硅仍然是最受欢迎商业用太阳电池素材,因为它非常丰富(它实际上是地壳二分数中第二丰度元素,仅含氧量!但是,对太阳能电池有用,它必须精炼到99.9999%纯度 单晶状硅的分子结构是均匀的,因为整个结构从同或单晶体生长均匀性理想通过材料高效传输电子生成有效光电池时,硅即为n型和p型半晶体硅由数小晶体或“粒子 ” 组成并引入“边界 ” 。这些边界阻塞电子流并鼓动电流补孔并从而减少电量输出半晶体硅生产比单晶体硅便宜得多,所以研究者正在研究以其他方法尽量减少粒子边界效果 差异结构
图1单晶素(a)结构一致原子有序排列中没有扰动半晶素(b)由数晶片或“粒子”。在粒子界面或“边界”,原子顺序中断电子更有可能用洞复用 而不是为电路出力 即使是极小硅晶体也能成功建立太阳能电池,研发工作正在多晶体硅上进行,希望使材料适合成本效益高的太阳能电池多晶体素含有多片单晶体量人毛厚度或半晶体体积约1/1000 准备单晶素
改成单晶体状态 我们先熔化高纯度硅令它慢化与单晶子种子接触 硅逐步适应单晶子种子模式不足为奇,因为我们从种子开始, 这一过程被称为“生长”, 由熔化硅生成的单晶片新加数个特定进程可实现此目标最固定和最可靠方式是Czochralski法和浮带技术 Czoralski过程中,种子晶体浸入熔化硅熔化并缓慢提取,拉出柱状单晶体像硅粒结晶 |
图2最常用单晶体硅技术为Czoralski过程,其中单晶体硅种子接触熔化硅顶部种子渐渐生长,熔化硅原子固化种子模式并扩展单晶体结构 浮带进程浮带过程产生纯晶体,因为它们没有像Czoralski晶体那样受熔炉污染FZ流程中,硅棒置上种子晶体并排入电磁圈线圈磁场诱导电场棒化加热并熔化棒子和种子界面单晶硅形式接口随圈状缓慢提高而向上增长 单晶粒生成后,必须切成裂纹 单晶硅技术开发良好,但Czoralski、FZ和协议播送过程复杂而昂贵一组新的晶体生产过程,但通常称成形树枝增长,通过直接组成硅稀薄可用单晶片瓦片可降低处理成本方法直接生成薄晶板,避免圆柱形内核要求的割片步 半晶素半晶体硅可以多种方式生成最受欢迎商业方法涉及铸造过程,熔硅直接投入模组并允许凝固成形模型平方形生成可切入并切入平方单元以更紧凑地搭入PV模块的got细胞间留空格,平方细胞可合用最小耗空格 
图3最常用法制作商业半晶体硅铸造 来源:U.S.能源部光电程序 详情请访问国家可再生能源实验室 |