太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。在太陽能的有效利用當中，太陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領域，是其中最受矚目的項目之一。制作太陽能電池主要是以半導體材料為基礎，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電于轉換反應，根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：1、硅太陽能電池；2、以無機鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；3、功能高分子材料制備的太陽能電池；4、納米晶太陽能電池等，本文主要講述硅太陽能電池原理及生產(chǎn)流程。

1．硅太陽能電池工作原理與結構

太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導體的光電效應，一般的半導體主要結構如下：

圖中，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。

當硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)(如硼、磷等)，摻入硼時，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照下圖：

圖中，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子，因為硼原子周圍只有3個電子，所以就會產(chǎn)生如圖所示的藍色的空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成p（posiTIve）型半導體。

同樣，摻入磷原子以后，因為磷原子有五個電子，所以就會有一個電子變得非?；钴S，形成N（negaTIve）型半導體。黃色的為磷原子核，紅色的為多余的電子。如下圖：

N型半導體中含有較多的空穴，而p型半導體中含有較多的電子，這樣，當p型和N型半導體結合在一起時，就會在接觸面形成電勢差，這就是pN結。

當p型和N型半導體結合在一起時,在兩種半導體的交界面區(qū)域里會形成一個特殊的薄層，界面的p型一側帶負電，N型一側帶正電。這是由于p型半導體多空穴，N型半導體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會擴散到p區(qū)，p區(qū)的空穴會擴散到N區(qū)，一旦擴散就形成了一個由N指向p的“內(nèi)電場”，從而阻止擴散進行。達到平衡后，就形成了這樣一個特殊的薄層形成電勢差，這就是pN結。

當晶片受光后，pN結中，N型半導體的空穴往p型區(qū)移動，而p型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動，從而形成從N型區(qū)到p型區(qū)的電流，然后在pN結中形成電勢差，這就形成了電源。(如下圖所示）

由于半導體不是電的良導體，電子在通過p－n結后如果在半導體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋p－n結（如圖：梳狀電極），以增加入射光的面積。

另外硅表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。為此，科學家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護膜（如上圖），將反射損失減小到5％甚至更小。一個電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池（通常是36個）并聯(lián)或串聯(lián)起來使用，形成太陽能光電板。

2．硅太陽能電池的生產(chǎn)流程

通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350～450μm的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。

上述方法實際消耗的硅材料更多，為了節(jié)省材料，目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學氣相沉積法，包括低壓化學氣相沉積（LpCVD）和等離子增強化學氣相沉積（pECVD）工藝。此外，液相外延法（LppE）和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池。

化學氣相沉積主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiH4為反應氣體，在一定的保護氣氛下反應生成硅原子并沉積在加熱的襯底上，襯底材料一般選用Si、SiO2、Si3N4等。但研究發(fā)現(xiàn)，在非硅襯底上很難形成較大的晶粒，并且容易在晶粒間形成空隙。解決這一問題辦法是先用LpCVD在襯底上沉積一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜，因此，再結晶技術無疑是很重要的一個環(huán)節(jié)，目前采用的技術主要有固相結晶法和中區(qū)熔再結晶法。多晶硅薄膜電池除采用了再結晶工藝外，另外采用了幾乎所有制備單晶硅太陽能電池的技術，這樣制得的太陽能電池轉換效率明顯提高。