5．晶體硅太陽(yáng)電池及材料
引言
    1839年，法國(guó)Becqueral第一次在化學(xué)電池中觀察到光伏效應(yīng)。1876年，在固態(tài)硒（Se）的系統(tǒng)中也觀察到了光伏效應(yīng)，隨后開(kāi)發(fā)出Se／CuO光電池。有關(guān)硅光電他的報(bào)道出現(xiàn)于1941年。貝爾實(shí)驗(yàn)室Chapin等人
1954年開(kāi)發(fā)出效率為6％的單晶硅光電池，現(xiàn)代硅太陽(yáng)電池時(shí)代從此開(kāi)始。硅太陽(yáng)電他于1958年首先在航天器上得到應(yīng)用。在隨后10多年里，硅太陽(yáng)電池在空間應(yīng)用不斷擴(kuò)大，工藝不斷改進(jìn)，電他設(shè)計(jì)逐步定型。這是硅太陽(yáng)電池發(fā)展的第一個(gè)時(shí)期。第二個(gè)時(shí)期開(kāi)始于70年代初，在這個(gè)時(shí)期背表面場(chǎng)、細(xì)柵金屬化、淺結(jié)表面擴(kuò)散和表面織構(gòu)化開(kāi)始引人到電池的制造工藝中，太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率有了較大提高。與此同時(shí)，硅太陽(yáng)電池開(kāi)始在地面應(yīng)用，而且不斷擴(kuò)大，到70年代未地面用太陽(yáng)電池產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)空間電池產(chǎn)量，并促使成本不斷降低。 80年代初，硅太陽(yáng)電他進(jìn)入快速發(fā)展的第三個(gè)時(shí)期。這個(gè)時(shí)期的主要特征是把表面鈍化技術(shù)、降低接觸復(fù)合效應(yīng)、后處理提高載流子壽命、改進(jìn)陷光效應(yīng)引入到電他的制造工藝中。以各種高效電池為代表，電池效率大幅度提高，商業(yè)化生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。
    在太陽(yáng)電他的整個(gè)發(fā)展歷程中，先后出現(xiàn)過(guò)各種不同結(jié)構(gòu)的電池，如肖特基（Ms）電池，M1S電池，MINP電他；異質(zhì)結(jié)電池（如ITO（n）／Si（p），a-Si／c-Si，Ge／Si）等，其中同質(zhì)p-n結(jié)電池結(jié)構(gòu)自始至終占主導(dǎo)
地位，其它結(jié)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)電他的發(fā)展也有重要影響。
    以材料區(qū)分，有晶硅電池，非晶硅薄膜電池，銅鋼硒（CIS）電池，磅化鎬（CdTe）電池，砷化稼電他等，而以晶硅電池為主導(dǎo)，由于硅是地球上儲(chǔ)量第二大元素，作為半導(dǎo)體材料，人們對(duì)它研究得最多、技術(shù)最成熟，而
且晶硅性能穩(wěn)定、無(wú)毒，因此成為太陽(yáng)電池研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用中的主體材料。
1   晶硅電他的技術(shù)發(fā)展
1．1地面應(yīng)用推動(dòng)各種新型電池的出現(xiàn)和發(fā)展
    晶硅電池在70年代初引入地面應(yīng)用。在石油危機(jī)和降低成本的推動(dòng)下，太陽(yáng)電池開(kāi)始了一個(gè)蓬勃發(fā)展時(shí)期，這個(gè)時(shí)期不但出現(xiàn)了許多新型電池，而且引入許多新技術(shù)。例如：
    （1）背表面電場(chǎng)（BSF）電池――在電他的背面接觸區(qū)引入同型重?fù)诫s區(qū)，由于改進(jìn)了接觸區(qū)附近的收集性能而增加電他的短路電流；背場(chǎng)的作用可以降低飽和電流，從而改善開(kāi)路電壓，提高電池效率。
    （2）紫光電他一一這種電池最早（1972）是為通信衛(wèi)星開(kāi)發(fā)的。因其淺結(jié)（0．1一0．2μm）密柵（30／cm）、減 反射（Ta2O5―短波透過(guò)好）而獲得高效率。在一段時(shí)間里，淺結(jié)被認(rèn)為是高效的關(guān)鍵技術(shù)之一而被采用。
    （3）表面織構(gòu)化電池――也稱絨面電池，最早（1974）也是為通訊衛(wèi)星開(kāi)發(fā)的。其AM0時(shí)電池效率η≥15％，AMI時(shí)η＞18％。這種技術(shù)后來(lái)被高效電他和工業(yè)化電池普遍采用。
    （4）異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池――即不同半導(dǎo)體材料在一起形成的太陽(yáng)電池J矚SnO／Si，In20／Si，（1n203十SnO2／Si電池等。由于SnO2、In2O3、（In2O3＋SnO2）等帶隙寬，透光性好，制作電池工藝簡(jiǎn)單，曾引起許多研究者的興趣。目前因效率不高等問(wèn)題研究者已不多，但SnO2、In2O3、（1n2O3＋SnO2）是許多薄膜電他的重要構(gòu)成部分，作收集電流和窗口材料用。
    （5）M1S電池――是肖特基（MS）電他的改型，即在金屬和半導(dǎo)體之間加入1．5一3．0nm絕緣層，使MS電池中多子支配暗電流的情況得到抑制，而變成少子隧穿決定暗電流，與pn結(jié)類似。
     其中i層起到減少表面復(fù)合的作用。經(jīng)過(guò)改進(jìn)的M1S電池正面有20一40μm的SiO2膜，在膜上真空蒸發(fā)金屬柵線，整個(gè)表面再沉積SiN薄膜。SiN薄膜的作用是：①保護(hù)電池，增加耐候性；②作為減反射層（ARC）；降低薄膜復(fù)合速度：①在p-型半導(dǎo)體一側(cè)產(chǎn)生一個(gè)n型導(dǎo)電反型層。對(duì)效率產(chǎn)生決定性影響的是在介電層中使用了銀。該電池優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，但反型層的薄層電阻太高。
    （6）MINP電池――可以把這種電池看作是M1S電池和p一n結(jié)的結(jié)合，其中氧化層對(duì)表面和晶界復(fù)合起抑制作用。這種電池對(duì)后來(lái)的高效電池起到過(guò)渡作用。
    （7）聚光電池――聚光電他的特點(diǎn)是電池面積小，從而可以降低成本，同時(shí)在高光強(qiáng)下可以提高電池開(kāi)路電壓，從而提高轉(zhuǎn)換效率，因此聚光電池一直受到重視。比較典型的聚光電池是斯但福大學(xué)的點(diǎn)接觸聚電池，其結(jié)構(gòu)與非聚光點(diǎn)接觸電池結(jié)構(gòu)相同，不同處是采用200 Ωcm高阻n型材料并使電池厚度降低到100一160tLm，使體內(nèi)復(fù)合進(jìn)一步降低。這種電池在140個(gè)太陽(yáng)下轉(zhuǎn)換效率達(dá)到26．5％。
1．2晶硅太陽(yáng)電池向高效化和薄膜化方向發(fā)展
      晶硅電池在過(guò)去20年里有了很大發(fā)展，許多新技術(shù)的采用和引入使太陽(yáng)電池效率有了很大提高。在早期的硅電池研究中，人們探索各種各樣的電池結(jié)構(gòu)和技術(shù)來(lái)改進(jìn)電池性能，如背表面場(chǎng)，淺結(jié)，絨面，氧化膜鈍化，Ti／Pd金屬化電極和減反射