晶体硅太阳电池及材料

1839年，法国Becqueral第一次在化学电池中观察到光伏效应。1876年，在固态硒（Se）的系统中也观察到了光伏效应，随后开发出Se／CuO光电池。有关硅光电池的报道出现于1941年。贝尔实验室Chapin等人1954年开发出效率为6％的单晶硅光电池，现代硅太阳电池时代从此开始。硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用。在随后10多年里，硅太阳电池在空间应用不断扩大，工艺不断改进，电池设计逐步定型。这是硅太阳电池发展的第一个时期。第二个时期开始于70年代初，在这个时期背表面场、细栅金属化、浅结表面扩散和表面织构化开始引人到电池的制造工艺中，太阳电池转换效率有了较大提高。与此同时，硅太阳电池开始在地面应用，而且不断扩大，到70年代未地面用太阳电池产量已经超过空间电池产量，并促使成本不断降低。 80年代初，硅太阳电池进入快速发展的第三个时期。这个时期的主要特征是把表面钝化技术、降低接触复合效应、后处理提高载流子寿命、改进陷光效应引入到电池的制造工艺中。以各种高效电池为代表，电池效率大幅度提高，商业化生产成本进一步降低，应用不断扩大。

在太阳电池的整个发展历程中，先后出现过各种不同结构的电池，如肖特基（Ms）电池，M1S电池，MINP电池；异质结电池（如ITO（n）／Si（p），a-Si／c-Si，Ge／Si）等，其中同质p-n结电池结构自始至终占主导地位，其它结构对太阳电池的发展也有重要影响。 以材料区分，有晶硅电池，非晶硅薄膜电池，铜铟硒（CIS）电池，碲化镉（CdTe）电池，砷化镓电池等，而以晶硅电池为主导，由于硅是地球上储量第二大元素，作为半导体材料，人们对它研究得最多、技术最成熟，而且晶硅性能稳定、无毒，因此成为太阳电池研究开发、生产和应用中的主体材料。

1 晶硅电池的技术发展

1．1地面应用推动各种新型电池的出现和发展

晶硅电池在70年代初引入地面应用。在石油危机和降低成本的推动下，太阳电池开始了一个蓬勃发展时期，这个时期不但出现了许多新型电池，而且引入许多新技术。例如：

（1）背表面电场（BSF）电池——在电池的背面接触区引入同型重掺杂区，由于改进了接触区附近的收集性能而增加电池的短路电流；背场的作用可以降低饱和电流，从而改善开路电压，提高电池效率。

（2）紫光电池——这种电池最早（1972）是为通信卫星开发的。因其浅结（0．1一0．2μm）密栅（30／cm）、减 反射（Ta2O5—短波透过好）而获得高效率。在一段时间里，浅结被认为是高效的关键技术之一而被采用。

（3）表面织构化电池——也称绒面电池，最早（1974）也是为通讯卫星开发的。其AM0时电池效率η≥15％，AMI时η＞18％。这种技术后来被高效电池和工业化电池普遍采用。

（4）异质结太阳电池——即不同半导体材料在一起形成的太阳电池J瞩SnO／Si，In20／Si，（In2O3十SnO2／Si电池等。由于SnO2、In2O3、（In2O3＋SnO2）等带隙宽，透光性好，制作电池工艺简单，曾引起许多研究者的兴趣。目前因效率不高等问题研究者已不多，但SnO2、In2O3、（In2O3＋SnO2）是许多薄膜电池的重要构成部分，作收集电流和窗口材料用。

（5）MIS电池——是肖特基（MS）电池的改型，即在金属和半导体之间加入1．5一3．0nm绝缘层，使MS电池中多子支配暗电流的情况得到抑制，而变成少子隧穿决定暗电流，与pn结类似。

其中i层起到减少表面复合的作用。经过改进的MIS电池正面有20一40μm的SiO2膜，