单晶硅的制备及其在太阳能电池中的运用Word文档格式.docx

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所属院系物理科学与技术系

专业年级物理学2班

指导教师

2015年5月

摘要

本文研究单晶硅材料的制备及其在太阳能电池中的运用。

制造太阳能电池的半导体材料已知的就有十几种，因此太阳电池的种类也很多。

硅材料分为单晶硅、多晶硅、铸造硅以及薄膜硅等许多形态。

虽然形态不一制作方法不尽相同，但是实现的目的是一样的。

都是尽可能多的将太阳光的光能转化为电能，硅是地球上储藏最丰富的元素之一。

目前作为单晶硅的制备方法分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ），并且这两种方法是工业上运用最广的方法。

从多晶硅中提炼出单晶,然后通过拉硅单晶棒、切割得到单晶硅圆片,再经过刻蚀,最后生产成太阳能电池组件。

生产过程大致可分为五个步骤：

（a）提纯过程（b）拉棒过程（c）切片过程（d）制电池过程（e）封装过程。

本文就单晶硅的制备和在太阳能电池中的运用略作讨论。

本文中提高单晶硅太阳能电池的绒面工艺及电化学刻蚀工艺的原理及应用于太阳能电池中对效率所带来的影响的研究。

单晶硅太阳能电池,是以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池，是当前开发得最快的一种太阳能电池。

它的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。

采用的来提高单晶硅太能电池效率的各种理论研究，首先采用了电化学刻蚀工艺和绒面工艺两者对太阳能电池效率的影响，从理论上的结果来看采用两者工艺结合所形成的抗反射层可以使太阳能电池的平均反射率降到2％，并进一步研究了在电化学刻蚀中各种参数对太阳能电池表面形貌的影响。

此外，论文还提出了另一种制备纳米硅抗反射层的方法及其在太阳能电池中的抗反射效果，研究发现这种制各纳米硅抗反射层的方法十分简单，且能够取得十分优异的降低反射率的效果，并且采用结合绒面工艺的纳米硅工艺所制得抗反射膜可以使得太阳能电池表面的反射率降到1％左右，甚至优于电化学刻蚀工艺和绒面工艺两者的结合。

关键词：

单晶硅；

单晶太阳能电池；

绒面工艺；

电化学刻蚀工艺：

环境保护

Abstract

Thispaperstudiesthepreparationofsinglecrystalsiliconmaterialsanditsuseinsolarcells.Semiconductormaterialstomakesolarcellsknowntohaveadozen,sotherearemanytypesofsolarcells.Siliconmaterialisdividedintomonocrystallinesilicon,polycrystallinesilicon,castingsiliconandsiliconthinfilmsandmanyotherforms.Althoughdifferentformmethodisnotthesame,buttheimplementationofthepurposeisthesame.Isasmuchasthesun'

sraysoflightenergyintoelectricity,zochralskimethod（CZ）,zonemeltingmethod（FZ）,andthetwomethodsisthemostwidelyusedinindustry.Derivedfrompolycrystallinesiliconsinglecrystal,andthenisobtainedbydrawingheavilysb-dopedsiliconrods,cuttingsinglecrystalsiliconwafers,thenafteretching,thefinalproductionintosolarmodules.Theproductionprocesscanberoughlydividedintofivesteps:

（a）（b）pullrodspurificationprocess（c）（d）batterysliceprocess（e）encapsulationprocess.Inthispaper,thepreparationofsinglecrystalsiliconandbrieflydiscusstheapplicationinsolarcells.

Inthisarticleimprovesuedetechnologyofmonocrystallinesiliconsolarcellsandtheprincipleofelectrochemicaletchingprocessandappliedinsolarcellsinthestudyoftheeffectsofefficiency.Monocrystallinesiliconsolarcells,andisofhighpuritysiliconrodsforrawmaterialsofsolarcells,andisthefastestdevelopmentofasolarcell.Itsstructureandproductionprocesshastofinalizethedesign,Inaddition,thepaperalsoputsforwardamethodofpreparationofnanometersiliconantireflectionanditsantireflectiveeffectsinsolarcells,thestudyfoundthatthissystemeachnanosiliconantireflectionmethodisverysimple,andcanachievetheeffectofthelowerreflectivityareexcellent,andthecombinationofsuedeprocesstechnologyofnanometersiliconwaspreparedbyantireflectivefilmcanmakethesolarcellsurfacereflectivitytoaround1%,orevenbetterthantheelectrochemicaletchingprocessandsuedeprocessacombinationofboth.

Keywords:

Singlecrystalsilicon;

Solarcell;

Surfacetechnology;

Electrochemicaletching;

Nanosilicaantireflectivelayer

目录

中文摘要I

英文摘要II

目录III

第一章引言1

1.1单晶硅材料简介1

1.2单晶硅的物理性质2

1.3单晶硅的化学性质3

1.4单晶硅的两种制备方法4

第二章单晶硅在太阳能电池中的运用4

2.1单晶硅太阳电池制备方法9

2.2单晶硅太阳电池制备方法的优化10

第三章提高单晶硅太能电池效率的方法研究11

3.1单晶硅太阳能电池的特点12

3.2用模拟的理论研究手段研究单晶硅太阳能电池的转换效率13

3.3单晶硅广泛应用于太阳能电池制造工业进行展望15

第四章单晶硅太阳电池制备与环境保护研究16

4.1单晶硅太阳电池制备与环境保护16

第五章结语17

参考文献18

谢辞19

第一章引言

1.1　单晶硅材料的简介

单晶硅（Monocrystallinesilicon）。

可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位。

随着今天光伏技术和微半导体逆变器技术飞速发展，太阳能电池用硅单晶生产可直接将太阳能转化为光能，实现绿色能源革命。

现在，太阳能光伏发电站外有成熟的理论阶段，逐步过渡道实际应用阶段，单晶硅太阳能的使用将蔓延到整个世界，市场需求是不言而喻的。

单晶硅产品包括单晶硅圆形棒、片及方形棒、片，适合各种半导体、电子类产品的生产需要，其产品质量经过当前世界上最先进的检测仪器进行检验，达到世界先进水平。

用途是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。

其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。

由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。

单晶硅可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位。

在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。

虽然从目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，就必须提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本。

1.2　单晶硅材料的物理性质

硅是地球上储藏最丰富的材料之一，从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。

直到上世纪60年代开始，硅材料就取代了原有锗材料。

硅材料――因其具有耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件的特性而成为应用最多的一种半导体材料，集成电路半导体器件大多数是用硅材料制造的。

熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。

单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。

超纯的单晶硅是本征半导体。

在超纯单晶硅中掺入微量的ⅢA族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成P型硅半导体；

如掺入微量的ⅤA族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成N型硅半导体。

图

（一）单晶硅材料

1.3单晶硅的化学性质

单晶硅，英文，Monocrystallinesilicon。

是硅的单晶体。

具有基本完整的点阵结构的晶体。

不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。

纯度要求达到99.9999%，甚至达到99.9999999%以上。

用于制造半导体器件、太阳能电池等。

用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。

单晶硅具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随着温度升高而增加，具有半导体性质。

单晶硅是重要的半导体材料。

在超纯单晶硅中掺入微量的ⅢA族元素，如硼可提高其导电的程度