光伏材料问题解析

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1、1、何为3E问题？ 3E问题的解决途径是什么？解：3E :能源、经济、环境。解决的途径:（1 ）降低人口数量（2 ）降低能源的供给（3 ）寻找 替代能源2、AM0、AM1、AM1.5 的含义？解：AM0 :表示大气质量为0时的辐射，约为1.36kw/m2 ；AM1.5 :表示地球表面太阳光的平均辐射强度；AM1:太阳光正上方且恰好处于赤道上海拔为0时，太阳垂直入 射光为AM1。晴天AM1为1kw/m2.当太阳偏离正上方48和 60 时，大气质量分别为AM1.5和AM2.其值分别为844w/m2和 750w/m2.3、晶体的分类：离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。4、晶向表示方法：中括号X

2、YZ不可约分整数。5、单晶体定义：整块晶体内原子材料排列规律完全一致的晶体 是单晶体。6、多晶体定义：由许多取向不同的单晶体无规则的堆积而成的 晶体是多晶体。7、太阳能电池五个表征参数，定义数学表达式 解：短路电流:通过导线把电池的阴阳极直接相连，此时流过 导线的电流为短路电流，用ISC表示。开路电压：太阳能电池阴阳两极无导线相连，光电载流子只能 在P-N结两端产生电动势，为VCC最大输出功率：Pm=Vmlm填充因子：衡量太阳能电池整体性能的一个重要参数pm mFF = m=OC SC OC SC转换效率： = %*100% = XJm *100%P P8、太阳能转换效率及影响因素： ：半导体

3、材料都对应一个确定的禁带宽度，禁带宽度的大小决 定了吸收太阳光谱中的某一范围的光，出材料本身影响外，其他 影响因素包括：光损失、少数载流子复合、串联、并联电阻。 光损失：反射损失，抗反射膜：SiO2,TiO2 遮光损失：电池正面银电极极其金属栅线的存在会遮掉 510%的太阳光。微电极技术是解决此问题的方法，另一个方法 是使用点接触方式把太阳电池正负电极全部放到背面。透光损失：半导体材料最小厚极限间接带隙半导体比直接带隙 半导体需要更厚一些。2、载流子复合损失;内部复合：当太阳电池材料内部缺陷的情况 下，光生电子发生复合损失，称为内部复合损失。选择适当的参杂浓度，提高晶体的纯度，减少缺陷和杂质。

4、太阳电池工业中常用来将横扫体内复合技术有吸杂和钝化，吸 杂能有效提高搬动阿嚏材料质量，而钝化能减少晶体缺陷对载流3、电池半导体材料表面产生电子空穴对，没来得及参与导电就复合的过程就称为表面复合。硅表面生产一层介质膜(SiO2、Si3N4) 或氢原子钝化等，其效果是消除掉材料表面的悬挂界，减少载流 子在表面发生复合的机率。减少电极区复合可采用电极区掺杂浓 度来提高，降低少数载流子在电极区的浓度，从而降低了此区域 的复合机率。4、串、并联电阻损失：太阳电池内阻的存在会产生焦耳热损失, 串联电阻以及漏电流的存在都会降低填充因子FF而太阳电池转 化效率正比于FF，所以串并联电阻对太阳电池转化效率有影响

5、。 研究发现，较大的串联电阻和较小的并联电阻不会分别造成ISC 和VOC减少，加剧了转化效率降低。9、太阳能电池定义：太阳能电池是指能够把太阳光辐射能量直 接转化为电能的器件。10、什么是光伏效应？ 解：指光照到半导体P-N结上产生可输出功率的电势差的现象。11、光电效应：指光照到金属材料表面，金属类的自由电子吸收 光子的能量脱离金属来源，成为真空中的电子。从理论上金属光 电效应是可以做太阳能电池的，太阳能工业电池工业生产中一个 重要考虑是转换效率，理论上为1%，实际仅为0.0001%，光电 效应无法应用到现实中。12、详细叙述改良西门子方法与西门子方法的不同之处？ 解：改良西门子方法采用闭环

6、生产、尾气回收、循环利用、Sicl4 氢化工艺。西门子方法中反映排除H2和SiHcl3被回收利用，而 Sicl4和Hcl水溶液直接对外出售。第二代西门子生产流程将Sicl4 实现了循环回收利用，通过与冶金级硅反应生成SiHcl3,改良西 门子法利用活性炭吸附或者冷Sicl4溶解Hcl法回收得到干燥的 Hcl，因此，该Hcl可以通过直接应用到SiHcl3的合成中。13、改良西门子方法优点：改良西门子方法是目前占绝对优势 的主要方法，产量是世界的70%-80%，其工艺成熟，经验丰富， 产品质量高，国外用该法制备出纯度高为9-11 p的高纯硅；节 能：采用多对棒，大直径还原炉，流化床温度低可有效降低

7、还原 炉小号的电能；降低物耗：改良西门子方法对还原尾气进行了 有效的回收，这样就可以大大降低原材料的消耗；减少污染, 由于改良西门子法是一个闭路循环系统，多晶硅生产中的各种物 料得到充分利用，排出的废料极少，相对系统西门子法而言，污 染得到了控制，保护了环境；缺点：主要是工艺流程长；投资大;技术要求严格；SiHcl转化。13、简述尾气回收原理。解：SiHcl3氢气还原后，尾气系统中会产生H2,Hcl , SiHcl, Sicl4 等气体。对其尾气回收处理。SiHcl3分离：根据液化温度不同实 现SiHcl3分离SiHcl3液化温度在标准大气压下约为31BCSicl4 约为57.6C,尾气在一定

8、压力、温度、流量、液位下通过鼓泡 系统进行充分鼓、洗涤后，Sicl4和SiHcl3被冷凝到Sicl4储罐中， 而H2,Hcl气体液化温度较低，鼓泡系统的压力温度远远不能使 其冷凝，然后根据Sicl4和SiHcl3沸点不同，在分离塔中实现SiHcl3分离，回收进行氢气花反应过程中，Sicl4储存在储液罐中，然后被氧化成SiHcl3和氢气分离。将从鼓泡系统中出来的H2,Hcl以及少量的Sicl4升压后，在一定温度、压力及流量条件 下通过Sicl4作为吸收剂的吸收塔，在吸收剂作用下大部分Hcl 被吸收，H2被分离，微量的Hcl气体通过活性炭吸收柱被除去, 进而得到干净的H2, Hcl分离 在一定温度

9、压力以及流量条件下， 将Hcl从Sicl4中脱离出来，被脱吸出来的Hcl再次经过冷凝可 使Hcl气体中残余的Sicl4冷凝除去，从而获得可以用于SiHcl3 合成的原料Hcl。14、简述单晶硅、多晶硅太阳能电池的优缺点。解：单晶硅。优点：结晶完整，自由电子与空穴在内部移动不受 限制，产生电子空穴复合几率低，太阳效率高；缺点：将晶棒切 割曾晶柱的过程中，浪费一半的材料，成本高，价格昂贵。多晶硅。优点：透过较快速的方式让砂结晶提升出来，减少切片 所产生的损失，生产成本大大降低。缺点：由于多晶硅结晶时速 度较快，砂原子没有足够的时间形成罩一晶格，效率比较低，杂 质较多，结晶不完整，会造成光转换效率逐

10、渐衰退。15、何为杂质分凝现象？根据杂质分凝现象，判断直拉法制造硅棒工艺中氧杂质在硅棒头尾如何分布的？并讨论氧杂质如何 产生，以及去除其杂质的途径。由两种或两种以上的元素构成的固溶体，在熔体再结晶过程 中，浓度小的元素在浓度大元素晶体和熔体中浓度不同，此种现 象被称为分凝现象。根据氧杂质在硅中杂质分凝系数（1.2 ）大 于1,所以氧杂质在硅棒头部较多，而越向尾部其杂质越少。氧杂质的产生：高温下石英坩埚壁会与熔化太阳级硅发生反 应产生SiO,同时高温下石英坩埚也会发生脱氧反应产生SiO和 单质O。产生的氧原子绝大多数（98%）会以SiO的形式存在，少 量的氧原子则溶于熔硅中。这是单晶硅棒中氧杂质

11、的主要来源。SiO比较容易从熔硅表面挥发。挥发从来的SiO气体，会在 较冷的炉壁作用下凝结成颗粒并附着在上面。随着凝结颗粒的增 多，不可避免的会有少量SiO落入熔硅中。氧杂质的去除：为了避免SiO在炉壁的凝结，以及脱落的 SiO落入熔硅中，通常是持续通入保护气体氩气（Ar），在Ar 的输运下SiO由机械泵抽走；除了利用Ar带走SiO来减少氧杂 质外，降低坩埚的旋转速率和采用较大直径的坩埚也是降低氧杂 质的途径。16、什么是硅带？硅带有什么作用？解：硅带即为带状多晶硅，硅带生产技术省去了晶体硅的切片、 抛光和腐蚀等工序，大大降低太阳电池的成本。17、直拉单晶硅制造硅棒的流程是什么？ 解：加料、融

12、化熔接缩颈生成放肩生长等晶生成收 尾生长18、直拉单晶硅制造工艺中气压控制非常重要，那么气压高低对 硅棒品质或单晶炉安全有何影响？如何控制炉中气压？如果炉内气压远大于SiO饱和蒸汽压则从熔硅表面挥发从 来的SiO气体，会在较冷的炉壁作用下凝结成颗粒并附着在上 面。随着凝结颗粒的增多，不可避免的会有少量SiO落入熔硅中。如果炉内的气压为高真空状态，那么SiO从熔硅表面挥发就 会出现沸腾的现象，故而导致熔硅的飞溅损失，同时也给单晶的 生长带来不便。19、通常根据炉内气压高低来控制通入Ar的流量。一般情况下， 炉内的真空压力不小于650Pa，表面织构化的定义及意义是什 么？解：表面织构技术又被称为制

13、绒技术，是指通过某种技术方法在 电池表面制作出凹凸不平的形状，以达到太阳光线在表面的多次 反射（至少两次）增强晶体硅表面的对光的吸收。有效增强了入 射光的利用率，从而提高了光生电池密度，提高了太阳电池的转 化效率。20、腐蚀液的种类及成分？解：单晶硅腐蚀液NaOH，乙醇：作用机理是：（1）调节溶液浓 度（2异丙醇对腐蚀液中OH-向反应界面的输运起到缓冲作用， 减弱了 NaOH的腐蚀度（3）异丙醇也起到润湿硅表面的作用， 以获得均匀的可是效果，（4）异丙醇能够减小硅表面张力，有助 于加速反应产生的氢气从硅表面脱附多晶硅腐蚀液HNO3 , HF : HNO3作为氧化剂，在反应中提供 反应所需要的空

14、穴，与多晶硅反应在其表面形成致密的SiO2。SiO2不溶于HNO3起到隔离多晶硅作用。而HF起到络合作用， 与SiO2反应产生溶于水的H2SiF6络合物，从而实现多晶硅各向同性腐蚀。膜21、硅电池减反射膜的定义及意义？膜膜解：能够起到减少太阳光在硅表面反射的此种薄膜称为太阳电池 的减反射膜。光在薄膜表面的干涉原理，可以进一步减少光的反 射，使入射光的反射率从制绒后的10%15%降到3%5%， 更多的入射光透射到硅内，必然增加电池的短路电流，进而提高 电池的转化效率。22、硅电池片丝网印刷正面电极，背面印刷电极金属浆料分别是 什么？ 解：正面是银，背面是银(Ag)和铝(Al) 23、磷扩散过程中

15、大氮气、小氮气、氧气的作用分别是什么？ 解：小氮气的作用是携带扩散源进入石英管；大氮气的作用是把 小氮气带入的扩散源稀释并使管内扩散源分布均匀，同时在扩散 前后起到保护作用；氧气是反应气体，提高扩散源使用效率。24、磷扩散中硅表面会沉积磷硅玻璃，其成分是什么？ 解：P2O5 和 SiO225、多晶硅锭定向凝固法 解：该技术通过控制温度场的变化，形成单方向的热流，即固液界面处温度梯度大于零，而横向无温度梯度，从而实现垂直于液界面的定向生长的柱状晶体 26、太阳能电池的制造流程 解：基材选择表面织构化扩散制P-N结减反射膜制备 丝网印刷电极模组化及封装 27、半导体特性 解：把一块半导体的一边制成P型区，另一边制成N型区，则 在交界处附近形成一个具有特殊性能的薄层，一般称此薄层为此图为P-N结正向导通图。PN 结。I /28、太阳能电池等效电路如下：解：（为4”叫29、，禁带宽度硅所吸收9、太阳光谱中有3%的能量小于硅材料，禁带宽度硅所吸q 的太阳光能量中43%转化为热能，其余产生空穴对（假设一个 光子产生一对电子空穴对），产生电子空穴对中，有63.6%被引 出加载到负载上，试计算硅电池理论转化效率。解：n= ( 1-23% )* ( 1-43% ) *63.6%=27.9%30、一个1m2转换效率为18