太陽能電池板原理和製作

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.太陽能是人類的最好能源，它取之不盡用之不竭並且可以再生的特性決定了它必將成為人類最廉價和實用的能源。太陽能電池板是清潔能源，沒有任何環境汙染。

大陽能光電近些年發展很快，是最具活力的研究領域，也是最受矚目的專案之一。

製作太陽能電池板的方法主要是以半導體材料為基礎，其工作原理是利用光電材料吸收光能後發生光電於轉換反應，根據所用材料的不同，可分為：矽基太陽能電池和薄膜太陽能電池，今天主要給大家講矽基太陽能電池板。

一、矽太陽能電池板

1．矽太陽能電池工作原理與結構圖

太陽能電池發電的原理主要是半導體的光電效應，一般的半導體主要結構如下：

圖中，正電荷表示矽原子，負電荷表示圍繞在矽原子旁邊的四個電子。

當矽晶體中摻入其他的雜質，如硼、磷等，當摻入硼時，矽晶體中就會存在著乙個空穴，它的形成可以參照下圖：

圖中，正電荷表示矽原子，負電荷表示圍繞在矽原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子，因為硼原子周圍只有3個電子，所以就會產生入圖所示的藍色的空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩定，容易吸收電子而中和，形成p（positive）型半導體。

同樣，摻入磷原子以後，因為磷原子有五個電子，所以就會有乙個電子變得非常活躍，形成n（negative）型半導體。黃色的為磷原子核，紅色的為多餘的電子。如下圖。

p型半導體中含有較多的空穴，而n型半導體中含有較多的電子，這樣，當p型和n型半導體結合在一起時，就會在接觸面形成電勢差，這就是pn結。

當p型和n型半導體結合在一起時，在兩種半導體的交介面區域裡會形成乙個特殊的薄層)，介面的p型一側帶負電，n型一側帶正電。這是由於p型半導體多空穴，n型半導體多自由電子，出現了濃度差。n區的電子會擴散到p區，p區的空穴會擴散到n區，一旦擴散就形成了乙個由n指向p的「內電場」，從而阻止擴散進行。

達到平衡後，就形成了這樣乙個特殊的薄層形成電勢差，這就是pn結。

當晶元受光後，pn結中，n型半導體的空穴往p型區移動，而p型區中的電子往n型區移動，從而形成從n型區到p型區的電流。然後在pn結中形成電勢差，這就形成了電源。(如下圖所示）

由於半導體不是電的良導體，電子在通過p－n結後如果在半導體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部塗上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產生，因此一般用金屬網格覆蓋p－n結（如圖梳狀電極），以增加入射光的面積。

另外矽表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。為此，科學家們給它塗上了一層反射係數非常小的保護膜（如圖），實際工業生產基本都是用化學氣相沉積沉積一層氮化矽膜，厚度在1000埃左右。將反射損失減小到5％甚至更小。

乙個電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，於是人們又將很多電池（通常是36個）併聯或串聯起來使用，形成太陽能光電板。

2．矽太陽能電池的生產流程

通常的晶體矽太陽能電池是在厚度350～450μm的高質量矽片上製成的，這種矽片從提拉或澆鑄的矽錠上鋸割而成。

上述方法實際消耗的矽材料更多。為了節省材料，目前製備多晶矽薄膜電池多採用化學氣相沉積法，包括低壓化學氣相沉積（lpcvd）和等離子增強化學氣相沉積（pecvd）工藝。此外，液相外延法（lppe）和濺射沉積法也可用來製備多晶矽薄膜電池。