文档介绍：第3章太阳电池的原理及结构
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主要内容：
太阳能电池的原理及结构
硅太阳能电池的结构及制备工艺
薄膜太阳能电池的结构及制备工艺
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太阳能电池的原理及结构
%，%。如何进一步提高太阳能电池的转换效率是当前的研究课题。
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实际太阳电池的等效电路图
Rsh：并联电阻
Rs：串联电阻
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硅太阳电池制备及结构
晶体硅太阳能电池是典型的p-n结型太阳电池，它的研究最早、应用最广，是最基本且最重要的太阳电池。
在实际工艺中，一般利用200～500μm厚的掺硼的p型硅材料作为基质材料， μm厚的n型掺杂剂，形成p-n结，通常选用磷作为n型掺杂剂。
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p-n结的制备技术：
磷扩散分为：气态、固态和液态扩散。
气态磷扩散：在扩散系统内，引入含磷气体P2H2 ，通过高温分解，磷原子扩散到硅片中去，反应式为：
P2H2 = 2P + H2
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固态磷扩散：利用与硅片相同形状的固态磷源材料[Al(PO3)3]，即所谓的磷微晶玻璃片，与硅片紧密相贴，一起放入热处理炉内，在一定温度下，磷源材料表面挥发出磷的化合物，通常是P2O5，与硅反应生成磷原子及其它化合物，导致磷源子不断向硅片体内扩散。
Al(PO3)3 = AlPO4 + P2O5
2 P2O5+5Si = 5SiO2 + 4P
固态磷扩散法还可以利用丝网印刷、喷涂、旋涂、化学气相沉积等技术，在硅片表面沉积一层磷的化合物，通常是P2O5。
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液态磷源扩散可以得到较高的表面浓度，在硅太阳电池工艺中更为常见。通常利用的液态磷源为三***氧磷，通过保护气体，将磷源携带进入反应系统，在800～1000℃之间分解，生成P2O5，沉积在硅片表面形成磷硅玻璃，作为硅片磷扩散的磷源，其反应式为：
5POCl3 = 3PCl5 + P2O5
2P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P
对于晶体硅太阳电池，为使p-n结处有尽量多的光线到达，p-n结的结深要尽量浅，一般为250nm，甚至更浅。磷扩散时，表面会形成磷硅玻璃，影响太阳电池正常工作，需要去除。用稀释的HF中侵蚀。
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金属电极的制备技术：
现今主要采用丝网印刷技术，将金属浆料（银浆+有机溶剂）按照所设计的图形，印刷在硅的表面，然后在适当气氛下，通过高温烧结，使有机溶剂挥发，金属与硅表面形成良好的欧姆接触。
一般而言，金属电极的膜厚为10～25μm，金属栅线的宽度为150～250 μm。
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背电场技术：
为防止在衬底的背面附近由于载流子的复合引起效率的减少，在背面实现与衬底同类型的高浓度掺杂的太阳能电池。例如在p-Si衬底背面进行铝合金掺杂，在背面形成p-p+高低结势垒，即存在背电场。
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由于背面的高低结势垒与硅片正面形成的p-n结势垒方向一致，能够提高电池的开路电压；另外，高低结势垒对p区少子-电子有阻挡和反射作用，既减少了背表面之复合作用，又提高了pn结对光生少子的收集几率，也能提高电池的短路电流。
背电场技术是一项极为有效的措施，它对高电阻率衬底的硅太阳能电池效率的提高更为明显。太阳能电池的转换效率可达15%-20%左右。
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减反射技术：
硅对入射太阳光的反射损失高达30%以上。为了提高转换效率，就必须减少反射损失。
第一类是采用减反膜技术。硅太阳能电池常用的单层减反膜有SiO2 、Ta2O5 、TiOx等。双层减反膜可以用Ta2O5、TiO2等薄膜。减反膜的制备一般采用物理气相沉积（PVD)，或化学气相沉积(CVD)等技术。
减反膜的厚度，为1/4波长时，两束反射光“光程差”就为1/2波长，发生反射的两束反射光抵消 。
在照射光的能量不变的前提下， 增透膜减少反射光的光强（能量） 根据能量守恒，透射光的能量必然增加。例如用TaOx和MgF2的双层减反膜，光学反射损失可减少到4%。
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第二类是在硅片的进光面上，采用各向异性化学腐蚀，制得特殊表面结构：如绒面、微槽面等。下图是绒面结构和V型槽结构的示意图。
绒面或V型槽结构是用化学腐蚀方法在电池表面上得到许多有极小（1-2微米）的金字塔状或V型的凹凸层，在这种微结构表面上，入射光受表面第一次反射后，又得到第二次入射进硅衬底的机会，提高了光能利用率。