5．晶體硅太陽電池及材料
引言
    1839年，法國Becqueral第一次在化學電池中觀察到光伏效應。1876年，在固態硒（Se）的系統中也觀察到了光伏效應，隨后開發出Se／CuO光電池。有關硅光電他的報道出現于1941年。貝爾實驗室Chapin等人
1954年開發出效率為6％的單晶硅光電池，現代硅太陽電池時代從此開始。硅太陽電他于1958年首先在航天器上得到應用。在隨后10多年里，硅太陽電池在空間應用不斷擴大，工藝不斷改進，電他設計逐步定型。這是硅太陽電池發展的第一個時期。第二個時期開始于70年代初，在這個時期背表面場、細柵金屬化、淺結表面擴散和表面織構化開始引人到電池的制造工藝中，太陽電池轉換效率有了較大提高。與此同時，硅太陽電池開始在地面應用，而且不斷擴大，到70年代未地面用太陽電池產量已經超過空間電池產量，并促使成本不斷降低。 80年代初，硅太陽電他進入快速發展的第三個時期。這個時期的主要特征是把表面鈍化技術、降低接觸復合效應、后處理提高載流子壽命、改進陷光效應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，商業化生產成本進一步降低，應用不斷擴大。
    在太陽電他的整個發展歷程中，先后出現過各種不同結構的電池，如肖特基（Ms）電池，M1S電池，MINP電他；異質結電池（如ITO（n）／Si（p），a-Si／c-Si，Ge／Si）等，其中同質p-n結電池結構自始至終占主導
地位，其它結構對太陽電他的發展也有重要影響。
    以材料區分，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，由于硅是地球上儲量第二大元素，作為半導體材料，人們對它研究得最多、技術最成熟，而
且晶硅性能穩定、無毒，因此成為太陽電池研究開發、生產和應用中的主體材料。
1   晶硅電他的技術發展
1．1地面應用推動各種新型電池的出現和發展
    晶硅電池在70年代初引入地面應用。在石油危機和降低成本的推動下，太陽電池開始了一個蓬勃發展時期，這個時期不但出現了許多新型電池，而且引入許多新技術。例如：
    （1）背表面電場（BSF）電池――在電他的背面接觸區引入同型重摻雜區，由于改進了接觸區附近的收集性能而增加電他的短路電流；背場的作用可以降低飽和電流，從而改善開路電壓，提高電池效率。
    （2）紫光電他一一這種電池最早（1972）是為通信衛星開發的。因其淺結（0．1一0．2μm）密柵（30／cm）、減 反射（Ta2O5―短波透過好）而獲得高效率。在一段時間里，淺結被認為是高效的關鍵技術之一而被采用。
    （3）表面織構化電池――也稱絨面電池，最早（1974）也是為通訊衛星開發的。其AM0時電池效率η≥15％，AMI時η＞18％。這種技術后來被高效電他和工業化電池普遍采用。
    （4）異質結太陽電池――即不同半導體材料在一起形成的太陽電池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，制作電池工藝簡單，曾引起許多研究者的興趣。目前因效率不高等問題研究者已不多，但SnO2、In2O3、（1n2O3＋SnO2）是許多薄膜電他的重要構成部分，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結類似。
     其中i層起到減少表面復合的作用。經過改進的M1S電池正面有20一40μm的SiO2膜，在膜上真空蒸發金屬柵線，整個表面再沉積SiN薄膜。SiN薄膜的作用是：①保護電池，增加耐候性；②作為減反射層（ARC）；降低薄膜復合速度：①在p-型半導體一側產生一個n型導電反型層。對效率產生決定性影響的是在介電層中使用了銀。該電池優點是工藝簡單，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結的結合，其中氧化層對表面和晶界復合起抑制作用。這種電池對后來的高效電池起到過渡作用。
    （7）聚光電池――聚光電他的特點是電池面積小，從而可以降低成本，同時在高光強下可以提高電池開路電壓，從而提高轉換效率，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的點接觸聚電池，其結構與非聚光點接觸電池結構相同，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，使體內復合進一步降低。這種電池在140個太陽下轉換效率達到26．5％。
1．2晶硅太陽電池向高效化和薄膜化方向發展
      晶硅電池在過去20年里有了很大發展，許多新技術的采用和引入使太陽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構和技術來改進電池性能，如背表面場，淺結，絨面，氧化膜鈍化，Ti／Pd金屬化電極和減反射