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1、课程设计名称：微电子器件原理学院：电信学院班级：姓名： 学号：指导教师目录：摘要1关键词11、综述22.硅PN结太阳能电池42.1 PN结（PN junction）概念：42.2 Pn结工作性能：52.3 Pn结特性：52.4 发电原理：62.5 Pn结的光生伏特效应63. 硅的优点74. 太阳能电池P、N型两侧掺杂浓度Na和Nd太阳能电池截面积84.1太阳能电池I-V特性关系，特性曲线95. 如果PN结太阳能电池中电子和空穴寿命分别为 n=10s， p=0.5s，扩散常数分别为Dn=9.3cm2/s，Dp=2.5cm2/s，光生电流为IL=95mA，写出太阳能电池I-V特性关系，并画出特性曲
2、线6. 依据以上自身设计以及相关理论知识确定上述所设计的太阳能电池的最大输出功率是多少7. 总结：118. 个人体会：129. 参考文献13题目：硅PN结太阳能电池：【摘要】本文以单晶硅太阳能电池为主体，由单晶太阳能电池的发展历程出发，太阳电池是将太阳能转变成电能的半导体器件，从应用和研究的角度来考虑，其光电转换效率、输出伏安特性曲线及参数是必须测量的，而这种测量必须在规定的标准太阳光下进行才有参考意义。如果测试光源的特性和太阳光相差很远，则测得的数据不能代表它在太阳光下使用时的真实情况，甚至也无法换算到真实的情况，考虑到太阳光本身随时间、地点而变化，因此必须规定一种标准阳光条件，才能使测量结
3、果既能彼此进行相对比较，又能根据标准阳光下的测试数据估算出实际应用时太阳电池的性能参数。【关键词】单晶硅太阳能电池，陷光太阳能电池，背接触电池，丝网印刷商用电池，埋接触太阳能电池。 Abstract Based on the single crystal silicon solar battery as the main body, by the development course of single crystal silicon solar cells, solar cell is to convert solar energy into electrical energy of the
4、 semiconductor device, the application and the research perspective, the photoelectric conversion efficiency, output characteristic curve and parameters to be measured, and this must be measured in terms of the standard sun the light has reference significance. If the test the characteristics of the
5、 light source and the light of the sun far, then the measured data can not represent it in the sun when the truth, even cant converted to real situation, taking into account the sun itself with time, place and change, so we must define a standard sunshine conditions, can make the measurement results
6、 to each other relatively, but also according to the standard sun test data from the actual application solar cell performance parameters. Key words Monocrystalline silicon solar cells, light trapping solar battery, back contact cell, screen printing commercial batteries, a buried contact solar cell
7、1. 综述太阳能电池是最早的半导体功能器件，也是最清洁的可再生资源。早在19世纪80年代【1】，便出现了第一块薄膜硒电池，然而这些早期的器件和30年代流行的氧化亚铜器件一样，没有足够的发电效率，只能用于大面积的光电探测方面。20世纪50年代单晶硅技术的进展才使得在能量转换领域的应用成为可能。【2】虽然取得了一些进展，但是太阳能电池仍然太贵。50年代末硅太阳能电池在空间飞行器上的应用推动了太阳能电池的发展，形成了小型的产业规模以满足空间飞行器上用电池的需求。【3】由于产品的增加和工艺的改进，近三十年来地面上使用的太阳能电池的成本大幅度下降。随着对一系列薄膜电池的研究，成本得以进一步降低，可以预计
8、，未来将会有更广泛的应用。除了在小型远程供电领域的应用外，太阳能电池在大面积应用领域的竞争力日益增强。例如太阳光电资源在住宅区的应用就具有诱人的前景。特别是在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源短缺并造成环境污染的形势下，可持续发展战略普遍被世界各国接受。光伏能源以其具有充分的清洁性、绝对的安全性、资源的相对广泛性和充足性、长寿命以及免维护性等其它常规能源所不具备的优点，被认为是二十一世纪最重要的新能源。太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟
9、的，在应用中居主导地位。 本文将主要介绍晶体硅太阳能电池的发展过程，电池的设计和当前的研究方向等。在我们的日常生活中，经常看到或用到各种各样的物体，它们的性质是各不相同的。有些物体，如钢、银、铝、铁等，具有良好的导电性能，我们称它们为导体。相反，有些物体如玻璃、橡皮和塑料等不易导电，我们称它们为绝缘休(或非导体)。还有一些物体，如锗、硅、砷化稼及大多数的金属氧化物和金属硫化物，它们既不象导体那样容易导屯，也不象绝缘体那样不易导电，而是介于导体和绝缘体之间，我们把它们叫做半导体。绝大多数半导体都是晶体，它们内部的原子都按照一定的规律排列着。因此，人们往往又把半导体材料称为晶体，这也就是晶体管名称
10、的由来(意思是用晶体材料做的管子)。 物体的导电性能常用电阻率来表示。所谓电阻率，就是某种物体单位长度及单位截面积的体积内的电阻值。电阻率越小，越容易导电；反之，电阻率越大，越难导电。现在，假设这两块硅互相接触而形成一个结。连接之后没有对载流子运动有影响的物理障碍。在P型硅中就有大量过剩的空穴，而在N型硅中有大量过剩的电子。一些空穴就从P型硅中扩散到了N型硅中。一样的，也有一些电子从N型硅中扩散到了P型硅中。图1.8B就是扩散后的结果。许多载流子沿着结往两个方向扩散。两边的少数载流子的浓度都上升到超过靠单独掺杂能达到的水平。沿着结由扩散所造成的过剩的少数载流子被称为过剩少数载流子浓度。制造PN
11、结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等。制造异质结通常采用外延生长法。P型半导体（P指positive，带正电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴N型半导体（N指negative，带负电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子。 在 P 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的 。N 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半
12、导体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流子消失。因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区 。P 型半导体一边的空间电荷是负离子 ，N 型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子在界面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散 ，达到平衡。 在PN结上外加一电压 ，如果P型一边接正极 ，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过。如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是PN结的单向导电性。PN结加反向电压时 ，空间
13、电荷区变宽 ， 区中电场增强。反向电压增大到一定程度时，反向电流将突然增大。如果外电路不能限制电流，则电流会大到将PN结烧毁。反向电流突然增大时的电压称击穿电压。基本的击穿机构有两种，即隧道击穿（也叫齐纳击穿）和雪崩击穿，前者击穿电压小于6V，有负的温度系数，后者击穿电压大于6V，有正的温度系数。 PN结加反向电压时，空间电荷区中的正负电荷构成一个电容性的器件。它的电容量随外加电压改变。根据PN结的材料、掺杂分布、几何结构和偏置条件的不同，利用其基本特性可以制造多种功能的晶体二极管。如利用PN结单向导电性可以制作整流二极管、检波二极管和开关二极管，利用击穿特性制作稳压二极管和雪崩二极管；利用高
14、掺杂PN结隧道效应制作隧道二极管；利用结电容随外电压变化效应制作变容二极管。使半导体的光电效应与PN结相结合还可以制作多种光电器件。如利用前向偏置异质结的载流子注入与复合可以制造半导体激光二极管与半导体发光二极管；利用光辐射对PN结反向电流的调制作用可以制成光电探测器；利用光生伏特效应可制成太阳电池。此外，利用两个PN结之间的相互作用可以产生放大，振荡等多种电子功能 。PN结是构成双极型晶体管和场效应晶体管的核心，是现代电子技术的基础。在二级管中广泛应用。 PN结的平衡态,是指PN结内的温度均匀、稳定,没有外加电场、外加磁场、光照和辐射等外界因素的作用,宏观上达到稳定的平衡状态.PN结的形成物体的导电性能常用电阻率来表示。所谓电阻率，就是某种物体单位长度及单位截面积的体积内的电阻值。电阻率越小，越容易导电；反之，电阻率越大，越难导电。 导体、绝缘体的电阻率值随温度的影响而变化很小。但温度变化时，半导体的电阻率变化却很激烈；每升高1，它的电阻率下降达百分之几到百分之几十。不仅如此，当温度较高时，整体电阻甚至下降到很小，以致变成和导体一样。 在金属或绝缘体中，如果杂质含量不超过干分之一，它的电阻率变化是微不足道的。但半导体中含有杂质时对它的影响却很大。以锗为例，只要含杂质一千万分之一，电阻率就
