第一章太陽(yáng)電池的工作原理和基本特性半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)半導(dǎo)體的性質(zhì)世界上的物體如果以導(dǎo)電的性能來區(qū)分，有的容易導(dǎo)電，有的不容易導(dǎo)電。容易導(dǎo)電的稱為導(dǎo)體，如金、銀、銅、鋁、鉛、錫等各種金屬；不容易導(dǎo)電的物體稱為絕緣體，常見的有玻璃、橡膠、塑料、石英等等；導(dǎo)電性能介于這兩者之間的物體稱為半導(dǎo)體，主要有錯(cuò)、硅、碎化稼、硫化鎘等等。眾所周知，原子是由原子核及其周圍的電子構(gòu)成的，一些電子脫離原子核的束縛，能夠自由運(yùn)動(dòng)時(shí)，稱為自由電子。金屬之所以容易導(dǎo)電，是因?yàn)樵诮饘袤w內(nèi)有大量能夠自由運(yùn)動(dòng)的電子，在電場(chǎng)的作用下，這些電子有規(guī)則地沿著電場(chǎng)的相反方向流動(dòng)，形成了電流。自由電子的數(shù)量越多，或者它們?cè)陔妶?chǎng)的作用下有規(guī)則流動(dòng)的平均速度越高，電流就越大。電子流動(dòng)運(yùn)載的是電量，我們把這種運(yùn)載電童的粒子，稱為載流子。在常溫下，絕緣體內(nèi)僅有極少量的自由電子，因此對(duì)外不呈現(xiàn)導(dǎo)電性。半導(dǎo)體內(nèi)有少量的自由電子,在一些特定條件下才能導(dǎo)電。半導(dǎo)體可以是元素，如硅(Si)和豬(Ge),也可以是化合物，如硫化鎘(OCLS)和碎化諫(GaAs),還可以是合金，如GaxAL-As,其中x為0~1之間的任意數(shù)。許多有機(jī)化合物，如恵也是半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的電阻率較大(約1而金屬的電阻率則很小10-?10-??m),絕緣體的電阻率則很大(約P?10e??ta)o半導(dǎo)體的電阻率對(duì)溫度的反應(yīng)靈敏，例如豬的溫度從20°C升高到30匕電阻率就要降低一半左右。金屬的電阻率隨溫度的變化則較小，例如銅的溫度每升高100°C,P增加40%左右。電阻率受雜質(zhì)的影響顯著。金屬中含有少量雜質(zhì)時(shí)，看不出電阻率有多大的變化，但在半導(dǎo)體里摻入微量的雜質(zhì)時(shí)，卻可以引起電阻率很大的變化，例如在純硅中摻入百萬分之一的硼，硅的電阻率就從2?14?10$??m減小到0.004??m左右。金厲的電阻率不受光照影響，但是半導(dǎo)體的電阻率在適當(dāng)?shù)墓饩€照射下可以發(fā)生顯著的變化。能帶結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性半導(dǎo)體的許多電特性可以用一種簡(jiǎn)單的模型來解釋。硅是四價(jià)元素，每個(gè)原子的最外殼層上有4個(gè)電子，在硅晶體中每個(gè)原子有4個(gè)相鄰原子，并和每一個(gè)相鄰原子共有兩個(gè)價(jià)電子，形成穩(wěn)定的8電子殼層。自由空間的電子所能得到的能量值基本上是連續(xù)的，但在晶體中的情況就可能截然不同了，孤立原子中的電子占據(jù)非常固定的一組分立的能線，當(dāng)孤立原子相互靠近，規(guī)則整齊排列的晶體中，由于各原子的核外電子相互作用，本來在孤立原子狀態(tài)是分離的能級(jí)擴(kuò)展,根據(jù)情況相互重疊，變成如圖2.1所示的帶狀。電子許可占據(jù)的能帶叫允許帶，允許帶與允許帶間不許可電子存在的范圍叫禁帶。圖2.1原子間距和電子能級(jí)的關(guān)系在低溫時(shí)，晶體內(nèi)的電子占有最低的可能能態(tài)。但是晶體的平衡狀態(tài)并不是電子全都處在最低允許能級(jí)的一種狀態(tài)。基本物理定理一泡利(Pauli)不相容原理規(guī)定，每個(gè)允許能級(jí)最多只能被兩個(gè)自旋方向相反的電子所占據(jù).這意味著，在低溫下，晶體的某一能級(jí)以下的所有可能能態(tài)都將被兩個(gè)電子占據(jù)，該能級(jí)稱為費(fèi)米能級(jí)(Er).隨著溫度的升高，一些電子得到超過費(fèi)米能級(jí)的能量，考慮到泡利不相容原理的限制，任一給定能量E的一個(gè)所允許的電子能態(tài)的占有幾率可以根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律計(jì)算，其結(jié)果是由下式給出的費(fèi)米一狄拉克分布函數(shù)f(E),即現(xiàn)在就可用電子能帶結(jié)構(gòu)來描述金屬、絕緣體和半導(dǎo)體之間的差別。電導(dǎo)現(xiàn)象是隨電子填充允許帶的方式不同而不同。被電子完全占據(jù)的允許帶(稱為滿電場(chǎng)E

帶）上方，隔著很寬的禁帶，存在完全空的允許帶（稱為導(dǎo)帶），這時(shí)滿帶的電子即使加電場(chǎng)也不能移動(dòng).所以這種物質(zhì)便成為絕緣體。允許帶不完全占滿的情況下，電子在很小的電場(chǎng)作用下就能移動(dòng)到離允許帶少許上方的另一個(gè)能級(jí),成為自由電子，而使電導(dǎo)率變得很大,這種物質(zhì)稱為導(dǎo)體。所謂半導(dǎo)體，即是天然具有和絕緣體一樣的能帶結(jié)構(gòu)，但禁帶寬度較小的物質(zhì)。在這種情況下，滿帶的電子獲得室溫的熱能，就有可能越過禁帶跳到導(dǎo)帶成為自由電子，它們將有助于物質(zhì)的導(dǎo)電性。參與這種電導(dǎo)現(xiàn)象的滿帶能級(jí)在大多數(shù)情況下位于滿帶的最高能級(jí)，因此可將能帶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為圖2.2。另外，因?yàn)檫@個(gè)滿帶的電子處于各原子的最外層，是參與原子間結(jié)合的價(jià)電子，所以又把這個(gè)滿帶稱為價(jià)帶。圖中省略了導(dǎo)帶的上部和價(jià)帶的下部。半導(dǎo)體結(jié)晶在相鄰原子間存在著共用價(jià)電子的共價(jià)鍵。如圖2.2所示，一旦從外部獲得能量，共價(jià)鍵被破壞后，電子將從價(jià)帶躍造到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶中留出電子的一個(gè)空位。這個(gè)空位可由價(jià)帶中鄰鍵上的電子來占據(jù)，而這個(gè)電子移動(dòng)所留下的新的空位又可以由其它電子來填補(bǔ)。這樣，我們可以看成是空位在依次地移動(dòng).等效于帶正電荷的粒子朝著與電子運(yùn)動(dòng)方向相反的方向移動(dòng)，稱它為空穴。在半導(dǎo)體中，空穴和導(dǎo)帶中的自由電子一樣成為導(dǎo)電的帶電粒子（即載流子）。電子和空穴在外電場(chǎng)作用下，朝相反方向運(yùn)動(dòng)，但是由于電荷符號(hào)也相反，因此，作為電流流動(dòng)方向則相同，對(duì)電導(dǎo)率起迭加作用。圖2.2半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)和載流子的移動(dòng)2.2本征半導(dǎo)體、摻雜半導(dǎo)體圖2.2所示的能帶結(jié)構(gòu)中，當(dāng)禁帶寬度Eg比較小的情況下，隨著溫度上升，從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶的電子數(shù)增多，同時(shí)在價(jià)帶產(chǎn)生同樣數(shù)目的空穴。這個(gè)過程叫電子一空穴對(duì)的產(chǎn)生，把在室溫條件下能進(jìn)行這樣成對(duì)的產(chǎn)生并具有一定電導(dǎo)率的半導(dǎo)體叫本征半導(dǎo)體，它只能在極純的材料情況下得到的。而通常情況下，由于半導(dǎo)體內(nèi)含有雜質(zhì)或存在品格缺陷，作為自由裁流子的電子或空穴中任意一方增多，就成為摻雜半導(dǎo)體。存在多余電子的稱為n型半導(dǎo)體，存在多余空穴的稱為P型半導(dǎo)體。雜質(zhì)原子可通過兩種方式摻入晶體結(jié)構(gòu)：它們可以擠在基質(zhì)晶體原子間的位置上，這種情況稱它們?yōu)殚g隙雜質(zhì)；另一種方式是，它們可以替換基質(zhì)晶體的原子，保持晶體結(jié)構(gòu)中的有規(guī)律的原子排列，這種情況下，它們被稱為替位雜質(zhì)。7IIII周期表中m族和V族原子在硅中充當(dāng)替位雜質(zhì)，圖2?3示出一個(gè)V族雜質(zhì)（如磷）替換了一個(gè)硅原子的部分晶格。四個(gè)價(jià)電子與周圍的硅原子組成共價(jià)鍵，但第五個(gè)卻處于不同的情況，它不在共價(jià)鍵內(nèi)，因此不在價(jià)帶內(nèi)，它被束縛于V族原子，所7IIIIIIIIII圖2.3—個(gè)V族原子替代了一個(gè)硅原子的部分硅晶格以不能穿過晶格自由運(yùn)動(dòng)，因此它也不在導(dǎo)帶內(nèi)。可以預(yù)期，與束縛在共價(jià)鍵內(nèi)的自由電子相比，釋放這個(gè)多余電子只須較小的能量，比硅的帶隙能量l.leV小得多。自由電子位于導(dǎo)帶中，因此束縛于V族原子的多余電子位于低于導(dǎo)帶底的能量為E?的地方，如圖（格P28圖2.13（a）所示那樣。這就在“禁止的”晶隙中安置了一個(gè)允許的能級(jí)，IH族雜質(zhì)的分析與此類似。例如，把V族元素（Sb,As,P）作為雜質(zhì)摻入單元素半導(dǎo)體硅單晶中時(shí)，這

圖2.4(a)V族曾位雜質(zhì)在禁帶中引入的允許能級(jí)(b)m族雜質(zhì)的對(duì)應(yīng)能態(tài)些雜質(zhì)替代硅原子的位置進(jìn)入晶格點(diǎn)。它的5個(gè)價(jià)電子除與相鄰的硅原子形成共價(jià)鍵外，還多余1個(gè)價(jià)電子，與共價(jià)鍵相比，這個(gè)剩余價(jià)電子極松弛地結(jié)合于雜質(zhì)原子。因此，只要雜質(zhì)原子得到很小的能量，就可以釋放出電子形成自由電子，而本身變成1價(jià)正離子，但因受晶格點(diǎn)陣的束縛，它不能運(yùn)動(dòng)。這種情況下，形成電子過剩的11型半導(dǎo)體。這類可以向半導(dǎo)體提供自由電子的雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)。其能帶結(jié)構(gòu)如圖2?5所示。在?n型半導(dǎo)體中，除存在從這些施主能級(jí)產(chǎn)生的電子外，還存在從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶的電子。由于這個(gè)過程是電子-空穴成對(duì)產(chǎn)生的，因此，也存在相同數(shù)目的空穴.我們把數(shù)量多的電子稱為多數(shù)載流子，將數(shù)量少的空穴稱為少數(shù)載流子。圖2.5n圖2.5n型半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)圖2.6p型半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)把DI族元素(B、Al.Ga.In)作為雜質(zhì)摻入時(shí)，由于形成完整的共價(jià)鍵上缺少一個(gè)電子。所以，就從相鄰的硅原子中奪取一個(gè)價(jià)電子來形成完整的共價(jià)鍵。被奪走的電子留下一個(gè)空位，成為空穴。結(jié)果，雜質(zhì)原子成為1價(jià)負(fù)離子的同時(shí)，提供了束縛不緊的空穴。這種結(jié)合用很小的能量就可以破壞，而形成自由空穴，使半導(dǎo)體成為空穴過剩的P型半導(dǎo)體,可以接受電子的雜質(zhì)原子稱為受主雜質(zhì)。其能帶結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。這種情況下，多數(shù)裁流子為空穴，少數(shù)載流子為電子。上述的例子都是由摻雜形成的n型或P型半導(dǎo)體，因此稱為摻雜半導(dǎo)體。但為數(shù)很多的化合物半導(dǎo)體，根據(jù)構(gòu)成元素某種過剩或不足，有時(shí)導(dǎo)電類型發(fā)生變化。另外，也有由于構(gòu)成元素蒸氣壓差過大等原因，造成即使摻入雜質(zhì)有時(shí)也得不到n、P兩種導(dǎo)電類型的情況。半導(dǎo)體處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，多數(shù)裁流子和少數(shù)載流子的濃度各自達(dá)到平衡值。因某種原因，少數(shù)載流子一旦超過平衡值，就將發(fā)生與多數(shù)載流子的復(fù)合，企圖恢復(fù)到原來的平衡的狀態(tài)。設(shè)電子濃度為m空穴濃度為》則空穴濃度隨時(shí)間的變化率由電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合之差給出下式：dp/dt=g—rpn(2.1)電一空穴對(duì)的產(chǎn)生幾率g是由價(jià)帶中成為激發(fā)對(duì)象的電子數(shù)和導(dǎo)帶中可允許占據(jù)的能級(jí)數(shù)決定。然而，空穴少于導(dǎo)帶的允許能級(jí)時(shí)，不依賴于載流子數(shù)而成為定值。復(fù)合率正比于載流子濃度n與p的乘積，比例系數(shù)r表示復(fù)合幾率。平衡狀態(tài)時(shí)dp/dt=O,由此可導(dǎo)出pn==常數(shù)(2.2)它意味著多數(shù)載流子濃度和少數(shù)載流子濃度的乘積為確定值。這個(gè)關(guān)系式也適用于本征半導(dǎo)體，可得到PZ=用=g〃(2?3)根據(jù)量子理論和量子統(tǒng)計(jì)理論可以得到式中，k-玻耳茲曼常數(shù);(2.4)

式中，k-玻耳茲曼常數(shù);(2.4)h一朗克常數(shù)；m：——電子有效質(zhì)量；—空穴有效質(zhì)量；T—帥舷；Ev—價(jià)帶頂能量；Ec——導(dǎo)帶底能量；Nv—價(jià)帶頂?shù)挠行B(tài)密度Nc——導(dǎo)帶底的有效態(tài)密度假如知道半導(dǎo)體的禁帶亮度Eg,就可以很容易地計(jì)算出本征裁流子濃度。費(fèi)米能級(jí)在描述半導(dǎo)體的能級(jí)圖上是重要的參量。所謂費(fèi)米能級(jí)，即為電子占據(jù)幾率為1/2處的能級(jí)，可根據(jù)半導(dǎo)體電中性條件求出，即自由空穴濃度+電離施主濃度=自由電子濃度+電離受主濃度(2.5)費(fèi)米能級(jí)在本征半導(dǎo)體中幾乎位于禁帶中央，而在n型半導(dǎo)體中靠近導(dǎo)帶。在P型半導(dǎo)體中靠近價(jià)帶。同時(shí)費(fèi)米能級(jí)將根據(jù)摻雜濃度的不同，發(fā)生如圖2.6所示的變化。例如,n型半導(dǎo)體中設(shè)施主濃度為N“可給出：Ec-Ef"Tin本征Ec-Ef"Tin本征圖2.6費(fèi)米能級(jí)與雜質(zhì)濃度的關(guān)系P型半導(dǎo)體中設(shè)受主濃度為N“則可給出：N?-瓦"Tin才(2.7)a如果知道了雜質(zhì)濃度就可以通過計(jì)算求得費(fèi)米能級(jí).載流子的傳輸一、漂移在外加電場(chǎng)r的影響下，一個(gè)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的自由電子在與電場(chǎng)相反的方向上有一個(gè)加速度a=C/m,在此方向上，它的速度隨時(shí)間不斷地增加。晶體內(nèi)的電子處于一種不同的情況,它運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量不同于自由電子的質(zhì)量，它不會(huì)長(zhǎng)久持續(xù)地加速，最終將與晶格原子.雜質(zhì)原子或晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)的缺陷相碰撞。這種碰撞將造成電子運(yùn)動(dòng)的雜亂無章，換句話說，它將降低電子從外加電場(chǎng)得到附加速度，兩次碰撞之間的“平均”時(shí)間稱為弛豫時(shí)間3由電子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速度來決定。此速度通常要比電場(chǎng)給與的速度大得多，在兩次碰撞之間由電場(chǎng)所引起的電子平均速度的增量稱為漂移速度。導(dǎo)帶內(nèi)電子的漂移速度由下式得出：(2.8)(如果仁是對(duì)所有的電子速度取平均，則去掉系數(shù)2)。電子載流子的遷移率定義為:(2-9)來自導(dǎo)帶電子的相應(yīng)的電流密度將是(2.10)幾=q叫=qg(2.10)對(duì)于價(jià)帶內(nèi)的空穴，其類似公式為幾=（叫1疋（2?id總電流就是這兩部分的和。因此半導(dǎo)體的電導(dǎo)率?為1j“、b=—=三=qg+qPhP（2.12）P§其中?是電阻率。對(duì)于結(jié)晶質(zhì)量很好的比較純的半導(dǎo)體來說，使載流子速度變得素亂的碰撞是由晶體的原子引起的。然而，電離了的摻雜劑是有效的散射體，因?yàn)樗鼈儙в袃綦姾伞Ｒ虼耍S著半導(dǎo)體摻雜的加重，兩次碰撞間的平均時(shí)間以及遷移率都將降低。當(dāng)溫度升高時(shí)，基體原子的振動(dòng)更劇烈，它們變?yōu)楦蟮摹鞍小保瑥亩档土藘纱闻鲎查g的平均時(shí)間及遷移率。重?fù)诫s時(shí)，這個(gè)影響就得不太顯著，因?yàn)榇藭r(shí)電離了的摻雜劑是有效的載流子的散射體。電場(chǎng)強(qiáng)度的提高，最終將使載流子的漂移速度增加到可與無規(guī)則熱速度相比。因此，電子的總速度歸根結(jié)底將隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的増加而增加。電場(chǎng)的增加使碰撞之間的時(shí)間及遷移率減小了。二、擴(kuò)散除了漂移運(yùn)動(dòng)以外，半導(dǎo)體中的載流子也可以由于擴(kuò)散而流動(dòng)。象氣體分子那樣的任何粒子過分集中時(shí)，若不受到限制，它們就會(huì)自己散開。此現(xiàn)象的基本原因是這些粒子的無規(guī)則的熱速度。粒子流與濃度梯度的負(fù)值成正比。因?yàn)殡娏髋c荷電粒子流成正比，所以對(duì)應(yīng)于電子的一維濃度梯度的電流密度是je=qDe~Y~（2.13）ax其中D?是擴(kuò)散常數(shù)。同樣對(duì)于空穴，有Jh=—qDh（2.14）dx從根本上講，漂移和擴(kuò)散兩個(gè)過程是有關(guān)系的，因而，遷移率和擴(kuò)散常數(shù)不是獨(dú)立的，它們通過愛因斯坦關(guān)系相互聯(lián)系，即kTkT0=—和$=—兒（2?⑸qqkT/q是在與太陽(yáng)電池有關(guān)的關(guān)系式中經(jīng)常出現(xiàn)的參數(shù)，它具有電壓的量綱，室溫時(shí)為26mv。半導(dǎo)體晶體的吸光程度由光的頻率?和材料的禁帶寬度所決定。當(dāng)頻率低、光子能量h?比半導(dǎo)體的禁帶寬度E,小時(shí)，大部分光都能穿透；隨著頻率變高，吸收光的能力急劇增強(qiáng)。吸收某個(gè)波長(zhǎng)？的光的能力用吸收系數(shù)？（h?）來定義。半導(dǎo)體的光吸收由各種因素決定，這里僅考慮到在太陽(yáng)電池上用到的電子能帶間的躍遷。一?禁帶寬度越寬，對(duì)某個(gè)波長(zhǎng)的吸收系數(shù)就越小。除此以外，光的吸收還依賴于導(dǎo)帶、價(jià)帶的態(tài)密度。光為價(jià)帶電子提供能量，使它躍遷到導(dǎo)帶，在躍遷過程中，能量和動(dòng)量守恒，對(duì)沒有聲子參與的情況，即不伴隨有動(dòng)量變化的躍遷稱為直接躍遷，其吸收過程的形式示于圖2.7,而伴隨聲子的躍遷稱為間接躍遷，其吸收躍遷過程示于圖2.8。圖2.7直接帶陳半導(dǎo)體的能量一晶體動(dòng)量圖圖2.8間接帶陳半導(dǎo)體的能量一晶體動(dòng)量圖硅屬于間接躍遷類型，其吸收系數(shù)上升非常平緩，所以在太陽(yáng)光照射下，光可到達(dá)距表面207m以上相當(dāng)深的地方，在此還能產(chǎn)生電子一空穴對(duì)。與此相反，對(duì)直接躍遷型材料GaAs,在其禁帶寬度附近吸收系數(shù)急劇增加，對(duì)能量大于禁帶寬度的光子的吸收緩慢增加,此時(shí)，光吸收和電子一空穴對(duì)的產(chǎn)生，大部分是在距表面2?m左右的極薄區(qū)域中發(fā)生。簡(jiǎn)言之，制造太陽(yáng)電池時(shí)，用直接躍遷型材料，即使厚度很薄，也能充分的吸收太陽(yáng)光，而用間接躍遷型材料，沒有一定的厚度，就不能保證光的充分吸收。但是作為太陽(yáng)電池必要的厚度,并不是僅僅由吸收系數(shù)來決定的，與少數(shù)載流子的壽命也有關(guān)系，當(dāng)半導(dǎo)體摻雜時(shí)，吸收系數(shù)將向高能量一側(cè)發(fā)生偏移。由于一部分光在半導(dǎo)體表面被反射掉，因此，進(jìn)入內(nèi)部的光實(shí)際上等于扣除反射后所剩部分。為了充分利用太陽(yáng)光，應(yīng)在半導(dǎo)體表面制備絨面和減反射層，以減少光在其表面的反射損失。載流子的復(fù)合一馳豫到平衡適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射在半導(dǎo)體上會(huì)產(chǎn)生電子一空穴對(duì)。因此，光照射時(shí)材料的載流子濃度將超過無光照時(shí)的值。如果切斷光源，則載流子濃度就衰減到它們平衡時(shí)的值。這個(gè)衰減過程通稱為復(fù)合過程。下面將介紹幾種不同的復(fù)合機(jī)構(gòu)。二輻射復(fù)合輻射復(fù)合就是光吸收過程的逆過程。占據(jù)比熱平衡時(shí)更高能態(tài)的電子有可能躍遷到空的低能態(tài)，其全部（或大部分）初末態(tài)間的能童差以光的方式發(fā)射。所有已考慮到的吸收機(jī)構(gòu)都有相反的輻射復(fù)合過程。由于間接帶隙半導(dǎo)體需要包括聲子的兩級(jí)過程，所以輻射復(fù)合在宜接帶隙半導(dǎo)體中比間接帶隙半導(dǎo)體中進(jìn)行得快。總的輻射復(fù)合速率恥與導(dǎo)帶中占有態(tài)（電子）的濃度和價(jià)帶中未占有態(tài)（空穴）的濃度的乘積成正比，即(2.16)Rr=(2.16)式中，B對(duì)給定的半導(dǎo)體來說是一個(gè)常數(shù)。由于光吸收和這種復(fù)合過程之間的關(guān)系，由半導(dǎo)體的吸收系數(shù)能夠計(jì)算出B。熱平衡時(shí)，即np=n?時(shí)，復(fù)合率由數(shù)目相等但過程相反的產(chǎn)生率所平衡。在不存在由外部激勵(lì)源產(chǎn)生載流子對(duì)的情況下，與上式相對(duì)應(yīng)的凈復(fù)合率Ui由總的復(fù)合率減去熱平衡時(shí)的產(chǎn)生率得到，即UR=BUR=B(np-n；)(2.17)對(duì)任何復(fù)合機(jī)構(gòu)，都可定義有關(guān)載流子壽命(對(duì)電子)和(對(duì)空穴)它們分別為(2.18)式中，U為凈復(fù)合率，？11和?p是相應(yīng)載流子從它們熱平衡時(shí)的值no和a的擾動(dòng)。對(duì)?n=?p的輻射復(fù)合機(jī)構(gòu)而言，由式(2.17)確定的特征壽命是So血;So血;Go+Po)(2.19)硅的B值約為2?10"lscm7so正如前面所說的直接帶隙材料的復(fù)合壽命比間接帶隙材料的小得多。利用GaAs及其合金為材料的商用半導(dǎo)體激光器和光發(fā)射二極管就是以輻射復(fù)合過程作為基礎(chǔ)的。但對(duì)硅來說，其它的復(fù)合機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)比這重要得多。三、俄歇復(fù)合在俄歇(Auger)效應(yīng)中，電子與空穴復(fù)合時(shí)，將多余的能量傳給第二個(gè)電子而不是發(fā)射光。圖2?9示出了這個(gè)過程。然后，第二個(gè)電子通過發(fā)射聲子弛豫回到它初始所在的能級(jí)。俄歇復(fù)合就是更熟悉的碰撞電離效應(yīng)的逆過程。對(duì)具有充足的電子和空穴的材料來說,與俄歇過程有關(guān)的特征壽命?分別是-=Cup+Dn2或丄=Cnp+Dp2(2.20)TT在每種情況下，右邊的第一項(xiàng)描述少數(shù)載流子能帶的電子激發(fā)，第二項(xiàng)描述多數(shù)載流子能帶的電子激發(fā)。由于第二項(xiàng)的影響，高摻雜材料中俄歇復(fù)合尤其顯著。對(duì)于高質(zhì)量硅，摻雜濃度大于時(shí)，俄歇復(fù)合處于支配地位。圖2.9俄歇復(fù)合過程多余的能量傳給導(dǎo)帶中的電子多余的能址傳給價(jià)帶中的電子四、通過陷阱的復(fù)合前面已指出，半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷會(huì)在禁帶中產(chǎn)生允許能級(jí)。這些峽陷能級(jí)引起一種很有效的兩級(jí)復(fù)合過程。如圖2.10(a)所示，在此過程中，電子從導(dǎo)帶能級(jí)弛豫到缺陷

能級(jí)，然后再弛豫到價(jià)帶，結(jié)果與一個(gè)空穴復(fù)合。允許能極能級(jí)，然后再弛豫到價(jià)帶，結(jié)果與一個(gè)空穴復(fù)合。允許能極圖2.10(a)通過半導(dǎo)體禁帶中的陷阱能級(jí)的兩級(jí)復(fù)合過程(b)在半導(dǎo)體表面位于禁帶中的表面態(tài)對(duì)此過程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析可得，通過陷阱的凈復(fù)合一產(chǎn)生率Ut可寫為np-用np-用%(刃+心)+皿+戸)(2.21)式中，？B0和九是壽命參數(shù)，它們的大小取決于陷阱的類型和陷阱缺陷的體密度，m和R是分析過程中產(chǎn)生的參數(shù)，此分析過程還引入一個(gè)復(fù)合速率與陷阱能E,的關(guān)系式：(E,-Ec(E,-Ec[kT(2.22)(2.23)式(2.22)在形式上與用費(fèi)米能級(jí)表示電子濃度的公式很相似。如果?s和?bo數(shù)量級(jí)相同，可知當(dāng)ih血時(shí)，U有其峰值。當(dāng)缺陷能級(jí)位于禁帶間中央附近時(shí)，就出現(xiàn)這種情況。因此，在帶隙中央引入能級(jí)的雜質(zhì)是有效的復(fù)合中心。五、表面復(fù)合表面可以說是晶體結(jié)構(gòu)中有相當(dāng)嚴(yán)重缺陷的地方。如圖2.10(b)所示，在表面處存在許多能量位于禁帶中的允許能態(tài)。因此由上面所敘述的機(jī)構(gòu)，在表面處，復(fù)合很容易發(fā)生。單能級(jí)表面態(tài)每單位面積的凈復(fù)合率U,具有與2.21類似的形式，即(2.24)s°°sjw-(2.24)SsG+nJ+Sjp+pJ式中S“和S”是表面復(fù)合速度。位于帶隙中央附近的表面態(tài)能級(jí)也是最有效的復(fù)合中心.半導(dǎo)體器件物理學(xué)基本方程前面幾節(jié)中已經(jīng)槪述了半導(dǎo)體的有關(guān)特性，這些內(nèi)容現(xiàn)在將被歸納為一組能描述半導(dǎo)體器件工作的基本方程。這些方程的解使我們能夠確定包括太陽(yáng)電池在內(nèi)的大部分半導(dǎo)體器件的理想特性。忽略其余兩維空間的變化，方程組將寫成一維的形式。1、泊松方程它描述了電場(chǎng)散度與空間電荷密度?之間的關(guān)系，在一維情況下，其形式為：空=2(2.25)clx&式中?是介電常數(shù)。？為電荷密度。在半導(dǎo)體中，？值為p=q(p-n+-N；)(2.26)

式中，p和n是空穴和電子的濃度，和：V分別是己電離的施主和受主的濃度。在正常情況下，大部分施主和受主都被電離，因此TV：?Nd(2.27)式中Nd和皿為施主和受主雜質(zhì)的總濃度。2、電流密度方程電子和空穴通過漂移和擴(kuò)散過程可對(duì)電流作出貢獻(xiàn)。因此，電子和空穴的總電流密度Je和Jh的表達(dá)式為2Je=qpen4+qDe2Jh=q“hi疋—qDh遷移率和擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系由愛因斯坦關(guān)系式[De=(kT/q)?e和DRkT/q)?h]確定。3、連續(xù)方程圖2?11推導(dǎo)電子連續(xù)方程用的單元體積參看圖2.11中長(zhǎng)為?x、橫截面枳為A的單元體枳，可以說這個(gè)體積中電子的凈增加幾率等于它們進(jìn)入的速率減去它們出去的速率，加上該體積中它們的產(chǎn)生率，減去它們的復(fù)合率，寫成方程為：進(jìn)入速率一出去速率=△{—[-人(x+&)]}=△綸&(2.29)qqdx產(chǎn)生率一復(fù)合率=A5,.(G—U)(2.30)式中G是由于外部作用(如光照)所一引起的凈產(chǎn)生率，U是凈復(fù)合率。在穩(wěn)態(tài)情況下，凈增加率必須為0,這樣就有-^=U-G(2.31)qdx同樣，對(duì)于空穴有丄羋=_(t/_G)(2.32)qdx4、方程組由上述方程，我們可得到應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的基本方程組：￥=+(P_h+Nd_NJJ<.=qg比+淪牛幾=(1山1疋一qDh%(2.33)斗U—G1qax丄羋=_(〃_G)qax利用計(jì)算機(jī)，通過引入一些考慮周詳?shù)慕铺幚恚赡軜O簡(jiǎn)單地就可求得這些方程的解。在一塊半導(dǎo)體晶體內(nèi)，P型和n型緊接在一起時(shí)，將它們交界處稱為pn結(jié)。當(dāng)p型，n型單獨(dú)存在時(shí)，費(fèi)米能級(jí)如圖2.12(a)所示，分別位于介帶和導(dǎo)帶附近.一旦形成pn結(jié)，由于結(jié)兩邊的電子和空穴的濃度不同，電子就強(qiáng)烈地要從n區(qū)向p區(qū)擴(kuò)散，空穴則要向相反方向擴(kuò)散，其結(jié)果在n型一邊出現(xiàn)正電荷，在p型一邊出現(xiàn)負(fù)電荷,上型.導(dǎo)帶+?+十卜+?能主能型

費(fèi)款腿級(jí)/二二=丄一吐主施級(jí)(姿沁獨(dú)夕/價(jià)常嗨遂絵猙冷.爭(zhēng)帶z受主能圾費(fèi)米能圾.爭(zhēng)帶z受主能圾費(fèi)米能圾三1施主能圾(a)空間電荷區(qū)(b>這兩種電荷層在半導(dǎo)體內(nèi)部建立了一個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)反過來又在結(jié)處產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部電位降，阻擋了電子和空穴的進(jìn)一步擴(kuò)散，包含這兩種電荷層的空間稱為耗盡區(qū)或空間電荷區(qū)。通過這個(gè)空間電荷區(qū)的作用，使費(fèi)米能級(jí)成同一水平，達(dá)到平衡狀態(tài)。圖2.12(b)表示pn結(jié)的能帶圖及從P區(qū)向n區(qū)變化的空間電荷區(qū)。內(nèi)建電場(chǎng)從n區(qū)指向p區(qū)，形成勢(shì)壘。在平衡狀態(tài)下，由于擴(kuò)散，從p區(qū)越過勢(shì)壘向n區(qū)移動(dòng)的空穴數(shù)目等同于空間電荷區(qū)附近n區(qū)中由于熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的少數(shù)載流子空穴在空間電荷區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下漂移到p區(qū)的數(shù)目，因此沒有電流流過。對(duì)于電子也可做同樣的論述。在pn結(jié)上加偏置電壓時(shí)，由于空間電荷區(qū)內(nèi)沒有載流子(又稱為耗盡區(qū))形成高阻區(qū)，因此，電壓幾乎全部跨落在空間電荷區(qū)上。當(dāng)外加電壓使得p區(qū)為正時(shí)，勢(shì)壘高度減小,空穴從P區(qū)向n區(qū)的移動(dòng)以及電子從n區(qū)向p區(qū)的移動(dòng)變得容易，在兩個(gè)區(qū)內(nèi)有少數(shù)載流子注入，因此電流容易流動(dòng)(稱為正向)。當(dāng)外加電壓使得n區(qū)為正時(shí)，勢(shì)壘高度增加，載流子的移動(dòng)就變得困難，幾乎沒有電流流過(此時(shí)稱為反向)。當(dāng)存在外加電壓時(shí)，空間電荷區(qū)的n區(qū)邊界和p區(qū)邊界的空穴濃度R及電子濃度①如下：當(dāng)加正向電壓時(shí)V>0,加反向電壓時(shí)V〈0。由于我們認(rèn)為外加電壓僅跨越在空間電荷區(qū)，所以可視為n區(qū)內(nèi)沒有電場(chǎng)，由空穴構(gòu)成的電流只是由于它的濃度梯度形成的擴(kuò)散電流。電流密度人為(2.35)(2.35)同樣，注入到P區(qū)的少數(shù)載流子電子的電流密度人為(2.36)(2.36)故總電流密度J為:(2.37)故總電流密度J為:(2.37)丿。=如"。牛+q%因加編壓V而產(chǎn)生的總電流是空穴電流與電子電流之和,(2.38)總電流密度J具有如圖2.13所示的整流特性。正向時(shí)，在電壓較人的區(qū)域，電流密度與exp(qV/kT)成正比：反向時(shí)則趨近于-J。。稱J。為飽和電流密度。1.2太陽(yáng)電池工作原理當(dāng)光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，光子將能量提供給電子，電子將躍遷到更高的能態(tài)，在這些電子中，作為實(shí)際使用的光電器件里可利用的電子有：價(jià)帶電子；自由電子或空穴(FreeCarrier)；存在于雜質(zhì)能級(jí)上的電子。太陽(yáng)電池可利用的電子主要是價(jià)帶電子。由價(jià)帶電子得到光的能量躍遷到導(dǎo)帶的過程決定的光的吸收稱為本征或固有吸收。太陽(yáng)電池能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)是結(jié)的光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光照射到pn結(jié)上時(shí)，產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，在半導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)附近生成的載流子沒有被復(fù)合而到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)建電場(chǎng)的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結(jié)果使n區(qū)儲(chǔ)存了過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴。它們?cè)趐n結(jié)附近形成與勢(shì)壘方向相反的光生電場(chǎng)。光生電場(chǎng)除了部分抵消勢(shì)壘電場(chǎng)的作用外,還使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，在N區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這就是光生伏特效應(yīng)。此時(shí)，如果將外電路短路，則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過，這個(gè)電流稱作短路電流，另一方面，若將PN結(jié)兩端開路，則由于電子和空穴分別流入N區(qū)和P區(qū),使N區(qū)的費(fèi)米能級(jí)比P區(qū)的費(fèi)米能級(jí)高，在這兩個(gè)費(fèi)米能級(jí)之間就產(chǎn)生了電位差Vaco可以測(cè)得這個(gè)值，并稱為開路電壓。由于此時(shí)結(jié)處于正向偏置，因此，上述短路光電流和二極管的正向電流相等，并由此可以決定Vx的值。太陽(yáng)電池是將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能的器件。它的基本構(gòu)造是由半導(dǎo)體的PN結(jié)組成。此外，異質(zhì)結(jié)、肖特基勢(shì)壘等也可以得到較好的光電轉(zhuǎn)換效率。本節(jié)以最普通的硅PN結(jié)太陽(yáng)電池為例，詳細(xì)地觀察光能轉(zhuǎn)換成電能的情況。首先研究使太陽(yáng)電池工作時(shí)，在外部觀測(cè)到的特性。圖2.14表示了無光照時(shí)典型的電流電壓特性（暗電流）。當(dāng)太陽(yáng)光照射到這個(gè)太陽(yáng)電池上時(shí)，將有和暗電流方向相反的光電流5流過。圖2.14無光照及光照時(shí)電流一電壓特性當(dāng)給太陽(yáng)電池連結(jié)負(fù)載R，并用太陽(yáng)光照射時(shí)，則負(fù)載上的電流h和電壓V；將由圖中有光照時(shí)的電流一電壓特性曲線與V二-IR表示的直線的交點(diǎn)來確定。此時(shí)負(fù)載上有PouFRI'h的功率消耗，它清楚地表明正在進(jìn)行著光電能量的轉(zhuǎn)換。通過調(diào)整負(fù)載的犬小，可以在一個(gè)最佳的工作點(diǎn)上得到最人輸出功率。輸出功率（電能）與輸入功率（光能）之比稱為太陽(yáng)電池的能量轉(zhuǎn)換效率。下面我們把目光轉(zhuǎn)到太陽(yáng)電池的內(nèi)部，詳細(xì)研究能量轉(zhuǎn)換過程。太陽(yáng)電池由硅pn結(jié)構(gòu)成，在表面及背面形成無整流特性的歐姆接觸。并假設(shè)除負(fù)載電阻R外，電路中無其它電阻成分。當(dāng)具有hv（eV）（hv?Ec,兔為硅的禁帶寬度）能量的光子照射在太陽(yáng)電池上時(shí)，產(chǎn)生電子一空穴對(duì)。由于光子的能量比硅的禁帶寬度人，因此電子被激發(fā)到比導(dǎo)帶底還高的能級(jí)處。對(duì)于P型硅來說，少數(shù)載流子濃度m極小（一般小于105/cm）,導(dǎo)帶的能級(jí)幾乎都是空的，因此電子又馬上落在導(dǎo)帶底。這時(shí)電子及空穴將總的hv-Eg（ev）的多余能量以聲子（晶格振動(dòng)）的形式傳給晶格。落到導(dǎo)帶底的電子有的向表面或結(jié)擴(kuò)散，有的在半導(dǎo)體內(nèi)部或表面復(fù)合而消失了。但有一部分到達(dá)結(jié)的載流子，受結(jié)處的內(nèi)建電場(chǎng)加速而流入n型硅中。在n型硅中，由于電子是多數(shù)載流子，流入的電子按介電馳豫時(shí)間的順序傳播，同時(shí)為滿足n型硅內(nèi)的載流子電中性條件，與流入的電子相同數(shù)目的電子從連接n型硅的電極流出。這時(shí)，電子失去相當(dāng)于空間電荷區(qū)的電位高度及導(dǎo)帶底和費(fèi)米能級(jí)之間電位差的能量。設(shè)負(fù)載電阻上每秒每立方厘米流入N個(gè)電子，則加在負(fù)載電阻上的電壓V二Q&二IR表示。由于電路中無電源，電壓V二IR實(shí)際加在太陽(yáng)電池的結(jié)上，即結(jié)處于正向偏置。一旦結(jié)處于正向偏置時(shí)，二極管電流I<Fl°[“p（q\7nkT）-1]朝著與光激發(fā)產(chǎn)生的載流子形成的光電流咕相反的方向流動(dòng)，因而流入負(fù)載電阻的電流值為I=~h=IPh-I0\e^）（qV/nkT）-1]（2.39）在負(fù)載電阻上，一個(gè)電子失去一個(gè)qV的能量，即等于光子能量hv轉(zhuǎn)換成電能qV。流過負(fù)

載電阻的電子到達(dá)P型硅表面電極處，在P型硅中成為過剩載流子，于是和被掃出來的空穴復(fù)合，形成光電流1.3太陽(yáng)電池的基本特性太陽(yáng)電池的短路電流等于其光生電流。分析短路電流的最方便的方法是將太陽(yáng)光譜劃分成許多段，每一段只有很窄的波長(zhǎng)范闈，并找出每一段光譜所對(duì)應(yīng)的電流，電池的總短路電流是全部光譜段貢獻(xiàn)的總和：〈=￡1(刃〃八上人⑷必=［：(1—尺(刃)曠(刃〃⑷必(2.40)Xo一一本征吸收波長(zhǎng)限R(X)表面反射率F(X)一一太陽(yáng)光譜中波長(zhǎng)為???+d?間隔內(nèi)的光子數(shù)。F(?)的值很人的程度上依賴于太陽(yáng)天頂角。作為表示F(?)分布的參數(shù)是AM(AirMass)oAM表示入射到地球大氣的太陽(yáng)直射光所通過的路程長(zhǎng)度，定義為(2.41)AM=一secZ(2.41)式中:bo一一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓b一一測(cè)定時(shí)的犬氣壓z—太陽(yáng)天頂距離一般情況下，b?b。，例如，AMI相當(dāng)于太陽(yáng)在天頂位置時(shí)的情況，AM2相當(dāng)于太陽(yáng)高度角為30?時(shí)的情況，AM0則表示在宇宙空間中的分布在實(shí)際的半導(dǎo)體表面的反射率與入射光的波長(zhǎng)有關(guān)，一般為30?50%。為防止表面的反射，在半導(dǎo)體表面制備折射率介于半導(dǎo)體和空氣折射率之間的透明薄膜層。這個(gè)薄膜層稱為減反射膜(Antir己flectivecoating)。設(shè)半導(dǎo)體、減反射膜、空氣的折射率分別為n：、m、n。，減反射膜厚度為山，則反射率R為(2.42)(2.42)式中:r：=(no-m)/(no+m)rp(ni-n：)/(m+n：)()二2nriidi/x—波長(zhǎng)顯然，減反射膜的厚度di為1/4波長(zhǎng)時(shí)，R為最小。即(2.43)(X=X)(2.43)一般在太陽(yáng)光譜的峰值波長(zhǎng)處，使得R變?yōu)樽钚。源藖頉Q定&的值。

以硅電池為例，因?yàn)樵诳梢姽庵良t外光范I制內(nèi)，硅的折射率為n=二3.4?4,0,使式(2.43)為零,則m的值(qjw,no=l)為1.8?m?2.0o設(shè)?二4800埃，則600埃?d：?667埃,滿足這些條件的材料一般可采用一氧化硅，在中心波長(zhǎng)處，反射率達(dá)到1%左右。由于制備了減反射膜，短路電流可以增加30?40%。此外，采用的減反射膜SiO2(m?l.5)、Aig(m?1.9)、SbO(m?1.9)、TO、Tq(m?2.25)。將具有不同折射率的氧化膜重疊二層，在滿足一定的條件下，就可以在更寬的的波長(zhǎng)范鬧內(nèi)減少折射率。此外也可以將表面加工成棱錐體狀的方法，來防止表面反射。3.2開路電壓當(dāng)太陽(yáng)電池處于開路狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)光電流的人小產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這就是開路電壓。在式(2.39)中，設(shè)I二0(開路)，IPh=Isc,則匕嚴(yán)也In[(人〃。)+1](2.44)q在可以忽略串聯(lián)、并聯(lián)電阻的影響時(shí)，Isc為與入射光強(qiáng)度成正比的值，在很弱的陽(yáng)光下,Isc?Io,因此(2.45)nkT仏在很強(qiáng)的陽(yáng)光下，Isc?Io,也inq也inqI。(2.46)由此可見，在較弱陽(yáng)光時(shí)，硅太陽(yáng)電池的開路電壓隨光的強(qiáng)度作近似直線的變化。而當(dāng)有較>二￡amEfc>二￡amEfc強(qiáng)的陽(yáng)光時(shí)，V°c則與入射光的強(qiáng)度的對(duì)數(shù)成正比。圖2?15表示具有代表性的硅和GaAs太陽(yáng)電池的坯與V°c之間的關(guān)系。Si與GaAs比較，因GaAs的禁帶寬度寬，故I。值比Si的小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，GaAs的Vx值比Si的高0.45伏左右。假如結(jié)形成的很好，禁帶寬度愈寬的半導(dǎo)體，V<x也愈大。圖2.15開路電壓與短路電流的關(guān)系為了描述電池的工作狀態(tài)，往往將電池及負(fù)載系統(tǒng)用一等效電路來模擬。在恒定光照

下，一個(gè)處于工作狀態(tài)的太陽(yáng)電池，其光電流不隨工作狀態(tài)而變化，在等效電路中可把它看作是恒流源。光電流一部分流經(jīng)負(fù)載Rl,在負(fù)載兩端建立起端電壓V,反過來它又正向偏置于p—n結(jié)二極管，引起一股與光電流方向相反的暗電流施，這樣，一個(gè)理想的PN同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的等效電路就被繪制成如圖2.16(a)所示。但是，由于前面和背面的電極和接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，基區(qū)和頂層都不可避免的要引入附加電阻。流經(jīng)負(fù)載的電流，經(jīng)過它們時(shí)，必然引起損耗。在等效電路中，可將它們的總效果用一個(gè)串聯(lián)電阻Rs來表示。由于電池邊沿的漏電和制作金屬化電極時(shí)，在電池的微裂紋、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本應(yīng)通過負(fù)載的電流短路，這種作用的人小可用一并聯(lián)電阻R%來等效。其等效電路就繪制成上圖2.16(b)的形式。其中暗電流等于總面積AT與九乘積，而光電流II為電池的有效受光面積壓與Jl的乘積，這時(shí)的結(jié)電壓不等于負(fù)載的端電壓，由圖可見匕=IRS+V(2.47)()人￥卜yo昭R.4=F-R.4=F-(b)圖2.16pn同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池等效電路(a)不考慮串并聯(lián)電阻(b)考慮串并聯(lián)電阻根據(jù)上圖就可以寫出輸出電流I和輸出電壓V之間的關(guān)系他?+心(2.48)他?+心(2.48)其中暗電流心應(yīng)為結(jié)電壓V：的函數(shù)，而V：又是通過式(2.47)與輸出電壓V相聯(lián)系的。當(dāng)負(fù)載Rl從0變化到無窮大時(shí)，輸出電壓V則從0變到Voc,同時(shí)輸出電流便從Isc變到0,由此得到電池的輸出特性曲線，如圖2.17所示。曲線上任何一點(diǎn)都可以作為工作點(diǎn),工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的縱橫坐標(biāo)，即為工作電流和工作電壓,其乘積P二IV為電池的輸出功率卩7

卩7圖2.17太陽(yáng)電池的輸出特性轉(zhuǎn)換效率表示在外電路連接最佳負(fù)載電阻R時(shí)，得到的最人能量轉(zhuǎn)換效率，其定義為即電池的最大功率輸出與入射功率之比，這里我們定義一個(gè)填充因子FF為(2.49)填充因子正好是「V曲線下最人長(zhǎng)方形面枳與乘積之比，所以轉(zhuǎn)換效率可表示為(2.50)太陽(yáng)電池的光譜響應(yīng)是指光電流與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系，設(shè)單位時(shí)間波長(zhǎng)為X的光入身到單位面積的光子數(shù)為?o（?）,表面反射系數(shù)為P（?）,產(chǎn)生的光電流為則光譜響應(yīng)SR（?）定義為SR(幾)=(2.SR(幾)=(2.51)其中Jl=Jlbik+Jl第金+Jl里區(qū)。理想吸收材料的光譜響應(yīng)應(yīng)該是：當(dāng)光子能量hv<E￡時(shí)，SR=0；hv況時(shí)，SR=lo載流子的擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的増高而增人，所以少數(shù)載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度也隨溫度的升高稍有增犬，因此，光生電流五也隨溫度的升高有所增加。但是隨溫度的升高是指數(shù)增犬,因而V*隨溫度的升高急劇下降。當(dāng)溫度升高時(shí)，I—V曲線形狀改變，填充因子下降，所以轉(zhuǎn)換效率隨溫度的增加而降低。作為人造衛(wèi)星和宇宙飛船的電源，太陽(yáng)電池已獲得了廣泛的應(yīng)用。但是在外層空間存在著高能粒子，如電子、質(zhì)子、？粒子等。高能粒子輻照時(shí)通過與晶格原子的碰撞，將能量傳給晶格，當(dāng)傳遞的能量人于某一閾值時(shí)，便使晶格原子發(fā)生位移，產(chǎn)生晶格缺陷，如填隙原子、空位、缺陷簇、空位一雜質(zhì)復(fù)合體等。這些缺陷將起復(fù)合中心的作用，從而降低少子壽命。人量研究工作表明，壽命參數(shù)對(duì)輻照缺陷最為靈敏，也正因?yàn)檩椪沼绊懥藟勖担瑥亩固?yáng)電池性能下降。1.4影響太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率的因素一、禁帶亮度Voc隨E的增人而增人，但另一方面，Jsc隨兔的增人而減小。結(jié)果是可期塑在某一個(gè)確定的匕隨處出現(xiàn)太陽(yáng)電池效率的峰值。隨溫度的增加，效率H下降。Isc對(duì)溫度T很敏感，溫度還對(duì)Voc起主要作用。對(duì)于Si,溫度每增加1?C,Vx下降室溫值的0.4%,?也因而降低約同樣的百分?jǐn)?shù)。例如，一個(gè)硅電池在20?C時(shí)的效率為20%,當(dāng)溫度升到120?C時(shí)，效率僅為12%。又如GaAs電池，溫度每升高1?C,Vcc降低1.7mv或降低0.2%o三、復(fù)合壽命希望載流子的復(fù)合壽命越長(zhǎng)越好，這主要是因?yàn)檫@樣做Isc大。在間接帶隙半導(dǎo)體材料如Si中，離結(jié)100九處也產(chǎn)生相當(dāng)多的載流子，所以希望它們的壽命能人于l?so在直接帶隙材料，如GaAs或Gd中，只要10ns的復(fù)合壽命就已足夠長(zhǎng)了。長(zhǎng)壽命也會(huì)減小暗電流并增大Voc。達(dá)到長(zhǎng)壽命的關(guān)鍵是在材料制備和電池的生產(chǎn)過程中，要避免形成復(fù)合中心。在加工

過程中，適當(dāng)而且經(jīng)常進(jìn)行工藝處理，可以使復(fù)合中心移走，因而延長(zhǎng)壽命。四、光強(qiáng)將太陽(yáng)光聚焦于太陽(yáng)電池，可使一個(gè)小小的太陽(yáng)電池產(chǎn)生出大量的電能。設(shè)想光強(qiáng)被濃縮了X倍，單位電池面積的輸入功率和Jsc都將增加X倍，同時(shí)y<x也隨著增加（kT/q）lnX倍。因而輸出功率的增加將人大超過X倍，而且聚光的結(jié)果也使轉(zhuǎn)換效率提高了。五、摻雜濃度及剖面分布對(duì)Vcc有明顯的影響的另一因素是摻雜濃度。雖然Nd和Na出現(xiàn)在J定義的對(duì)數(shù)項(xiàng)中，它們的數(shù)量級(jí)也是很容易改變的。摻雜濃度愈高，％愈高。一種稱為重?fù)诫s效應(yīng)的現(xiàn)象近年來已引起較多的關(guān)注，在高摻雜濃度卞，由于能帶結(jié)構(gòu)變形及電子統(tǒng)計(jì)規(guī)律的變化，所有方程中的Nd和N.都應(yīng)以（Nd）eff和（Na）心代替。如圖2.18o既然（叫）曲和（N.）旳顯現(xiàn)出峰值，那么用很高的Nd和Na不會(huì)再有好處，特別是在高摻雜濃度卞壽命還會(huì)減小。上圖（b）說明了這一點(diǎn)。圖2.18高摻雜效應(yīng)。隨摻雜濃度增加有效摻雜濃度飽和，甚至?xí)陆的壳埃赟i太陽(yáng)電池中，摻雜濃度人約為1016em-3,在直接帶隙材料制做的太陽(yáng)電池中約為10：'cm-3'為了減小串聯(lián)電阻，前擴(kuò)散區(qū)的摻雜濃度經(jīng)常高于10：9cm-3'因此重?fù)诫s效應(yīng)在擴(kuò)散區(qū)是較為重要的。當(dāng)Nd和凡或（Nd）皿和（凡）旳不均勻且朝著結(jié)的方向降低時(shí)，就會(huì)建立起一個(gè)電場(chǎng),其方向能有助于光生載流子的收集，因而也改善了Isco這種不均勻摻雜的剖面分布，在電池基區(qū)中通常是做不到的；而在擴(kuò)散區(qū)中是很自然的。六、表面復(fù)住率低的表面復(fù)合速率有助于提高咚，并由于I。的減小而使Voc改善。前表面的復(fù)合速率測(cè)量起來很困難，經(jīng)常被假設(shè)為無窮人。一種稱為背表面場(chǎng)（BSF）電池設(shè)計(jì)為，在沉積金屬接觸之前，電池的背面先擴(kuò)散一層P「附加層。圖2.19表示了這種結(jié)構(gòu)，在P/P+界面光NPP*金尿接臟光NPP*金尿接臟圖2.19背表面場(chǎng)電池。在P/P?結(jié)處的電場(chǎng)妨礙電子朝背表面流動(dòng)存在一個(gè)電子勢(shì)壘，它容易做到歐姆接觸，在這里電子也被復(fù)合，在P/P+界面處的復(fù)合速率可表示為

TOC\o"1-5"\h\zND+VV+Sn=—土—coth—（2.52）N：—厶+an+n+其中N；,DJ和LJ分別是P十區(qū)中的摻雜濃度、擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散長(zhǎng)度。如果、叮二0,則SF8,正如前面提到的。如果時(shí)與L「能比擬，且N+.?N.,則So可以估計(jì)零,Sa對(duì)Jsc、Voc和1｝的影響見圖2.20o當(dāng)S「?很小時(shí)，Jsc和耳都呈現(xiàn)出一個(gè)峰。0.560.54―Sn=30cni；sSn=l04cnVsJ—0.560.54―Sn=30cni；sSn=l04cnVsJ—14J—262422圖2.20背表面復(fù)合速率對(duì)電場(chǎng)參數(shù)的影響。注意，S=較小時(shí)，在某個(gè)電池厚度出現(xiàn)n峰七、串聯(lián)電阻在任何一個(gè)實(shí)際的太陽(yáng)電池中，都存在著串聯(lián)電阻，其來源可以是引線、金屬接觸柵或電池體電阻。不過通常情況卞，串聯(lián)電阻主要來自薄擴(kuò)散層。PN結(jié)收集的電流必須經(jīng)過表面薄層再流入最靠近的金屬導(dǎo)線，這就是一條存在電阻的路線，顯然通過金屬線的密布町以使串聯(lián)電阻減小。一定的串聯(lián)電阻Rs的影響是改變I—V曲線的位置。八、金屬柵和光反射在前表面上的金屬柵線不能透過陽(yáng)光。為了使段最人，金屬柵占有的面積應(yīng)最小。為了使Rs小，一般是使金屬柵做成又密又細(xì)的形狀。因?yàn)橛刑?yáng)光反射的存在，不是全部光線都能進(jìn)入Si中。裸Si表面的反射率約為40%。使用減反射腋町降低反射率。對(duì)于垂直地投射到電池上的單波長(zhǎng)的光，用一種厚為1/4波長(zhǎng)、折射率等于亦（n為Si的折射率）的涂層能使反射率降為零。對(duì)太陽(yáng)光，采用多層涂層能得到更好的效果。1.5小結(jié)許多結(jié)構(gòu)，如PN結(jié)和金屬半導(dǎo)體結(jié)，具有明顯的單向?qū)щ姷摹竀特性。在照明條件下，它們的i-v曲線沿電流軸平移，接上負(fù)載后，該器件在正電壓和正電流彖限工作，給負(fù)載提供功率。一個(gè)太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率是其輸出功率與輸入功率之比。為獲取高效率，希望有大的短路電流，高的開路電壓和人的填充因子，如果太陽(yáng)電池用禁帶寬度（EJ小的材料做成，則短路電流較人。好的制造工藝及好的電池設(shè)計(jì)因載流子復(fù)合最小，也能使短路電流提高。太陽(yáng)電池若用E,大的材料做成，則具有較高的開路電壓。填充因子是I—V曲線拐點(diǎn)處陡度的量度，串聯(lián)電阻可使它變小。通常開路電壓較高時(shí)，F(xiàn)F也較人。轉(zhuǎn)換效率隨光強(qiáng)増人而增大，隨溫度降低也增大。用匕值介于1.2?1.6eV的材料做成太陽(yáng)電池，可塑達(dá)到最高效率。薄膜電池用直接帶隙半導(dǎo)體更為可取，因?yàn)樗茉诒砻娓浇展庾印５诙鹿杼?yáng)電池常規(guī)工藝自1953年研制出具有一定光電轉(zhuǎn)換效率的硅太陽(yáng)電池后，便被主要應(yīng)用于空間飛行器的能源系統(tǒng)。最早在尖兵一號(hào)衛(wèi)星上裝備了太陽(yáng)電池，從此，太陽(yáng)電池在空間的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。相應(yīng)地，研制了生產(chǎn)滿足空間電池的標(biāo)準(zhǔn)電池工藝流程。該工藝在六十年代和七十年代初期一直被沿用。到七十年代中期，由于石油危機(jī)，人們將注意力投到新能源上。一些企業(yè)開始生產(chǎn)專門用于地面的電池，生產(chǎn)電池的工藝有了某些重大的改變。其基本工藝可以歸納為卞列步驟:1、砂子還原成治金級(jí)硅2、治金級(jí)硅提純?yōu)榘雽?dǎo)體級(jí)硅3、半導(dǎo)體級(jí)硅轉(zhuǎn)變?yōu)楣杵?、硅片制成太陽(yáng)電池5、太陽(yáng)電池封裝成電池組件2.1硅材料的制備與選取硅是地球外殼第二位最豐富的元素，提煉硅的原料是SiO?。在目前工業(yè)提煉工藝中,一般采用SiO2的結(jié)晶態(tài)，即石英砂在電弧爐中（如圖3.1）用碳還原的方法治煉得反應(yīng)方程為圖3.1生產(chǎn)冶金級(jí)硅的電弧爐的斷面圖碳和石英巖：2.內(nèi)腔；3.電極：4.硅：5.碳化硅：

6?爐床:7.電極膏:8.銅電極：9.出料噴口:10.鑄鐵壁：11.陶瓷：12.石墨蓋工業(yè)硅的純度一般為95%?99%,所含的雜質(zhì)主要為Fe、Al、Ga、Mg等。由工業(yè)硅制成硅的鹵化物（如三氯硅烷，四氯化硅）通過還原劑還原成為元素硅，最后長(zhǎng)成棒狀（或針狀、塊狀）多晶硅。習(xí)慣上把這種還原沉枳出的高純硅棒叫作多晶硅。多晶硅經(jīng)過區(qū)熔法（Fz）和圮壩直拉法（CG）制成單晶硅棒。隨著太陽(yáng)電池的應(yīng)用從空河擴(kuò)展到地面，電池生產(chǎn)成本成為推廣應(yīng)用的最大障礙。硅片質(zhì)量直接影響成品電池的性能，它的價(jià)格在很大程度上決定了成品電池的成本。質(zhì)屋和價(jià)格是必須要重點(diǎn)考慮的因素。降低太陽(yáng)電池的成本決定于硅材料成本的降低。而硅材料成本的關(guān)鍵在于材料的制造方法。為了能與其它能源競(jìng)爭(zhēng)，一般要和晶硅太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率犬于10%。達(dá)到這一要求實(shí)際上并不需要使用半導(dǎo)體級(jí)硅。人們研制、生產(chǎn)太陽(yáng)電池級(jí)硅（SOG—一Si）。我們知道一些金屬（Ta、Mo、Nb、Zr、W、Ti和V）只要很低的濃度就能降低電池的性能，而另一些雜質(zhì)即便濃度超過1仍不成問題，此濃度人約比半導(dǎo)體級(jí)硅的雜質(zhì)濃度高100倍，這樣就可以選用成本較低的工藝來生產(chǎn)純度稍低的太陽(yáng)電池級(jí)硅,而仍舊能制造性能比較好的電池。為了進(jìn)一步降低電池成本，人們還在研究單晶硅。如圖2和圖3.3圖3.2膜狀硅生產(chǎn)設(shè)備示意圖圖3.3柱形晶粒的多晶硅太陽(yáng)電池除了價(jià)格、成本和來源難易外，根據(jù)不同用途，可以從下幾方面選用硅材料1、導(dǎo)電類型：從國(guó)內(nèi)外硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)的情況來看，多數(shù)采用P型硅材料，這是基于n+/p型電池在空間的應(yīng)用及其傳統(tǒng)的生產(chǎn)歷史。也由于該種材料易得。2、電阻率：由硅太陽(yáng)電池的原理知道，在一定范闈內(nèi)，電池的開路電壓隨著硅基體電阻率的下降而增加，材料電阻率較低時(shí)，能得到較高的開路電壓，而路電流則略低，總的轉(zhuǎn)換效率較高。所以，地面應(yīng)用傾向于0.5?3.0?cm的材料。太低的電阻率。反而使開路電壓降低，并且導(dǎo)致填充因子下降。3、晶向、位錯(cuò)、壽命太陽(yáng)電池較多選用（111）和（100）晶向生長(zhǎng)的單晶。由于絨面電池相對(duì)有較場(chǎng)合，位錯(cuò)密度和電子壽命不作嚴(yán)格要求。2.2單體電池的制造硅單體太陽(yáng)電池的主要制造工藝主要包包拾表面準(zhǔn)備、擴(kuò)散制結(jié)、制作電極和減反射膜幾道工序，下面分別作一敘述：硅片的表面準(zhǔn)備是制造硅太陽(yáng)電池的第一步主要工藝，它包括硅片的化學(xué)清洗和表面腐蝕。通常，由單晶棒所切割的硅片表面可能污染的雜質(zhì)人致可歸納為三類：1、油脂、松香、蠟等有機(jī)物質(zhì)。2、金屬、金屬離子及各種無機(jī)化合物。3、塵埃以及其它可溶性物質(zhì)，通過一些化學(xué)清洗劑可以達(dá)到去污的目的。如硫酸、王水、酸性和堿性過氧化氫溶液等。硅片經(jīng)過初步清洗去污后，要進(jìn)行表面腐蝕，這是由于機(jī)械切片后，在硅片表面留卞的平均為30?50加厚的損傷層，腐蝕液有酸性和堿性兩類。1、酸性腐蝕法硝酸和氫氟酸的混合液可以起到很好的腐蝕作用，其溶液配比為濃硝酸：氫氟酸二10：1到2：1。硝酸的作用是使單質(zhì)硅氧化為二氧化硅，其反應(yīng)為3Si+4HNO3===3SiO2+2HO2+4NO?而氫氟酸使在硅表面形成的二氧化硅不斷溶解，使反應(yīng)不斷進(jìn)行，其反應(yīng)為生成的絡(luò)合物六氟硅酸溶于水，通過調(diào)整硝酸和氫氟酸的比例，溶液的溫度可控制腐蝕速度，如在腐蝕液中加入醋酸作緩沖劑，可使硅片表面光亮。一般酸性腐蝕液的配比為硝酸：氫氟酸：醋酸二二5：3：3或5：1：12、堿性腐蝕硅可與氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿的溶液起作用，生成硅酸鹽并放出氫氣，化學(xué)反應(yīng)

為：Si+2NaOH+H：O==Na：SiO3+2H2?出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，通常用較廉價(jià)的NaOH溶液，圖3?4為100兀下不同濃度的NaOH溶液對(duì)（100）晶向硅片的腐蝕速度。圖3.4硅片在不同濃度NaOH溶液中的腐蝕速率堿腐蝕的硅片表面雖然沒有酸腐蝕光亮平整，但制成的電池性能完全相同，目前，國(guó)內(nèi)外在硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)中的應(yīng)用表明，堿腐蝕液由于成本較低，對(duì)壞境污染較小，是較理想的硅表面腐蝕液，另外堿腐蝕還可以用于硅片的減薄技術(shù)，制造薄型硅太陽(yáng)電池。太陽(yáng)電池主要進(jìn)展之一是應(yīng)用了絨面硅片，絨面狀的硅表面是利用硅的各向異性腐蝕，在硅表面形成無數(shù)的四面方錐體，圖3?5為打描電子顯微鏡觀察到的絨面硅表面。圖3.5在掃描電鏡下絨而電池表而的外貌高圖3.5在掃描電鏡下絨而電池表而的外貌高10饑的堆是方形底面金字塔的頂。這些金字塔的側(cè)面是硅晶體結(jié)構(gòu)中相交的dll）ifti由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，其反射率很低，故絨面電池也稱為黑電池或無反射電池。各向異性腐蝕即腐蝕速度隨單晶的不同結(jié)晶方向而變化，一般說來，晶面間的共價(jià)健密度越高,也就越難腐蝕。對(duì)于硅而言，如選擇合適的腐蝕液和腐蝕溫度，（100）面可比（111）面腐蝕速度大數(shù)十倍以上。因此，（100）硅片的各向異性腐蝕最終導(dǎo)致在表面產(chǎn)生許多密布的表面為（111）面的四面方錐體，由于腐蝕過程的隨機(jī)性，方錐體的人小不等，以控制在3?6加為宜。硅的各向異性腐蝕液通常用熱的堿性溶液，如氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化鋰，聯(lián)氨和乙二胺等，商品化電池的生產(chǎn)中，通常使用廉價(jià)的氫氧化鈉橋溶液（濃度為1?2%）來制備絨面硅，腐蝕溫度為80?C左右，為了獲得均勻的絨面，還應(yīng)在溶液中添加醇類（如無水乙醇或異丙醇等）作為絡(luò)合劑，加快硅的腐蝕。制結(jié)過程是在一塊基體材料上生成導(dǎo)電類型不同的擴(kuò)散層，它和制結(jié)前的表面處理均是電池制造過程中的關(guān)鍵工序。制結(jié)方法有熱擴(kuò)散，離子注入，外延，激光及高頻電注入法等。本節(jié)主要介紹熱擴(kuò)散法。擴(kuò)散是物質(zhì)分子或原子運(yùn)動(dòng)引起的一種自然現(xiàn)象，熱擴(kuò)散制p-n結(jié)法為用加熱方法使V族雜質(zhì)摻入P型或III族雜質(zhì)摻入n型硅。硅太陽(yáng)電池中最常用的V族雜質(zhì)元素為磷，11【族雜質(zhì)元素為硼。對(duì)擴(kuò)散的要求是獲得適合于太陽(yáng)電池P-n結(jié)需要的結(jié)深和擴(kuò)散層方塊電阻，淺結(jié)死層小，電池短波響應(yīng)好，而淺結(jié)引起串聯(lián)電阻增加，只有提高柵電極的密度，才能有效提高電池的填充因子，這樣，增加了工藝難度，結(jié)深太深，死層比較明顯，如果擴(kuò)散濃度太人，則引起重?fù)诫s效應(yīng)，使電池開路電壓和短路電流均卜降，實(shí)際電池制作中，考慮到各個(gè)因素,太陽(yáng)電池的結(jié)深一般控制在0.3?0.5?m,方塊電阻均20?70?/口，硅太陽(yáng)電池所用的主要熱擴(kuò)散方法有涂布源擴(kuò)散，液態(tài)源擴(kuò)散，固態(tài)源擴(kuò)散等，下面分別對(duì)這幾種方法作簡(jiǎn)單介紹。涂布源擴(kuò)散一般分簡(jiǎn)單涂源擴(kuò)散和二氧化硅乳膠源涂布擴(kuò)散。簡(jiǎn)單涂源擴(kuò)散是用一、二滴五氧化二磷或三氧化二硼在水（或乙醇）中桶溶液，預(yù)先滴涂于P型或n型硅片表面作雜質(zhì)源與硅反應(yīng)，生成磷或硼硅玻璃。沉枳在硅表面的雜質(zhì)元素在擴(kuò)散溫度下向硅內(nèi)部擴(kuò)散。因而形成pn或np結(jié)。工業(yè)生產(chǎn)中，涂布源方法有噴涂，刷涂，絲網(wǎng)印刷，浸涂，旋轉(zhuǎn)涂布等。該方法成本低廉，適宜于小批量生產(chǎn)涂源擴(kuò)散工藝的主要控制因素是擴(kuò)散溫度，擴(kuò)散時(shí)間和雜質(zhì)源濃度,最佳擴(kuò)散條件常隨硅片的性質(zhì)和擴(kuò)散設(shè)備而變化。實(shí)例：P型硅片晶向（111）電阻率1.0?cm擴(kuò)散溫度900?950?C擴(kuò)散時(shí)間10?15min氮?dú)饬髁?0?70ml/min雜質(zhì)源為特純P：05在水或乙醇中的溶液表面方塊電阻20?40?/□二氧化硅乳膠實(shí)際上是一種有機(jī)硅氧烷的水解聚合物，能溶于乙醇等有機(jī)溶劑中，形成有一定粘度的溶液，它在100?400?C卞燒烘烤后逐步形成無定型的二氧化硅。二氧化硅乳膠可在硅酸乙酯中加水和無水乙醇經(jīng)過水解而成，也可將四氯化硅通入醋酸后加乙醇制得。乳膠中適量溶解五氧化二磷或三氧化二硼等雜質(zhì)，并經(jīng)乙醇桶釋成可用的二氧化硅乳膠源。實(shí)例l?cmP型硅片中，將摻雜五氧化二磷的這種源涂布，干燥溫度200?C擴(kuò)散溫度800?950?C擴(kuò)散時(shí)間15?60min則可使方塊電阻為10?40?/□結(jié)深0.5?m左右。液態(tài)源擴(kuò)散有三氯氧磷液態(tài)源擴(kuò)散和硼的液態(tài)源擴(kuò)散，它是通過氣體攜帶法將雜質(zhì)帶入擴(kuò)散爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散。其原理如圖3.6：圖3.6三氯氣磷擴(kuò)散裝置示意圖對(duì)于p型10?cm硅片，三氯氧磷擴(kuò)散過程舉例如下：（1）將擴(kuò)散爐預(yù)先升溫至擴(kuò)散溫度（850?900?C）o先通入人流量的氮?dú)猓?00?1000ml/min）,驅(qū)除管道內(nèi)氣體。如果是新處理的石英管，還應(yīng)接著通源，即通小流量氮?dú)?（40?100ml/min）和氧氣（30?90ml/min）,使石英壁吸收飽和。（2）取出經(jīng)過表面準(zhǔn)備的硅片，裝入石英舟，推入恒溫區(qū)，在人流量氮?dú)猓?00?1000ml/min）保護(hù)下預(yù)熱5分鐘。（3）調(diào)小流量,氮?dú)?0?100ml/min、氧氣流量30?90ml/min<>通源時(shí)間10?15min。（4）失源，繼續(xù)通大流量的氮?dú)?min,以趕走殘存在管道內(nèi)的源蒸氣。（5）把石英舟拉至爐I】降溫5分鐘，取出擴(kuò)散好的硅片，硼液態(tài)源擴(kuò)散時(shí)，其擴(kuò)散裝置與三氯氧磷擴(kuò)散裝置相同，但不通氧氣。固態(tài)氮化硼擴(kuò)散通常采用片狀氮化硼作源，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行擴(kuò)散。片狀氮化硼可用高純氮化硼棒切割成和硅片人小一樣的薄片，也可用粉狀氮化硼沖壓成片。擴(kuò)散前，氮化硼片預(yù)先在擴(kuò)散溫度下通氧30分鐘使氮化硼表面的三氧化二硼與硅發(fā)生反應(yīng),形成硼硅玻璃沉積下在硅表面，硼向硅內(nèi)部擴(kuò)散。擴(kuò)散溫度為950?1000?C,擴(kuò)散時(shí)間15?30分鐘，氮?dú)饬髁?000ml/min以下，氮?dú)饬髁枯^低，可使擴(kuò)散更為均勻。擴(kuò)散方法比較簡(jiǎn)單涂布源擴(kuò)散設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。工藝要求較低，比較成熟。擴(kuò)散硅片中表面狀態(tài)欠佳，p-n結(jié)面不太平整，對(duì)于大面積硅片薄層電阻值相差較大。二氧化硅乳膠源涂布擴(kuò)散設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，擴(kuò)散硅片表面狀態(tài)良好，P—n結(jié)平整。均勻性，重復(fù)性較好。改進(jìn)涂布設(shè)備。可以適用自動(dòng)化，流水線生產(chǎn)。液態(tài)源擴(kuò)散設(shè)備和操作比較復(fù)雜。擴(kuò)散硅片表面狀態(tài)好，P—n結(jié)面平整，均勻性，重復(fù)性較好，工藝成熟。氮化硼固態(tài)源擴(kuò)散設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，擴(kuò)散硅片表面狀態(tài)好，P-n結(jié)面平整，均勻性，重復(fù)性比液態(tài)源擴(kuò)散好適合于人批量生產(chǎn)。擴(kuò)散過程中，在硅片的周邊表面也形成了擴(kuò)散層。周邊擴(kuò)散層使電池的上下電極形成短路環(huán)，必須將它除去。周邊上存在任何微小的局部短路都會(huì)使電池并聯(lián)電阻卞降，以至成為廢品。去邊的方法有腐蝕法，即將硅片兩面掩好。在硝酸、氫氟酸組成的腐蝕液中腐蝕30秒鐘左右。擠壓法是用人小與硅片相同，略帶彈性的耐酸橡膠或塑料，與硅片相間整齊隔開，施加一定壓力后，阻止腐蝕液滲入縫隙取得掩蔽。目前，工業(yè)化生產(chǎn)用等離子干法腐蝕，在輝光放電條件下通過氟和氧交替對(duì)硅作用，去除含有擴(kuò)散層的周邊。去除背結(jié)常用下面三種方法，化學(xué)腐蝕法，磨沙法和蒸鋁燒結(jié)，絲網(wǎng)印刷鋁燒結(jié)法。化學(xué)腐蝕是一種比較早使用方法，該方法可同時(shí)除去背結(jié)和周邊的擴(kuò)散層，因此可省去腐蝕周邊的工序。腐蝕后背面平整光亮，適合于制作真空蒸鍍的電極。前結(jié)的掩蔽一般用涂黑膠的方法，照膠是用真空封蠟或質(zhì)量較好的瀝青溶于甲苯，二甲苯或其它溶劑制成。硅片腐蝕去背結(jié)后用溶劑溶去真空封蠟，再經(jīng)過濃硫酸或清洗液煮清洗。磨片法是用金鋼砂將背結(jié)磨去，也可以用壓縮空氣攜帶砂粒噴射到硅片背面除去。磨片后背面形成一個(gè)粗糙的硅表面，因此適應(yīng)于化學(xué)鍍線制造的背電極。前兩種去除背結(jié)的方法，對(duì)于n+/n和P+/n型電池都適用，蒸鋁或絲網(wǎng)印刷鋁漿燒結(jié)法僅適用于n7p型太陽(yáng)電池制作工藝。該方法是在擴(kuò)散硅片背面真空蒸鍍或絲網(wǎng)印刷一層鋁，加熱或燒結(jié)到鋁一硅共熔點(diǎn)（57770以上燒結(jié)合金（如圖3.7）。經(jīng)過合金化以后，隨著降溫，液相中的硅將重新凝固出來，形成含有一定量的鋁的再結(jié)晶層。實(shí)際上是一個(gè)對(duì)硅摻雜的過程。它補(bǔ)償了背面n-

層中的施主雜質(zhì)，得到以鋁摻雜的p型層，由硅一鋁二元相圖可知（圖3.8）隨著合金溫度的上升，液相中鋁的比率增加。在足夠的鋁量和合金溫度下，背面甚至能形成與前結(jié)方向相AlS)(O9)<577CN?SiS)(O9)<577CN?SiAJSi熔液>577C|N-Si峑溫Al-Si共晶體NSi同的電場(chǎng)，稱為背面場(chǎng)，目前該工藝已被用于人批量的生產(chǎn)工藝。從而提高了電池的開路電壓和短路電流，并減小了電極的接觸電阻。圖3.7硅合金過程示意圖圖3.8鋁硅相圖背結(jié)能否燒穿與下列因素有關(guān)，基體材料的電阻率，背面擴(kuò)散層的摻雜濃度和厚度，背面蒸鍍或印刷鋁層的厚度，燒結(jié)的溫度，時(shí)間和氣氛等因素。電極就是與p-n結(jié)兩端形成緊密歐姆接觸的導(dǎo)電材料。習(xí)慣上把制作在電池光照面上的電極稱為上電極。把制作在電池背面的電極稱為下極或背電極。制造電極的方法主要有真空蒸鍍、化學(xué)鍍銀，鋁漿印刷燒結(jié)等。鋁漿印刷是近幾年比較成熟和在商品化電池生產(chǎn)中大量被采用的工藝方法。電極及電極材料的選擇：對(duì)于制作的上卜電極材料一般要滿足卜?列要求：（1）能與硅形成牢固的接觸（2）接觸電阻比較小，應(yīng)是一種歐姆接觸（3）有優(yōu)良的導(dǎo)電性??''桂巫蛍百分?jǐn)?shù)(4)遮擋面積小，一般小于8%(5)收集效率高(6)可焊性強(qiáng)(7)成本低廉(8)污染比較小。歐姆接觸一般分高復(fù)合接觸，低勢(shì)壘接觸，高摻雜接觸等，制作方法有：真空蒸鍍法一般用光刻方法或用帶電極圖形掩膜的電極模具板。掩膜由線切割機(jī)，光刻加工或激光加工的不銹鋼箔或被銅箔制成。<2)化學(xué)鍍鐮制作電極利用銀鹽(氯化鈉或硫酸銀)溶液在強(qiáng)還原劑次磷酸鹽的作用下，依靠鍍件表面具有的催化作用，使次磷酸鹽分解出生態(tài)原子氫將銀離子還原成金屬線，同時(shí)次磷酸鹽分解析出磷，因此在鍍件表面上獲得銀磷合金的沉積鍍層，化學(xué)鍍線的配方很多，堿性溶液用于半導(dǎo)體鍍銀比酸性溶液好，下面是一種典型鍍液的萬分：TOC\o"1-5"\h\z氯化銀30g/l氯化技50g/l檸檬酸錢65g/l次磷酸鈉10g/l絲網(wǎng)印刷制作電極真空蒸鍍和化學(xué)鍍銀制作電極的方法是一種傳統(tǒng)的制作方法，但存在工藝成本較高，耗能量犬，批量小，不適宜于自動(dòng)化生產(chǎn)，為了降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)量，人們將厚膜集成電路的絲網(wǎng)漏印工藝引入太陽(yáng)電池的生產(chǎn)中。目前，該工藝已走向成熟，使線條的寬度可降到50?m,高度達(dá)到10?20?m。上電極的設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方向是上電極金屬柵線的設(shè)計(jì)。當(dāng)單體電池的尺寸增加時(shí)，這方面就變得愈加重要。圖3.9為幾種在地面應(yīng)用電池中使用的上電極的設(shè)計(jì)方法。對(duì)于普通的電極設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原則是使電池的輸出最人，即電池的串聯(lián)電阻盡可能小和電池的光照作用面積盡可能大。13%13%。金屬電極一般由兩部分構(gòu)成如圖3.10所示，主線是直接將電流輸?shù)酵獠康妮^粗部分,柵線則是為了把電流收集起來傳遞到主線上去的較細(xì)的部分。如圖3.10(a)那樣的對(duì)稱分布可以分解成如圖3.10(b)所示的一個(gè)個(gè)的單體電池。這種單電池的最人輸出功率可由ABJdJ得到，式中AB為單電池的面積，J中和％＞分別為最人功率點(diǎn)的電流密度和電壓。用單電池的最大功率輸出歸一化后，得到柵線和主線的電阻功率損耗分別為(a)(b)圖3.10（a）示出主線和柵線的上電極設(shè)計(jì)的示童圖。圖屮也表示出

這個(gè)設(shè)計(jì)的對(duì)稱性。根據(jù)這種對(duì)稱性電極可以分解成12個(gè)

相同的單電池：（b）典型的單電池的重要尺寸?曲和?沁分別為電極的柵線和主線的金屬層的薄層電阻。在某些情況下，這兩種電阻是相等的。而在另一些情況卞，如浸過錫的電池，在較寬的主線上又蓋了一層較厚的錫，？汕就比較小。如果電極各部分是線性地逐漸變細(xì)的，則m值為4,如果寬度是均勻的，則m值為3。％和Wb是單電池柵線和主線的平均寬度。S是柵線的線距。由于柵線和主線的遮擋布而引起的功率損失是：忽略直接由半導(dǎo)體到主線的電流，接觸電阻損耗僅僅是由于柵線所引起的，這都分功率損耗一般近似為其中?c是接觸電阻率。對(duì)于硅電池來說，在一個(gè)太陽(yáng)下工作時(shí)，接觸電阻損耗一般不是主要問題。余卞的是由于在電池的頂層橫向電池所引起的損耗。其歸一化形式為其中Z是電池表面擴(kuò)散層的方塊電阻。主線的最佳尺寸可以由（2）和（4）式相加，然后對(duì)恥求導(dǎo)而得出。結(jié)果為當(dāng)主線的電阻損耗等于其遮擋損失時(shí)，其尺寸最佳，這時(shí)，同時(shí)，這部分功率損失的最小值由下式得出：這表明使用逐漸變細(xì)的主線（m二4）而不是等寬度的主線時(shí)（m二3）,功率損失人約低從上面一些式子可看出，單從數(shù)字上講，當(dāng)柵線的間距變得非常小以致橫向電流損耗可忽略不計(jì)時(shí)，出現(xiàn)最佳值。于是，最佳值由下面條件給出，即即：（%+Pt+Py+=2BJ也號(hào)宦?A（10）VVnip實(shí)際上，不可能得到這個(gè)最佳值，在特定的條件下，要保持產(chǎn)品有較高的成品率，冊(cè)及S的最小值均受到工藝條件的限制。在這種情況下，可通過簡(jiǎn)單的迭代法實(shí)現(xiàn)最佳柵線的設(shè)計(jì)。若把柵線寬度％取作在特定工藝條件下的最小值，則對(duì)應(yīng)于這個(gè)最小的S值能夠用漸近法求出，對(duì)某個(gè)設(shè)定值S,可計(jì)算出相應(yīng)的各部分功率損失PcoP詰和Pz然后可按下式求出一個(gè)更接近最佳值的值S*這個(gè)過程將很快收斂到相應(yīng)于最佳值的一個(gè)不變的值上。從式（10）計(jì)算的S值是一個(gè)過高的估計(jì)值，由此可求出最佳的初試值。用式（10）所算出的S值的一半作初試值即可得出一個(gè)穩(wěn)定的迭代結(jié)果。對(duì)于卞電極的要求是盡可能布滿背面，對(duì)于絲網(wǎng)印刷，覆蓋面積將影響到填充因子。光照射到平面的硅片上，其中一部分被反射，即使對(duì)絨面的硅表面，由于入射光產(chǎn)生多次反射而增加了吸收，但也有約1氓的反射損失。在其上覆蓋一層減反射膜層，可大人降低光的反射，圖3.11中示出四分之一波長(zhǎng)減反射膜的原理。從第二個(gè)界面返回到第一個(gè)界面的反射光與第一個(gè)界面的反射光相位差1807C,所以前者在一定程度上抵消了后者。圖3.11山四分之一波長(zhǎng)減反射膜產(chǎn)生的于涉效應(yīng)在正常入射光束中從覆蓋了一層厚度為&的透明層的材料表面反射的能量所占比例的表達(dá)式為其中G、r：由下式得出：式中m代表不用媒質(zhì)層的折射率。由下式給出：當(dāng)nd二?。/4時(shí)，反射有最小值：如果反射率是其兩邊材料的折射率的幾何平均值（nJ二nonJ）,則反射值為零。對(duì)于在空氣中的硅電池（皿二3.8）,減反射臉的最佳折射率是硅折射率的平方根（即11切二1.9）。圖3.12中有一條曲線表示出在硅表面覆蓋有最佳折射率（1.9）的減反射膜的情況下，從硅表面反射的入射光的百分比與波長(zhǎng)的關(guān)系。35353535圖3.12從裸霜的硅表面和從覆蓋有折射率為1.9和2.3的

減反射膜的硅表面反射的正常入射光的百分比與波長(zhǎng)的關(guān)系

減反射膜的M度的選取使得波長(zhǎng)在600nm處產(chǎn)生姒小的反射’虛線

表示將硅封裝在玻璃或冇類似折射率的材料Z下的結(jié)果電池通常是裝在玻璃之下（nE.5）o這使減反射膜的折射率的最佳值增加到人約2.3。覆蓋有折射率為2.3的減反臉的電池在封裝前為封裝后對(duì)光的反射情況也表示在圖12中。商品化太陽(yáng)電池中使用的一些減反射膜材料的折射率如下表。除了有合適的折射率外，減反射膜材料還必須是透明的，減反射膜常沉積為非結(jié)晶的或無定形的薄層，以防止在晶界處的光散射問題。表：制作減反射膜所用材料的折射系數(shù)材料折射系數(shù)MgF：1.3?1.4SiO：1.4?1?5AlcOs1?8?1?9SiO1?8?1?9SisN.<?1.9TiO：?2.3Ta：052.1?2?3ZnS2.3?2.4減反膜的制備方法：真空鍍SiO類金剛石膜濺射法Ta^OsIT膜NbcOsSiO：TiO：印刷法TiOTacOs噴涂法Ti(OGH)鈦酸乙酰PECVD沉積SisN.,2.3太陽(yáng)電池組件及封裝單體太陽(yáng)電池不能直接作電池使用。作電源用必須將若干單體電池串、并聯(lián)連接并嚴(yán)密封裝成組件。對(duì)太陽(yáng)電池組件要求為：（1）有一定的標(biāo)稱工作電流輸出功率。（2）工作壽命長(zhǎng)，要求組件能正常工作20?30年，因此要求組件所使用的材料，零部件及結(jié)構(gòu)，在使用壽命上互相一致，避免因一處損壞而使整個(gè)組件失效。（3）有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能經(jīng)受在運(yùn)輸、安裝和使用過程中發(fā)生的沖突，振動(dòng)及其它應(yīng)力。（4）組合引起的電性能損失小。（5）組合成本低。常規(guī)的太陽(yáng)電池組件結(jié)構(gòu)形式有卞列幾種，玻璃殼體式結(jié)構(gòu)如圖3.13,底盒式組件如圖3.14,平板式組件如圖3.15,無蓋板的全膠密封組件如圖3.16。目前還出現(xiàn)較新的雙面鋼化玻璃封裝組件。圖3?13玻璃殼體式太陽(yáng)電池組件示總圖1一玻璃殼體：2—硅太陽(yáng)電池：3—互連條：4一粘接劑:5—襯底：6—下底板：7—邊椎線：8—電極接線柱。圖3.14底盒式太陽(yáng)電池組件示意圖1一玻璃蓋阪2—硅太陽(yáng)電池：3—盒式下底板：4一粘接劑：5—甘底:圖3?15平板式太陽(yáng)電池組件示意圖1一邊権：2—邊柩封裝膠：3—上玻璃蓋板:4一粘接劑：5—下底板:6—硅太陽(yáng)電池：7—互連爬8—引線護(hù)套：9一電極引線。圖3.16全膠密封太陽(yáng)電池組件示意圖1一硅太陽(yáng)電池；2—粘接劑：3—電極引線；4一下底板：5—互連敘組件工作壽命的長(zhǎng)短和封裝材料，封裝工藝有很犬的關(guān)系，它的長(zhǎng)短是決定組件壽命的重要因素之一。在組件中它是一項(xiàng)易被忽視但在實(shí)用中是決不能輕視的部件。現(xiàn)對(duì)材料分述如下。上蓋板上蓋板覆蓋在太陽(yáng)電池組件的正面，構(gòu)成組件的最外層，它既要透光率高，又要堅(jiān)固,起到長(zhǎng)期保護(hù)電池的作用。作上蓋板的材料有：鋼化玻璃、聚丙烯酸類樹脂、氟化乙烯丙烯、透明聚酯、聚碳酯等。目前，低鐵鋼化玻璃為最為普遍的上蓋板材料主要有：室溫固化硅橡膠、氟化乙烯丙烯、聚乙烯醇縮丁醛、透明雙氧樹酯、聚醋酸乙烯等。一般要求其：（1）在可見光范圍內(nèi)具有高透光性（2）具有彈性（3）具有良好的電絕緣性能。（4）能適用自動(dòng)化的組件封裝一般為鋼化玻璃、鋁合金、有機(jī)玻璃、TPF等。目前較多應(yīng)用的是TPF復(fù)合膜，要求：（1）具有良好的耐氣候性能（2）層壓溫度下不起任何變化（3）與粘接材料結(jié)合牢固平板組件必須有邊框，以保護(hù)組件和組件與方陣的連接固定。邊框?yàn)檎辰Y(jié)劑構(gòu)成對(duì)組件邊緣的密封。主要材料有不銹鋼，鋁合金，橡膠，增強(qiáng)塑料等。平板式組件制造工藝流程如下：?jiǎn)误w電池制備互連條1上電極焊互連條單防電池分選組合焊接組合電池測(cè)試玻璃清洗?疊層層壓封裝邊框封裝電性能測(cè)試組件檢輪組件包裝第三章太陽(yáng)電池測(cè)試3.1太陽(yáng)模擬器太陽(yáng)電池是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能的半導(dǎo)體器件，從應(yīng)用和研究的角度來考慮，其光電轉(zhuǎn)換效率、輸出伏安特性曲線及參數(shù)是必須測(cè)屋的，而這種測(cè)量必須在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光卞進(jìn)行才有參考意義。如果測(cè)試光源的特性和太陽(yáng)光相差很遠(yuǎn)，則測(cè)得的數(shù)據(jù)不能代表它在太陽(yáng)光下使用時(shí)的真實(shí)情況，甚至也無法換算到真實(shí)的情況，考慮到太陽(yáng)光本身隨時(shí)間、地點(diǎn)而變化，因此必須規(guī)定一種標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光條件，才能使測(cè)量結(jié)果既能彼此進(jìn)行相對(duì)比較，又能根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光下的測(cè)試數(shù)據(jù)估算出實(shí)際應(yīng)用時(shí)太陽(yáng)電池的性能參數(shù)。（1）發(fā)光強(qiáng)度。按照1979年第16屆國(guó)防計(jì)量會(huì)議（CGPN）確定，以坎德拉（cd）為發(fā)光強(qiáng)度的計(jì)量單位。坎德拉是一光源在給定的方向上的光強(qiáng)度，該光源發(fā)出頻率為540?101：Hz的光學(xué)輻射，且在此方向上的輻射強(qiáng)度為l/683WSr_1（2）光通量。光通量的單位是流明（lm）,它用來計(jì)量所發(fā)岀的總光量，發(fā)光強(qiáng)度為led的點(diǎn)光源，向周圍空間均勻發(fā)出4?流明的光能量。（3）光強(qiáng)度。指照射于一表面的光強(qiáng)度，它用勒克斯（lx）作為單位，當(dāng)11m光通量的光強(qiáng)射到lm‘面枳上時(shí)，該面積所受的光照度（簡(jiǎn)稱照度）就是1"。（4）輻射度，通常稱為光強(qiáng)，即入射到單位面積上的光功率，單位是W/m'或mw/crn^對(duì)空間應(yīng)用，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)輻照度為1367w/m：（另一種較早的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為1353w/m2）,對(duì)地面應(yīng)用，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)輻照度為1000w/m\實(shí)際上地面陽(yáng)光和很多復(fù)雜因素有關(guān)，這一數(shù)值僅在特定的時(shí)間及理想的氣候和地理?xiàng)l件下才能獲得。地面上比較常見的輻射照度是在600^900w/m：范闈內(nèi)，除了輻照度數(shù)值范圍以外，太陽(yáng)輻射的特點(diǎn)之一是其均勻性，這種均勻性保證了同一太陽(yáng)電池方陣上各點(diǎn)的輻照度相同。太陽(yáng)電池對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有不同的響應(yīng)，就是說輻照度相同而光譜成分不同的光照射到同一太陽(yáng)電池上，其效果是不同的，太陽(yáng)光是各種波長(zhǎng)的復(fù)合光，它所含的光譜成分組成光譜分布曲線，而且其光譜分布也隨地點(diǎn)、時(shí)間及其它條件的差異而不同，在犬氣層外情況很單純，太陽(yáng)光譜幾乎相當(dāng)于6000K的黑體輻射光譜，稱為AMO光譜。在地面上，由于太陽(yáng)光透過人氣層后被吸收掉一部分，這種吸收和犬氣層的厚度及組成有關(guān)，因此是選擇性吸收，結(jié)果導(dǎo)致非常復(fù)雜的光譜分布。而且隨著太陽(yáng)天頂角的變化，陽(yáng)光透射的途徑不同吸收情況也不同。所以地面陽(yáng)光的光譜隨時(shí)都在變化。因此從測(cè)試的角度來考慮，需要規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的地面太陽(yáng)光譜分布。目前國(guó)內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定，在晴朗的氣候條件卜，當(dāng)太陽(yáng)透過人氣層到達(dá)地面所經(jīng)過的路程為大氣層厚度的1.5倍時(shí)，其光譜為標(biāo)準(zhǔn)地面太陽(yáng)光譜，簡(jiǎn)稱AM1.5標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜。此時(shí)太陽(yáng)的天頂角為48.19?,原因是這種情況在地面上比較有代表性。在大氣層外，太陽(yáng)光在真空中輻射，沒有任何漫射現(xiàn)彖，全部太陽(yáng)輻射都直接從太陽(yáng)照射過來。地面上的情況則不同，一部分太陽(yáng)光直接從太陽(yáng)照射下來，而另一部分則來自大氣層或周I制壞境的散射，前者稱為直接輻射，后者稱為天空輻射。二部分合起來稱為總輻射,在正常的犬氣條件卞，直接輻射占總輻射的75%以上，否則就是大氣條件不正常所致，例如由于云層反射或嚴(yán)重的大氣污染所致。天氣晴朗時(shí)，陽(yáng)光輻照是非常穩(wěn)定的，僅隨高度角而緩慢的變化，當(dāng)天空有浮云或嚴(yán)重的氣流影響時(shí)才會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，這種氣候條件不適宜于測(cè)量太陽(yáng)電池，否則會(huì)得到不確定的結(jié)果。3?2太陽(yáng)模擬器綜上所述，標(biāo)準(zhǔn)地面陽(yáng)光條件具有1000w/m2的輻照度，AM1.5的太陽(yáng)光譜以及足夠好的均勻性和穩(wěn)定性，這樣的標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光在室外能找到的機(jī)會(huì)很少，而太陽(yáng)電池又必須在這種條件下測(cè)量，因此，唯一的辦法是用人造光源來模擬太陽(yáng)光，即所謂太陽(yáng)模擬器。3.2.1穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬器和脈沖式太陽(yáng)模擬器穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬器是在工作時(shí)輸出輻照度穩(wěn)定不變的太陽(yáng)模擬器，它的優(yōu)點(diǎn)是能提供連續(xù)照射的標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光，使測(cè)屋工