第三章矽太陽電池工藝
製造矽太陽電池包括擴散制結、製作電極和減反射膜三個主要工序。太陽電池與其他半導體器件的主要區別是需要乙個大面積的淺結實現能量轉換。電極用來輸出電能，減反射膜的作用是使電池輸出功率進一步提高。
為使電池成為有用的器件，電池製造工藝中還包括除去背結和腐蝕周邊兩個輔助工序。一般說來，結特性是影響電池光電轉換效率最主要的因素，電極除影響電效能外，還關係到矽太陽電池的可靠性和壽命長短問題。
矽太陽電池的製造工藝流程如圖3-1。各工序之間還有檢驗專案。
我國研究、生產矽太陽電池有我國的特點，某些工藝方法，如塗源法擴散，鋁-銀電極、真空蒸鍍和化學鍍相結合的電極等，是適應我國具體條件而形成的。本章介紹目前國內製造常規矽太陽電池通用的工藝及原理，同時簡要介紹了國內外較先進的製造工藝。
§3.1矽材料的選擇
矽片是製造太陽電池的基本材料，它是由單晶矽棒用切片機切割得到。矽材料的原始性質在很大程度上決定了產品電池的效能。
單晶矽由工業矽（或稱冶金矽）提純成高純多晶矽後製得。石英砂在電爐中用碳還原的方法冶煉得到工業矽，其純度一般為95~99%，所含的主要雜質為fe、al、ca、mg等。由工業矽制得矽的鹵化物（如三氯矽烷，四氯化矽），通過還原劑（如h2、zn）還原成元素矽，沉積的微小矽粒形成很多個晶核，並且不斷增多長大，最後長成整個棒狀（或針狀、塊狀）多晶體。
習慣上把這種還原沉積出的高純矽棒叫做多晶矽。
多晶矽經過區熔法（fz）和坩堝直拉法（cg）製成單晶矽棒。區熔法是利用分凝現象，在沒有坩堝盛裝的情況下，高頻感應加熱多晶矽棒的區域性產生乙個熔區，並使這個熔區定向移動，由此來提純、摻雜，並獲得單晶矽。區熔法的特點是能提高純度，減少含氧量及晶體缺陷。
直拉法是將多晶矽在石英坩堝中加熱熔化，用一小塊稱作籽晶的單晶體矽與熔融矽接觸，然後一面旋轉一面從熔體中拉出，使液體矽沿籽晶這個結晶中心和結晶方向生長出完整的單晶體。在太陽電池應用的材料中，目前大多採用直拉法製造的單晶矽。
一般說來，除了**成本和**難易外，根據不同用途，可從以下幾個方面選用矽材料。
1、 導電型別
在兩種導電型別的半導體矽中，p型矽通常用硼為摻雜元素，用以製成n+/p型矽太陽電池；n型矽用磷或砷作摻雜元素，用以製成p+/n型矽太陽電池。這兩種太陽電池的各項效能引數大致相當，但n+/p型電池當初的耐輻照效能優於p+/n型電池，更適合於空間應用。從目前國內外矽太陽電池生產的情況來看，多數採用p型矽材料。
這是基於n+/p型電池在空間的應用及其傳統的生產歷史，也由於該種材料易得。地面應用以降低成本為主，兩種型別的材料均可選用。
2、 電阻率
矽的電阻率與摻雜濃度有關。就太陽電池而言，矽材料電阻率的範圍相當寬廣，比如0.1~50ω·cm甚至更大範圍，都可選用。
但是，由矽太陽電池的原理知道，在一定範圍內，電池的開路電壓隨著矽基體電阻率下降（即摻雜濃度的增加）而增加。圖3-2給出了目前用各種基體電阻率材料製成的n+/p型電池的最高開路電壓。材料電阻率較低（即摻雜濃度較高）時，能得到較高的開路電壓，短路電流則略低，總的轉換效率較高。
所以，地面應用傾向於採用零點幾至2ω·cm的材料，以獲得高的轉換效率。更低的電阻率，反而使開路電壓降低，並且導致填充因數下降；而且，當電阻率小於0.3ω·cm時，短路電流有很快下降的趨勢。
電阻率較高的矽片（通常為10~20ω·cm）製成帶背表面電場的n+/p/p+或p+/n/n+型電池，則可以獲得與低阻電池相似的開路電壓。這種所謂高阻加背場的制法，已在高效率矽太陽電池中經常採用。空間應用時必須考慮太陽電池的耐輻照能力。
型矽基體電阻率為10ω·cm製成的n+/p型電池，以獲得任務末期較高的最終功率。關於輻照損傷的詳細討論已在第二章中述及。
3、 晶向、位錯、壽命
一般要求單晶沿（111）晶向生長，切割下的矽片表面與（111）單晶平行。除了某些特殊情況外，晶向要求不十分嚴格。製造絨面太陽電池需要晶向為（100）的單晶矽片。
在不要求太陽電池有很高的轉換效率的場合下，位錯密度和少子壽命不作嚴格要求。製造高效率太陽電池所用材料要求較嚴。
4、 形狀、尺寸、厚度
空間應用的矽太陽電池都為方形，以減少組合方陣的表面積。隨著製造工藝的不斷改進，向大面積、薄厚度、高效率方向發展。目前標準的電池尺寸是2×2cm2或2×4cm2等，基體厚度為0.
2mm左右。據此加上加工餘量，以確定矽片毛坯的初始尺寸。對於地面應用，為了充分利用材料，應使用圓片或六角形片，其厚度為工藝處理上允許的最薄程度。
矽太陽電池最初是在空間得到大量應用，主要注意力集中在高可靠性、高功率輸出及高抗輻照能力。隨著太陽電池應用的重點由空間轉向地面，成本成為推廣應用的最大障礙。矽片質量直接影響成品電池的效能，它的**在很大程度上決定了成品電池的成本。
選擇矽片時，質量和**都是必須要重點考慮的因素。空間應用側重於前者，地面應用則在保證質量的前提下把後者放在首位。人們首先想到的降低矽片成本的方法是增加材料的利用率。
這包括使用圓片，較薄的厚度，減少切片刀口的損失、以及製造更大直徑的矽棒等等。
大幅度降低材料成本的關鍵在於材料的製造方法。為了能與其它能源競爭，一般要求矽太陽電池的轉換效率不低於10%。達到這一要求實際上並不需要使用半導體級矽。
因此有人主張研製和生產太陽電池級矽，它的純度在工業矽和半導體級矽之間，主要是控制對電池效能有害的雜質（如fe、v、ti、cr、zn等）的含量。關於保證電池效率為10%的雜質允許含量，國外尚在研究階段，沒有明確的結論。
為了降低電池成本，人們還在研究單晶帶矽和多晶矽的應用。據認為，這兩種材料是很有前途的，將在第六章中詳細論述。
一般說來，太陽電池級單晶矽、單晶帶矽、多晶矽的電池製造工藝與常規電池的製造工藝大體相同。
§3.2矽片的表面準備
選定矽片後，矽片的表面準備是製造矽太陽電池的第一步主要工序，它包括矽片的化學清洗和表面腐蝕。化學清洗是為了除去沾汙在矽片上的各種雜質；表面腐蝕的目的是除去矽片表面的切割損傷，獲得適合制結要求的矽表面。制結前矽表面的性質和狀態強烈地影響結特性，從而影響成品太陽電池的效能，故應十分重視。
§3.2.1 矽片的化學清洗
1、 矽片表面可能沾汙的雜質
矽片表面可能沾汙的雜質大致可歸納為三類：
（1） 油脂、松香、蠟等有機物質；
（2） 金屬、金屬離子及各種無機化合物；
（3） 塵埃以及其它可溶性物質。
2、 幾種常用化學清洗劑的去汙作用
（1） 硫酸熱的濃硫酸對有機物有強烈的脫水碳化作用。熱的濃硫酸除了能溶解許多活潑金屬及其氧化物外，還能溶解不活潑的銅，並能與銀作用，生成溶於水的硫酸銀，但是不能與金作用。
（2） 王水王水具有極強的氧化性、腐蝕性和強酸性，在清洗中主要利用它的強氧化性。王水不僅能溶解活潑金屬、氧化物等，而且幾乎能溶解所有不活潑金屬如銅、銀以及金、鉑等。
王水能溶解金等不活潑金屬是由於王水溶液中生成了氧化能力很強的初生態氯[cl]和氯化亞硝醯nocl：
hno3+3hcl=nocl+2[cl]+2h2o
它們能把金氧化成為三氯化金。王水中含有大量的鹽酸，它與三氯化金形成穩定的可溶性絡化物。
（3） 酸性和鹼性過氧化氫溶液鹼性過氧化氫清洗液（又稱ⅰ號清洗液）是由去離子水、含量為30%的過氧化氫和含量為25%的濃氨水混合而成，它們的體積比為：水：雙氧水：
氨水=5:1:1到5:
2:1。
酸性過氧化氫清洗液（又稱ⅱ號清洗液）是由去離子水、30%過氧化氫和37%濃鹽酸按比例混合而成，它們的體積比為水：雙氧水：鹽酸=6:1:1到8:2:1。
ⅰ號和ⅱ號清洗液，一般應在75~85℃下進行清洗，時間為10~20min，然後用去離子水沖洗乾淨。也有人認為ⅰ號液煮沸即可，ⅱ號液煮沸數分鐘為宜。實踐證明，這類清洗液的效果良好。
它們清洗作用的主要原理是基於過氧化氫的強氧化性，有機物和無機雜質被氧化而除去。同時，由於在這類清洗液中還加有絡合劑（如氨水、鹽酸），對一些難氧化的金屬以及其它難溶物質，可通過與絡合劑作用，形成穩定的可溶性絡化物而除去。
以上幾種清洗液，實際上常配合使用以取得更好效果。矽片的一般清洗順序是：先用有機溶劑（如甲苯等）初步去油，再用熱的濃硫酸去除殘留的有機和無機雜質，矽片經表面腐蝕後，再用熱王水或ⅰ號、ⅱ號清洗液徹底清洗，在每種清洗液洗後都用去離子水漂洗乾淨。
§3.2.2 矽片的表面腐蝕
矽片經過熱濃硫酸初步清洗去汙後，接著進行表面腐蝕，在腐蝕液中每面蝕去約50μm，其作用是去除表面的切片機械損傷，暴露出晶格完整的矽表面。腐蝕後的矽片還需再清洗。腐蝕液有酸性和鹼性兩類。
1、 酸腐蝕法
硝酸和氫氟酸混合液是腐蝕矽最廣泛採用的腐蝕液。濃硝酸和氫氟酸的體積比一般為10:1到2:1。硝酸的作用是使單質矽氧化為二氧化矽，其反應式如下：
3si+4hno3=3sio2+2h2o+4no↑
矽表面被氧化後形成非常緻密的二氧化矽薄膜，並對矽起保護作用。腐蝕液中由於氫氟酸的存在，使二氧化矽膜溶解，其反應式如下：
sio2+6hf=h2[sif6]+2h2o
生成的絡合物六氟矽酸是溶入水的。這樣矽就被腐蝕了。矽的腐蝕速度與硝酸和氫氟酸的比例，以及腐蝕液的溫度和矽片轉速有關。
為了均勻腐蝕，通常保持一定轉速。為了控制腐蝕速度，可以在腐蝕液中加入醋酸作緩衝劑，並使矽表面光亮。常用的酸性腐蝕液配方有：
硝酸：氫氟酸：醋酸=5:3:3或5:1:1或6:1:1
實驗表明，在各種情況下，對於電阻率範圍為0.05~78ω·cm的p型矽和n型矽，腐蝕速度沒有差別。
2、 鹼腐蝕法
矽能與氫氧化鈉、 氫氧化鉀等鹼的溶液起作用，生成矽酸鹽並放出氫氣，因此，鹼溶液也可以用作腐蝕液，化學反應如下：
si+2naoh+h2o=na2sio3+2h2↑
出於經濟上的考慮，通常用較廉價的氫氧化鈉溶液。為了加快腐蝕速度，須將鹼溶液加熱煮沸或接近沸點。圖3-3給出了100℃下不同氫氧化鈉溶液濃度對（100）晶向矽片的腐蝕速率。
知識剛要第三章透鏡及其應用
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第三章透鏡及其應用知識歸納總結
四 眼睛和眼鏡 眼睛 眼睛中晶狀體和角膜的共同作用相當於凸透鏡，它把來自物體的光會聚在視網膜上，形成物體的像。視網膜上的視神經細胞受到光的刺激，把訊號傳輸給大腦。看遠處物體時，睫狀肌放鬆，晶狀體比較薄 焦距長，偏折弱 看近處物體時，睫狀肌收縮，晶狀體比較厚 焦距短，偏折強 近視的表現 能看清近處的物...
第三章透鏡及其應用知識點
透鏡及其應用知識點填空2010 3 15 1.凸透鏡中間厚，邊緣薄，對光線有會聚作用，可以作為遠視鏡片使用。2.凹透鏡中間薄，邊緣厚，對光線有發散作用，可以作為近視鏡片使用。4.凸透鏡成像的兩個轉折點 二倍焦距處為放大實像與縮小實像的轉折點 焦點處為實像與虛像的轉折點。5.凸透鏡成像時 實像都是倒立...