biao)面(mian)經過(guo)多次反(fan)射(she)(she)和折射(she)(she)，降低(di)了光(guang)的(de)(de)反(fan)射(she)(she)，增加(jia)了光(guang)的(de)(de)吸(xi)收，提(ti)高了太(tai)陽電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)短路(lu)電(dian)流和轉(zhuan)換效率。一個(ge)電(dian)池(chi)(chi)所能(neng)提(ti)供的(de)(de)電(dian)流和電(dian)壓畢競有限，于是人們(men)又(you)將很多電(dian)池(chi)(chi)（通常是36個(ge)）并聯或串聯起(qi)來使用(yong)(yong)，形成太(tai)陽能(neng)光(guang)電(dian)板。