关于电子技术下半导体太阳能电池工艺技术的浅析

摘 要：太阳电池在工作的过程中，光电转换效率并不只由本身的材料决定，还受到许多因素如：入射光反射，电极制作过程中金属半导体接触的质量，电池栅线遮光率等，这些都会使电池的效率下降。针对这些问题，文章探讨了利用工艺技术提高光电转换效率的主要途径。

关键词：太阳能电池；工艺技术

太阳电池光电转换效率受到许多因素的影响，各子电池材料的搭配生长很重要，这决定了电池对光的吸收转换能力。太阳电池在工作的过程中，光电转换效率并不只由本身的材料决定，还受到许多因素的影响。例如，电池表面的入射光反射，电极制作过程中金属半导体接触面积过大导致少子复合速度提高，电池栅线遮光等，这些都会使电池的效率下降。因此，优化器件制造后工艺，对于充分利用太阳能，提高太阳电池的光电转换效率及降低成本具有重要的意义。

针对以上问题，利用工艺技术提高光电转换效率的途径主要有：

一、合理设计栅线结构

如果栅线宽度较大（通常大于10微米）将造成遮光较大，电池填充因子较低，同时金属与半导体接触面积增大将使表面扩散浓度升高，进而影响表面钝化的效果。因此电极栅线的设计显得格外重要，如何使电极线分布广泛，进而快速有效地收集聚光时产生的高密度光生载流子，同时尽可能增大电极透光面积、减小电极电阻是设计的重点。根据现有工艺条件以及预先设定的电池参数（开路电压、短路电流密度、最佳工作点的输出电压和输出电流密度等）进行设计，合理的栅线结构可以将电极金属层电阻功率损耗，栅线遮挡造成的功率损耗，接触电阻功率损耗，接触层横向电阻功率损耗值降至最低。

二、在电池表面镀多层减反射膜

减反射膜是利用光在减反射膜的两侧处反射光存在位相差的干涉原理而达到减反射效果，可利用菲涅耳公式求得反射率。对于多层膜系，通常引入光学导纳的概念来分析多层光学薄膜的反射性质，将整个系统等效为一个单层膜，求出多层膜系的等效菲涅耳系数，从而求出反射率。膜系的反射率R取决于上面的膜层结构参数。一般情况下，垂直入射和入射光的光谱分布是已知的，因此可通过调整膜系的层数m和各层膜的光学厚度来得到最小的反射率。

太阳光分布在一个较大的波长范围内，因此，对太阳电池要求在一个较宽的光谱范围内有良好的减反射效果，使更多入射光能进入电池。多层减反膜能够在多个波长附近有好的减反射效果，这样就展宽了具有良好减反射效果的波长范围。为搭配具有良好光电转换能力的太阳能电池材料，减反射膜材料的选择必须满足以下几个条件：

（一）适宜的透明范围，在对应于各太阳能电池吸收层材料波段的光吸收系数最小，尽可能避免光子在进入吸收层前被吸收，浪费光能。

（二）良好的光学、化学稳定性，以保证其在高温聚光条件下或空间极端条件下仍可正常工作。

（三）与窗口层材料结合以及膜层之间的结合性能、牢固度好。

（四）保证膜层之间、膜与窗口层材料之间的折射率相匹配，这需要遵循麦克斯韦电磁方程组和菲涅耳公式进行多层膜系光学性质的推演，并不是随意的材料都可以进行组合，选择最恰当的材料折射率搭配才能达到最小的反射效果。

满足以上条件的双层膜系有很多，如TiO2/Al2O3、TiO2/SiO2、ZnS/MgF2或ZnS/ZnSe等。在地面应用中，对于III-V族级联电池，MgF2与ZnS组合的减反射膜能给出最佳的减反射效果。

今后，高效率电池的材料会随着资源开发的加剧越来越贵，在如何保证转换效率较高的情况下降低材料的成本就显得尤为重要，尽可能地增加入射光，研发新型减反射结构也是提升电池效率降低电池成本的一个有效途径。

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