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唐山太陽(yáng)能路燈通過唐山太陽(yáng)能光伏組件利用光伏應(yīng)將我們的唐山太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，經(jīng)由我們江蘇斯美爾光電科技自主生產(chǎn)的控制器，進(jìn)行充放電控制，存儲(chǔ)電能在我們的膠體蓄電池中，當(dāng)夜晚的時(shí)候，光照強(qiáng)度低于10流明左右，唐山太陽(yáng)能電池板的開路電壓降低到5V左右，我們生產(chǎn)的控制器檢測(cè)到這么個(gè)電壓值，控制蓄電池對(duì)我們的LED燈頭放電，這時(shí)候我們的唐山太陽(yáng)能路燈就照亮了您行走的道路了。

于電極金屬化的改進(jìn)技術(shù)

刻槽埋柵電池（BCSC)

刻槽埋柵太陽(yáng)能電池「.藝是新南威爾士大學(xué)開發(fā)的。在小面積區(qū)熔材料上報(bào)告了 21. 3 %的實(shí)驗(yàn)室效率。商業(yè)化的BCSC工藝步驟如表6-9所示。

該工藝M著的特征在于上表面利用槽形成電池的金屬化。雖然初研究了利用絲網(wǎng)印 刷金屬化步驟（在印刷操作中將金屬壓入槽中 >，成功的設(shè)計(jì)利用了化學(xué)鍍金屬柵線。

某些電池T藝步驟類似于先前所述的絲網(wǎng)印刷步驟，去除切割損傷和織構(gòu)化后，表面輕擴(kuò) 散和生長(zhǎng)氧化物蒗蓋整個(gè)表面，氧化物在電池工藝中起多重作用，是工藝相對(duì)簡(jiǎn)化的關(guān)鍵。注 意不需要像絲網(wǎng)印刷方法那樣去除擴(kuò)散氧化物。然后利用激光劃線機(jī)、機(jī)械切割鋸或其他機(jī) 

械或者化學(xué)方法在電池上開槽?？滩勐駯盘?yáng)能電池結(jié)構(gòu)如圖6-33所示

用化學(xué)腐蝕清洗槽后，對(duì)槽進(jìn)行第二次擴(kuò)散.比次重要得多?這在接觸面上形成了選 擇性摻雜。然后利用蒸發(fā)、絲網(wǎng)印刷等方法在背表而沉積鋁。在燒結(jié)鋁和腐蝕掉氧化物后.化 學(xué)鍍鍵、銅和銀層完成電池金屬化。

T藝中一個(gè)改進(jìn)是利用Si:1 N，代替氧化物。這--?層能耐受尚溫步驟，丨u]時(shí)在后的電池 中產(chǎn)生較好的減反射性能。BPsolar報(bào)告這種方法的良好性能.康斯坦斯大學(xué)利用該方法在 大面積多晶硅襯底獲得了 17. 5%的效率。

1) BCSC電池性能分析

埋柵太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)包含了先前所述的實(shí)驗(yàn)室電池）L T?所有的特征：淺發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，厚 的熱氧化做得很好的表面鈍化.很細(xì)的金屬化線寬.接觸K重?cái)U(kuò)散的前接觸鈍化和背面場(chǎng)。一個(gè) 重要工藝步驟是在頂部生長(zhǎng)很厚的熱氧化層，同時(shí)作為擴(kuò)散掩膜、化學(xué)掩鍍膜和表面鈍化層。

當(dāng)然，在考慮商業(yè)應(yīng)用時(shí)這個(gè)T.藝具有它的缺點(diǎn)：大量的過長(zhǎng)的高溫（950 °C以上的總時(shí) 間長(zhǎng)達(dá)16 h)工藝步驟、昂貴的設(shè)備、許多細(xì)致的預(yù)清洗步驟使得T.藝復(fù)雜且勞動(dòng)力密集。雖 然埋柵電池工藝已經(jīng)授權(quán)給許多主要的電池生產(chǎn)商，何是R有一家通過簡(jiǎn)化許多工藝步驟將 

它成功引人到大規(guī)模生產(chǎn)中。在直拉硅上得到了接近17%的效率。在低質(zhì)量的多晶硅片上 應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的埋柵工藝，在144cm2和25cm2上分別得到17. 6%和17. 9%的率。

埋柵電池取得了超過絲網(wǎng)印刷電池的重大性能優(yōu)勢(shì)，測(cè)試表明該電池較絲網(wǎng)印刷電池有 30%的性能優(yōu)勢(shì).雖然在絲網(wǎng)印刷電池的改進(jìn)后這種差距有所減小。同時(shí)，BPsolar報(bào)告單位 面積上的工藝成本事實(shí)上一樣，比絲網(wǎng)印刷電池單位面積上多4%。因此，該電池提供了每峰 瓦低得多的成本和較高的單位面積功率輸出?；A(chǔ)投資費(fèi)用高，但較低的材料成本彌補(bǔ)了這 一缺點(diǎn)。

性能改善有原因

填充因子較高是由于金屬化柵線較好的電導(dǎo)和這些柵線與重?fù)诫s槽區(qū)之間較低的接 觸電阻。

電壓較高是由于上表面擴(kuò)散較高的方塊電阻，結(jié)合這些面積上整個(gè)的氧化提供了極 好的表面鈍化.以及槽區(qū)中的重?fù)诫s提供的鈍化。埋柵電池達(dá)到了接近700 mV的開路電壓，

接近于實(shí)驗(yàn)室硅電池曾經(jīng)獲得的高電壓。

高電流輸出原因是相對(duì)低的上表面遮擋，這種方法即使在大面積電池上也是可行的。 激光刻槽的金屬化線寬可以達(dá)到15?20 pm，機(jī)械開槽的線寬可達(dá)到40 Hm。低的金屬化損 失也使得這種方法非常適合商業(yè)電池不斷增大的尺寸。早期的研究曾經(jīng)注意到這一點(diǎn)，但未 深入。對(duì)改善的輸出電流的另一個(gè)貢獻(xiàn)是由于非接觸面上幾乎理想的表面性質(zhì)產(chǎn)生的改善的 藍(lán)光響應(yīng)。

HIT電池初始沉底是N型硅片。其好處是，這樣的襯 底沒有在B摻雜的P型襯底上制造的電池性能的光致衰減效應(yīng)的限制。織構(gòu)化后，在上表面 沉積薄的本征氫化和P型非晶硅層，而在背面沉積本征層和N型非晶硅層。和通常的非晶硅 技術(shù)一樣，這些層與透明導(dǎo)電氧化物TC(.)層接觸.又與絲網(wǎng)印刷金屬柵線接觸。

這些TCO層盡可能低的方塊電阻放寬了先前所述的關(guān)于絲網(wǎng)印刷金屬化參數(shù)的限制。 然而，這些層的確吸收很多的光.下面的非晶硅摻雜層對(duì)光電流收集是不活躍的，導(dǎo)致電池的 藍(lán)光響應(yīng)差。由于這層的吸收損失大約10 %有用的電流.然而非晶硅的帶隙要比硅高得多， 非晶硅與晶體硅材料之間的界面質(zhì)量是的，這個(gè)的界面產(chǎn)生了 一些硅電池中看到的 高開路電壓（710?720 mV)。

這種方法產(chǎn)生了達(dá)21. 0 %的創(chuàng)紀(jì)錄的實(shí)驗(yàn)室大面積電池。這些實(shí)驗(yàn)室器件和商 業(yè)器件之間的差別還不是很清楚。在三洋“生產(chǎn)線”的產(chǎn)品報(bào)告中得到了 15. 2%標(biāo)稱組 件效率，是目前的率。在2001年，三洋報(bào)告了約生產(chǎn)16MW的HIT電池。

3.基于氣化物的方法

等離子體區(qū)外鈍化

HIT電池的一個(gè)局限是非晶硅層和其上面的提供橫向電導(dǎo)率的透明導(dǎo)電物中的光吸收。 然而，過去的十多年中硅光伏中值得注意的一 t進(jìn)展是利用等離子體區(qū)外鈍化.用氮化硅鈍化 兩個(gè)表面.以及用氫鈍化體內(nèi)。

MIS—N1 P 或 MINP 方法

如圖6-29所示的MINP電池結(jié)構(gòu)在電池發(fā)展史上非常重要，因?yàn)樗蚱屏司w硅電池十 多年的效率記錄，塊18%的電池，是近十年來電池性能的個(gè)改善。采用這種結(jié) 構(gòu)在多晶硅硅片上取得了 18%的電池效率，盡管方法相對(duì)簡(jiǎn)單，但這是面積大于lcm2的電池 達(dá)到的大值之一。

一種簡(jiǎn)化的MINP工序是用金屬掩膜工藝在多晶硅片上做成圖6-29U)所示結(jié)構(gòu)?；?順序如下：用重磷擴(kuò)散對(duì)初始硅片吸雜—去除吸雜層—N+發(fā)射區(qū)擴(kuò)散一在電池背面蒸發(fā)鋁柵 —850 °C合金化形成局部背場(chǎng)（LBSF)—用等離子體氮化物區(qū)外背面—整個(gè)背面的背鋁接觸/ 

反射區(qū)蒸發(fā)一在薄的熱生長(zhǎng)隧道氧化上的前面鋁蒸發(fā)一掩膜成型一用等離子氮化物區(qū)外減反

射層沉積。一個(gè)不同的T序避免了個(gè)背鋁沉積成型步驟，而代以機(jī)械研磨的氮化物成形。

這種方法的問題是使用浪費(fèi)沉積材料的掩膜，和使用上述簡(jiǎn)單技術(shù)時(shí)的背反流問題。

固體能帶理論是把量子力學(xué)原理用于固態(tài)多體系統(tǒng)推算出來的。即在特定的晶格和相應(yīng) 的電勢(shì)場(chǎng)分布下求解薛定諤方程，獲得體系中電子態(tài)按能量的分布。在晶體情況下，晶格結(jié)構(gòu) 具有空間的周期性.相應(yīng)的電勢(shì)場(chǎng)也呈周期性分布。在晶格絕熱近似和單電子近似條件下，可 以求得相當(dāng)準(zhǔn)確的電子能態(tài)分布，即電子能帶結(jié)構(gòu)。晶體能帶的基本特征是，存在導(dǎo)帶與價(jià)帶 及隔開這兩者的禁帶.或者稱為帶隙。導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂有單一的能量值，在導(dǎo)帶底以上的導(dǎo)帶 態(tài)為擴(kuò)展態(tài)，這些態(tài)上的電子是遷移率很高的自由電子。價(jià)帶頂以下的能態(tài)為空穴的擴(kuò)展態(tài)， 這里的A由空穴遷移率也很高。理想半導(dǎo)體禁帶中是沒有電子能態(tài)的。但在半導(dǎo)體中難免有 缺陷和雜質(zhì)，分別具有各A的能態(tài)，表面和界面處晶格不連續(xù)帶來表面態(tài)和界面態(tài)，這些異常 的能態(tài)常常落在禁帶中，稱為隙態(tài)。其上占據(jù)的電子是局域化的，起載流子復(fù)合產(chǎn)生中心的作  

用。晶體的隙態(tài)密度很小.通常在3左右.EL呈離散分布另一方面固體中電子按照 能量的統(tǒng)計(jì)分布遵循費(fèi)米分布函數(shù)規(guī)律。被電子占據(jù)的兒率為的能級(jí)稱為費(fèi)米能級(jí)。費(fèi) 米能級(jí)也稱平衡體系的化學(xué)勢(shì)。通常情況下，半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)位-F禁帶。費(fèi)米能級(jí)距導(dǎo)帶 底較近，則電子為多數(shù)載流子，材料為N型,，費(fèi)米能級(jí)距價(jià)帶頂近的.空穴為多數(shù)載流子，材 料為P型。費(fèi)米能級(jí)位置可以通過適當(dāng)摻雜加以調(diào)節(jié)。即半導(dǎo)體電導(dǎo)的數(shù)量和類型都可以 用摻雜的方法調(diào)節(jié)。

由于非晶硅材料是亞穩(wěn)固體.其晶格的近程配位與相應(yīng)晶體的相當(dāng)?shù)情L(zhǎng)程無序，原 子間的鍵長(zhǎng)與鍵角存在隨機(jī)的微小變化.它的實(shí)際結(jié)構(gòu)為硅原F組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的硅 懸掛鍵密度比較高。這些是非晶硅結(jié)構(gòu)的兩個(gè)基本特點(diǎn)這樣復(fù)雜的體系的電子能帶結(jié)構(gòu)與 晶體能帶既有相似之處，也存在的差別。其相似之處在于.價(jià)電子能態(tài)也可分為導(dǎo)帶、價(jià) 帶和禁帶，但導(dǎo)帶與價(jià)帶都帶有伸向禁帶的帶尾態(tài)帶陡態(tài)與鍵長(zhǎng)、鍵角的隨機(jī)變化有關(guān).導(dǎo) 帶帶頂被模糊的遷移邊取代.擴(kuò)展態(tài)與局域態(tài)在遷移邊是連續(xù)變化的.高密度的懸掛鍵在 隙帶中引進(jìn)高密度的局域態(tài)。通常隙態(tài)密度101 cm ?過剩載流f通過隙態(tài)復(fù)合，所以 通常非晶材料的光電導(dǎo)很低，摻雜對(duì)費(fèi)米能級(jí)的位置的調(diào)節(jié)作丨n也很小.這仲a- Si材料沒有 有用的電子特性。氫化非晶硅材料中大部分的懸掛鍵被氨補(bǔ)晗.形成硅氫鍵.可以使隙態(tài)密度 降至lO^Vcnr1以下，這樣的材料才表現(xiàn)出良好的器件級(jí)電子特長(zhǎng),，

1. 4 a-Si太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)

非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池（見圖7 -1)采用普通浮法玻璃作為哉體作玻璃上涂有透明導(dǎo)電 膜TC?，主要成分是Sn()2。光穿過透明的TC()被電池吸收.耍求荇較高的透過率：另一方 面.TC()是導(dǎo)電的，可作為電池的一個(gè)電極,，太陽(yáng)能電池就足以TL'()薄膜為襯底生長(zhǎng)的.用 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（PECVD)生長(zhǎng)的太陽(yáng)能電池以也稱有效層,，有效層包括兩個(gè) PIN串聯(lián)的雙結(jié)結(jié)構(gòu)。與TCO薄膜連接的結(jié)稱為頂層非品葉匕a-S! : H.能吸收短波長(zhǎng) 光子，與非晶硅層連接的第二結(jié)稱為底層微晶硅層卜||?能吸收長(zhǎng)波長(zhǎng)光子。陽(yáng)光 透過頂層玻璃和透明導(dǎo)電薄膜到達(dá)頂層非晶硅層.陽(yáng)光1丨1的短波長(zhǎng)圯子被頂層非晶硅層吸收， 而長(zhǎng)波長(zhǎng)光子透過頂層非晶硅層到達(dá)底層微晶硅足，泮被收y?微品砘6吸收?這種結(jié)構(gòu)有較高 的光電轉(zhuǎn)換效率。通過磁控濺射制作的Al/Ag電極連接眷介效U的背電極。后，用防護(hù)玻 璃罩密封EVA(乙烯醋酸乙烯)箔進(jìn)行疊層組件，這種結(jié)構(gòu)的非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池也被稱為 層疊電池，如圖7-2所示。

總之，非晶硅太陽(yáng)能電池既是應(yīng)用需求的產(chǎn)物.乂岳非品十.導(dǎo)體技水探索和基礎(chǔ)理論研究 的結(jié)果?？萍紕?chuàng)新與社會(huì)需求相結(jié)合產(chǎn)生大的價(jià)值當(dāng)今每項(xiàng)科技創(chuàng)新都包含技術(shù)探索 和基礎(chǔ)理論研究?jī)煞矫?，不可偏廢其中之一。當(dāng)然.不M課題或?個(gè)課題的不同發(fā)展階段，側(cè) 會(huì)有不同。科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上，有些領(lǐng)域先形成基礎(chǔ)觀論.$待技術(shù)成熟后才結(jié)出碩果； 也有些領(lǐng)域先產(chǎn)生應(yīng)用技術(shù)，技術(shù)發(fā)展推動(dòng)基礎(chǔ)埋論研究.產(chǎn)'I J1丨!論成果?現(xiàn)論的確立乂指導(dǎo) 應(yīng)用技術(shù)走向成熟。 

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