晶體矽太陽電池已經成為當今光伏工業的主流，隨著單晶矽、多晶矽太陽電池工廠的新近投資，這種作用還將持續下去[1]。從2023年chapin，fuller和pearson研製成功矽pn結太陽電池以來，這一利用p-n 結光伏效應工作的器件經過半個世紀的改進和演變，發展成為具有多種幾何結構和相應的製造流程的一類太陽電池產品。到目前為止，儘管被稱為「第二代光伏器件」的薄膜太陽（cdte、cis、非晶矽、微晶矽、多晶矽、矽-鍺合金）電池也取得了進展，但在短期內仍然無法替代晶體矽太陽電池。
關於太陽電池的基本特性，hovel已作出了全面的論述[2]。我們按照太陽電池的器件結構、矽p-n結太陽電池的基本工作原理到一般的製造工藝流程的順序進行介紹。
晶體矽太陽電池的基本結構見圖1.，它由擴散法在表面形成的淺pn結，正面歐姆接觸柵格電極，覆蓋於整個背面的歐姆接觸電極以及正面減反射膜構成。
圖1. 矽pn結太陽電池基本結構圖2. pert太陽電池結構
高效率晶體矽太陽電池則有著更為複雜的結構和製造流程，如鈍化發射極太陽電池pesc (passivated emitter solar cell) ，鈍化發射極和背面太陽電池perc (passivated emitter and rear cell)，鈍化發射結背面點接觸太陽電池perl (passivated emitter, rear locally-diffused) cells，鈍化發射極背面全擴散太陽電池pert (passivated emitter, rear totally-diffused) cells，具有本徵層的(a-si)/ (c-si)異質結太陽電池(hittm電池)，傾斜蒸發電極mis-n+p 太陽電池oeco（obliquely-evaporated-contact），v型機械刻槽埋柵電極太陽電池(buried contact solar cell with v-grooved su***ce)，背面接觸電極太陽電池(backside contact solar cell)等等。這些高效率晶體矽太陽電池，主要特點是充分考慮到引起光電轉換效率損失的因素，在器件結構上進行了仔細的設計。圖2.
、 圖3.所示分別為pert太陽電池、 perl太陽電池結構。
圖3. perl太陽電池結構圖4.絲網印刷電極太陽電池結構
目前商業化生產的大多數晶體矽太陽電池，採用2023年代開發出的絲網印刷電極結構，見圖4。這種結構的太陽電池具有製造過程簡單，裝置產能較高的優點。缺點是採用絲網印刷的正面電極在解決金屬—半導體接觸電阻和pn結的光電特性以及遮光問題之間不能令人滿意。
雷射刻槽埋柵電極太陽電池，見圖5，是澳大利亞新南威爾斯大學光伏研究中心martin a. green教授及其研究團組，在2023年代將實驗室高效晶體矽太陽電池技術低成本應用於商業生產的乙個範例。這種太陽電池的優點是正面兼有輕摻雜的受光區域和重摻雜的電極接觸區域（雷射刻槽），因此，在改善金屬—半導體接觸電阻時，不必犧牲正面受光區域的pn結光電特性，同時可以最大限度地減小電極的遮光面積。
缺點是裝置產能較低。
圖3. 雷射刻槽埋柵電極太陽電池結構圖4. 絲網印刷選擇性發射極示意
絲網印刷選擇性發射極太陽電池，在器件結構上與雷射刻槽埋柵電極太陽電池相似，在製造工藝上更加簡化，電極接觸的「重」摻雜區和接收光照的「輕」摻雜區使用絲網印刷磷漿在一次擴散步驟中形成，見圖4.。
太陽發出的輻射能來自核聚變反應。每秒鐘約有6×1011kg的h2轉變為he，淨質量損失約為4×103kg，這一質量損失通過愛因斯坦關係（e=mc2）轉變為4×1012j的能量。此能量主要作為從紫外到紅外和無線電頻段（0.
2至3μm）的電磁輻射發射出去。太陽的總質量目前約為2×1030kg，估計有近乎恆定輻射能輸出的相當穩定的壽命要超過100億年。
在日—地平均距離的自由空間內的同樣輻射強度定義為太陽常數，其值[4][5]為1353w/m2。當陽光到達地表時，大氣層要使陽光減弱，主要原因是在紅外波段的水汽吸收，紫外波段的臭氧層吸收，以及受飛塵和懸浮微粒的散射。大氣層對地表處接收到的陽光的影響程度定義為「大氣質量」。
太陽與天頂夾角的正割（secθ）稱為大氣質量，用以度量大氣層路程與太陽正當頂時最短路程的相對值。
圖5.示出了與太陽光譜輻照度[5]（單位波長單位面積的功率）相關的四條曲線。上部的曲線代表地球大氣層以外的太陽光譜，是大氣質量為零的狀態（am0）。
此狀態可用5800k的黑體近似。am0譜是與人造衛星和宇宙飛船應用相關的光譜。am1譜代表太陽位於天頂時地表的陽光；入射功率約為925w/m2。
am2譜是對於θ=60而言的，其入射功率約為691w/m2。
大氣質量1.5的狀態（太陽與地平線成45°角）代表地面應用的滿意的加權能量平均值。am1.
5情形單位時間單位面積的單位能量光子數[6]示於圖6.，圖中還一併示出am0的情形。為了將波長轉變成光子能量，我們應用了下述關係
1）am1.5情形的總入射功率為844 w/m2。
圖5. 與太陽光譜相關的四條曲線（引自thekaekara 的參考文獻[5]）
圖6. 在am0和am1.5狀態的太陽光譜與光子能量的關係及相關半
導體材料的帶隙、理論光電轉換效率（引自henry的參考文獻[6]）
要進行太陽能發電，還必須了解在不同地點預計全年有多少太陽能。
當波長為λ的單色光入射到太陽電池正面時，光電流和光譜響應（在各波長下每個入射光子所收集的載流子數）可推導如下。在距半導體表面x處的電子—空穴對產生率示於圖8.（a），表示式可以寫成：
2）圖8. （a）對於長波和短波光，電子—空穴對產生率與到半導體表面距離的關係。（b）太陽電池尺寸和少數載流子擴散長度。（c）太陽電池的假設突變摻雜分布。
式中為吸收係數，為單位頻寬每cm2每s的入射光子數，為這些光子的表面反射率[2]。矽的光吸收係數見圖9.。
圖9. 晶體矽的光吸收係數
在小注入條件下，對p型半導體中的電子，一維穩態連續性方程為
3）對n型半導體中的空穴，為
4）電流密度方程為
5）6）
對於結每側為恆定摻雜的突變p—n結太陽電池，在圖8.（b）和（c）耗盡區以外沒有電場，在有n型正面和p型底面的p-n結的情形，可將方程（2）、（4）、（6）聯立解得到接上側的表示式：
7）此方程的一般解為
8）式中，，為擴散長度。
有兩個邊界條件。在表面，有復合速度為的表面復合：
9）在耗盡層邊緣，因受耗盡區電場的作用，過剩載流子密度很低：
在處10）
在方程（8）中代入這些邊界條件，得到空穴密度為
11）最終得到耗盡區邊緣的空穴光電流密度為
12）假定該p-n結太陽電池的正面區域在壽命、遷移率和摻雜濃度等方面都是均勻的，在給定波長下，這一光電流就可以從電池的正面被收集到。
為了求得從電池底面收集到的電子光電流，要採用方程式（2）、（3）、（5），其邊界條件為：
在處13）
在處14）
式中，w為耗盡層寬度，h為整個電池的寬度。
方程（13）說明，在耗盡層邊緣，過剩少數載流子密度接近於零，而方程（14）說明，背表面復合在歐姆接觸處發生。
引用這些邊界條件後，在均勻摻雜p型底面的電子分布為
15）在耗盡區邊緣處被收集到的電子所產生的光電流為16）
1晶體矽太陽電池的基本原理和製造工藝流程
晶體矽太陽電池已經成為當今光伏工業的主流，隨著單晶矽 多晶矽太陽電池工廠的新近投資，這種作用還將持續下去 1 從1954年chapin，fuller和pearson研製成功矽pn結太陽電池以來，這一利用p n 結光伏效應工作的器件經過半個世紀的改進和演變，發展成為具有多種幾何結構和相應的製造流程的一...
太陽電池的工作原理和基本特性
1.1 半導體物理基礎 1.1.1 半導體的性質 世界上的物體如果以導電的效能來區分，有的容易導電，有的不容易導電。容易導電的稱為導體，如金 銀 銅 鋁 鉛 錫等各種金屬 不容易導電的物體稱為絕緣體，常見的有玻璃 橡膠 塑料 石英等等 導電性能介於這兩者之間的物體稱為半導體，主要有鍺 矽 砷化鎵 硫...
1銑削和車削的工藝基本原理
第一節數控工具機概述 一 數控工具機的特點 1.加工精密度高，產品質量穩定 2.適用範圍廣 3.生產效率高 4.勞動強度低 5.有利於生產管理 6.有利於產品的更新改型。二 數控工具機所涉及的主要技術 1.精密機械技術 2.計算機及資訊處理技術 3.自動控制論和伺服驅動技術 4.精密檢測和感測技術 ...