1、物理雙月刊（廿七卷五期）2005年10月 PAGE 750超高效率太陽電池從愛因斯坦的光電效應(yīng)談起文/蔡進譯本文將介紹紹并討論論光電效效應(yīng)與光光伏特效效應(yīng)的關(guān)關(guān)系，和和他們在在太陽電電池的應(yīng)應(yīng)用。并并將針對對現(xiàn)在還還在研發(fā)發(fā)階段的的超高效效率太陽陽電池，做做一簡單單、深入入且廣泛泛的介紹紹。一、前言一般而言，只只要提起起愛因斯斯坦這位位家喻戶戶曉的偉偉大人物物，一般般人就會會馬上聯(lián)聯(lián)想到相相對論。至至于其特特殊相對對論所提提到的想想法，譬譬如說，若若物體跑跑的越快快，則時時間變的的越慢，長長度變的的越短，和和重量變變的越重重，更是是令一般般人深感感迷惑。而而愛因斯斯坦最有有名的公公式E = m

2、mc2和他個個人與原原子彈的的發(fā)展之之種種瓜瓜葛，更更足以說說明他在在二十世世紀的歷歷史地位位。一般般咸認，二二十世紀紀物理發(fā)發(fā)展有二二個最重重要的指指標：量量子力學學和相對對論。量量子力學學是一群群物理學學家的集集體創(chuàng)作作，而相相對論卻卻可以說說大部分分是愛因因斯坦個個人的智智慧結(jié)晶晶。有趣趣且費解解的是，在在19221 年年諾貝爾爾物理獎獎頒給愛愛因斯坦坦的理由由，主要要是他在在光電效效應(yīng)的貢貢獻，卻卻沒有只只字提到到相對論論。當然然光電效效應(yīng)是跟跟量子力力學有關(guān)關(guān)，也就就是說，當當時諾貝貝爾物理理獎單位位認為愛愛因斯坦坦在量子子力學的的貢獻是是遠大于于他的相相對論。這這是因為為在當時時，

3、有些些人還是是不能接接受愛因因斯坦相相對論，甚甚至有人人還寫一一本書【一一百個反反對愛因因斯坦的的理由】，當當然愛因因斯坦還還是以他他一貫充充滿智慧慧的言語語予以響響應(yīng)說“假如我我是錯的的，一個個理由就就夠了”。同樣樣的，直直到現(xiàn)在在，或許許有人對對于諾貝貝爾獎頒頒給愛因因斯坦主主要是他他在光電電效應(yīng)的的貢獻，卻卻沒有只只字提到到相對論論，仍覺覺不可思思議。但但是若從從光電效效應(yīng)及其其后續(xù)所所衍生的的相關(guān)應(yīng)應(yīng)用太陽陽電池，其其對目前前人類的的實質(zhì)的的貢獻，還還可能是是遠遠大大于相對對論，我我們可以以說，諾諾貝爾獎獎單位還還真是有有難得胡胡涂的先先見之明明。本文文將對太太陽電池池，尤其其是現(xiàn)在在

4、還在研研發(fā)階段段的超高高效率太太陽電池池，做一一簡單、深深入且廣廣泛的介介紹。二、光電效效應(yīng)與太太陽電池池光電(phhotooeleectrric)效應(yīng)是是在18887年年由 HHeinnricch HHerttz實驗驗發(fā)現(xiàn)的的。而在在19005年，愛愛因斯坦坦使用光光子(pphotton)的概念念，在理理論上予予以成功功的解釋釋。光電電效應(yīng)一一般而言言是描述述光子射射到金屬屬表面，金金屬內(nèi)的的電子吸吸收足夠夠的光子子能量，離離開金屬屬，成為為真空中中的自由由電子。在在實驗設(shè)設(shè)置上的的，通常常是用二二個金屬屬和一個個電壓電電源連接接起來，照照光的金金屬當陰陰極放射射器(ccathhodee e

5、mmittter)，不照照光的金金屬當陽陽極接收收器 (anoode colllecctorr)，外外加電壓壓讓照光光后逃離離金屬的的束縛的的電子從從陰極跑跑到陽極極，形成成光電流流 (pphottocuurreent)。光電電效應(yīng)最最直接的的應(yīng)用就就是用來來偵測光光的光倍倍增器 (phhotoomulltipplieer)。我們知道，金金屬的電電子能帶帶結(jié)構(gòu)和和半導(dǎo)體體或絕緣緣體不一一樣，因因為電子子可以自自由運動動的導(dǎo)帶帶和電子子參與鍵鍵結(jié)的價價帶是重重迭的，也也就是說說，金屬屬內(nèi)參與與鍵結(jié)的的電子是是可以自自由運動動的導(dǎo)電電電子。而而金屬內(nèi)內(nèi)的電子子能帶結(jié)結(jié)構(gòu)有二二個重要要的物理理參數(shù)，

6、費費米能 (Feermii ennerggy) 和真空空能階 (vaacuuum lleveel)，真真空能階階和費米米能的能能量差就就是所謂謂的功函函數(shù) (worrk ffuncctioon) 能量。簡簡單的說說，在溫溫度0KK時，費費米能是是指金屬屬內(nèi)的電電子占據(jù)據(jù)的最高高能階。也也就是說說，在溫溫度0KK時，費費米能以以下，填填滿電子子，費米米能以上上，沒有有電子。功功函數(shù)則則是金屬屬內(nèi)的正正電背景景離子對對電子的的凈束縛縛能，若若電子脫脫離金屬屬的束縛縛而躍升升至真空空能階，自自然是變變成真空空中的自自由電子子。通常常有二種種方式可可以讓電電子獲得得額外的的能量，脫脫離金屬屬的束縛縛，

7、而躍躍升至真真空能階階。一是是加熱，電電子吸收收聲子的的能量，產(chǎn)產(chǎn)生熱離離子放射射(thhermmoioonicc emmisssionn)，或或是照光光，電子子吸收光光子的能能量，產(chǎn)產(chǎn)生光電電效應(yīng)。當然，理論論上利用用金屬的的光電效效應(yīng)也可可以用來來當太陽陽電池。有有光照的的金屬，其其電子吸吸收光子子的能量量，從費費米能下下的低能能階提升升至費米米能上的的高能階階，當然然如果光光子能量量大于功功函數(shù)，電電子就會會提升至至真空能能階，成成為真空空中的自自由電子子。而我我們知道道，電子子的能量量分布二二個重要要的物理理參數(shù)：化學勢勢(chhemiicall pootenntiaal) 和溫度度。

8、吸收收光子至至高能階階的電子子，經(jīng)由由電子-電子碰碰撞，就就會提高高整個金金屬電子子的化學學勢與溫溫度。也也就是說說，有光光照的金金屬其化化學勢會會稍微大大于沒有有光照的的金屬的的化學勢勢。因此此，有光光照的和和無光照照的二金金屬之間間存在一一個電壓壓差，也也就是太太陽電池池開路電電壓。當當有光照照的和無無光照的的二金屬屬間用導(dǎo)導(dǎo)線連接接時，光光照金屬屬端真空空能階的的自由電電子，就就會因這這電壓差差的驅(qū)使使，從陰陰極放射射器傳輸輸至陽極極接收器器，形成成光電流流，也就就是太陽陽電池的的短路電電流。然而，利用用金屬的的光電效效應(yīng)來做做太陽電電池的最最大物理理限制，乃乃在于一一般金屬屬的功函函數(shù)

9、大部部分在33至5eVV之間，因因此只有有能量是是紫外線線以上的的光子才才能被吸吸收來產(chǎn)產(chǎn)生光電電流，而而太陽光光紫外線線以上的的輻射只只占整體體的很小小部分。也也就是說說，金屬屬光電效效應(yīng)的太太陽電池池其最大大光-電轉(zhuǎn)換換效率可可能不超超過1% ，而而實際實實驗的結(jié)結(jié)果，更更只有約約0.0001%。我們們可以結(jié)結(jié)論地說說，利用用金屬的的光電效效應(yīng)來做做太陽電電池，其其輸出電電流甚微微小，而而輸出電電壓也不不很大，因因此輸出出的電功功率是沒沒辦法作作實際應(yīng)應(yīng)用的。就像是金屬屬真空管管二極管管被半導(dǎo)導(dǎo)體固態(tài)態(tài)二極管管取代一一樣，至至今絕大大部分的的太陽電電池使用用半導(dǎo)體體材料，而而非今屬屬材料。

10、太太陽電池池是應(yīng)用用半導(dǎo)體體的光伏伏特效semiconductorIncident light(a) Photoelectric effect(b) Dember effectn-typesemiconductorp-typesemiconductor(c) Photovoltaic effect應(yīng)應(yīng)，而不不是金屬屬的光電電效應(yīng)，雖雖然二者者在原理理上是類類似的。在在金屬的的光電效效應(yīng)中，光光子的能能量被吸吸收，讓讓電子從從費米能能附近躍躍升至真真空能階階。而在在半導(dǎo)體體的光伏伏特效應(yīng)應(yīng)中，光光子的能能量被吸吸收，讓讓電子從從價帶躍躍過能隙隙至導(dǎo)帶帶。一般般的半導(dǎo)導(dǎo)體能隙隙約為112eeV，其

11、其可吸引引的光是是紅外線線或可見見光，semiconductorIncident light(a) Photoelectric effect(b) Dember effectn-typesemiconductorp-typesemiconductor(c) Photovoltaic effect圖一、(aa) 光光電效應(yīng)應(yīng)、(bb)Deembeer效應(yīng)應(yīng)、(cc) 光光伏特效效應(yīng)的簡簡單示意意圖。然遠超過于于金屬的的。另外外半導(dǎo)體體可以傳傳導(dǎo)電的的，除了了帶負電電荷的導(dǎo)導(dǎo)帶的電電子，還還有帶正正電荷的的價帶的的電洞 (也就就是價帶帶中能態(tài)態(tài)空缺)，這種種雙極性性的導(dǎo)電電，也是是金屬不不具有的的

12、特性。三、光伏特特效應(yīng)與與太陽電電池如果純粹是是望文生生義的話話，任何何器件只只要能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換入射射光子的的能量而而直接產(chǎn)產(chǎn)生輸出出電壓，就就可稱為為光伏特特效應(yīng) (phhotoovolltaiic eeffeect) 。當當然這樣樣的定義義不是很很精確。譬譬如說，半半導(dǎo)體的的Demmberr 效應(yīng)應(yīng) (或稱稱為 pphottodiiffuusioon 效效應(yīng)) 也能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換入射射光子的的能量而而直接產(chǎn)產(chǎn)生輸出出電壓。Dember效應(yīng)是描述當光照到半導(dǎo)體表面，光子被吸收產(chǎn)生電子-電洞對，半導(dǎo)體表面的載子濃度增加因而向半導(dǎo)體內(nèi)擴散，但因電子和電洞的擴散系數(shù)不一樣，電子和電洞在空間的分布就不相等，也因此

13、會在分布不均的電子和電洞間產(chǎn)生內(nèi)建電場，這內(nèi)建電場產(chǎn)生的總和效應(yīng)，就成為實驗所量測到的Dember 電壓。也就是說，光照到半導(dǎo)體被吸收也會因Dember效應(yīng)產(chǎn)生Dember電壓。但一般而言，半導(dǎo)體的Dember效應(yīng)不是很顯著，如果器件的金屬接觸不是良好的奧姆接觸(ohmic contact)，則金屬-半導(dǎo)體形成的Schottky接觸之光伏特效應(yīng)會遠超過純粹半導(dǎo)體的Dember效應(yīng)。也就是說，量測到的輸出電壓會是金屬-半導(dǎo)體二極管的光伏特效應(yīng)，而非純粹半導(dǎo)體的Dember效應(yīng)。而除了Dember 效應(yīng)外，還有另一種物理化學機制光電化學效應(yīng)(photoelectrochemical effect)

14、也可以經(jīng)照光后產(chǎn)生電壓，但這一效應(yīng)一般而言，因為須要用到電解質(zhì)(electrolyte)，且涉及化學反應(yīng)，因此本文除了針對近來相當熱門的染料感光電池dye-sensitized solar cell (DSC)做一簡單介紹外，其它利用光電化學效應(yīng)的太陽電池，就不在此做深入探討。光伏特效應(yīng)應(yīng)一般而而言是指指光子射射到半導(dǎo)導(dǎo)體p-n二極管管后，pp-n二極管管的二端端電極，產(chǎn)產(chǎn)生可輸輸出功率率的電壓壓伏特值值。這詳詳細的過過程包括括光子射射到半導(dǎo)導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生電子子-電洞對對，電子子和電洞洞因半導(dǎo)導(dǎo)體p-n接面形形成的內(nèi)內(nèi)建電場場作用而而分離，電電子和電電洞往相相反的方方向各自自傳輸至至二端電電極來

15、輸輸出。所所以光伏伏特效應(yīng)應(yīng)一般是是跟p-n二極管管有關(guān)的的。若以以硅晶體體為例，n-型硅是指加入V族的元素(如磷)做為施體(donor)，提供導(dǎo)帶電子。p-型硅則是指加入III族的元素(如硼)做為受體(donor)，提供價帶電洞。如此半導(dǎo)體便可以有四種帶電荷的粒子：帶負電荷的電子，帶正電荷的電洞，帶負電荷的受體離子，和帶正電荷的施體。前二者是可動的，而后二者是不可動的。尚未接觸前，n-型或是p-型半導(dǎo)體都是維持各自的電中性 (charge neutrality)，也就是說，n-型半導(dǎo)體中，施體離子所帶正電荷，約等于電子(n-型之多數(shù)載子) 所帶負電荷。p-型半導(dǎo)體中，受體離子所帶負電荷，約等

16、于電洞(p-型之多數(shù)載子) 所帶正電荷。n-型和p-型半導(dǎo)體接觸，形成p-n接面 (junction)。在接面附近，電子會從濃度高的n-型區(qū)擴散至濃度低的p-型區(qū)，而相對地，電洞會從濃度高的p-型區(qū)擴散至濃度低的n-型區(qū)。如此一來，在接面附近的區(qū)域，其電中性便會被打破。n-型區(qū)在接面附近會有施體正離子裸露而產(chǎn)生正電荷區(qū)，而p-型區(qū)在接面附近會有受體負離子裸露而產(chǎn)生負電荷區(qū)。n-型區(qū)正電荷區(qū)和p-型區(qū)負電荷區(qū)就總稱為空間電荷區(qū) (space charge region)。因為施體正離子和受體負離子都是固定于晶格中，因此n-型區(qū)正電荷區(qū)和p-型區(qū)負電荷區(qū)就會形成一個內(nèi)建 (built-in)電場，

17、這空間電荷區(qū)的內(nèi)建電場其方向是從n-型區(qū)指向p-型區(qū)。如果入射光子在空間電荷區(qū)被吸收產(chǎn)生電子-電洞對，電子會因為內(nèi)建電場的影響而向n-型區(qū)漂移 (drift)，而相對地，電洞會因為內(nèi)建電場的影響而向p-型區(qū)漂移。也就是說，入射光子在空間電荷區(qū)被吸收產(chǎn)生電子和電洞，因為內(nèi)建電場的影響而產(chǎn)生從n-型區(qū)向p-型區(qū)的漂移電流，就是所謂的光電流 (photocurrent)。光伏特效應(yīng)中的光電流，其流向是從n-型區(qū)向p-型區(qū)，這對p-n二極管而言，這剛好是反向偏壓 (reverse bias)的電流方向。光伏特效應(yīng)應(yīng)中，pp-n接面區(qū)區(qū)的空間間電荷區(qū)區(qū)的內(nèi)建建電場之之功用就就是使入入射光子子被吸收收產(chǎn)生

18、電電子-電洞對對在復(fù)合合 (rrecoombiinattionn) 前前被分開開，而產(chǎn)產(chǎn)生光電電流。光光電流再再經(jīng)由pp-n二極管管的金屬屬接觸 (meetall coontaact) 傳輸輸至負載載，這也也就是光光伏特電電池(pphottovooltaaic celll或PV celll) 的基本本工作原原理。如如果將照照光的pp-n二極管管二端的的金屬接接觸用金金屬線直直接連接接，就是是所謂的的短路 (shhortt ciircuuit)，金屬屬線的短短路電流流 (sshorrt-ccirccuitt cuurreent) 就是是等于光光電流。若若照光的的p-n二極管管二端的的金屬不不相連

19、，就就是所謂謂的開路路 (oopenn ciircuuit)，則光光電流會會在p-型區(qū)累累積額外外的電洞洞，n-型區(qū)累累積額外外的電子子，造成成p-端金屬屬接觸較較n-端金屬屬接觸有有一較高高的電位位勢，也也就是開開路電壓壓 (oopenn-ciircuuit volltagge)，這這開路電電壓也被被稱是光光電壓 (phhotoovolltagge)，這這也是光光伏特 (phhotoovolltaiics) 這一一詞的由由來。當然，入射射光并不不只有在在空間電電荷區(qū)內(nèi)內(nèi)被吸收收才會產(chǎn)產(chǎn)生光電電流。光光子在pp-n二極管管的其它它區(qū)域中中被吸收收，就是是所謂的的準電中中性(qquassi-nn

20、euttrall)區(qū)域域，也能能貢獻光光電流。只只是準電電中性區(qū)區(qū)的光電電流是擴擴散電流流，而不不是漂移移電流，而而這擴散散電流是是由少數(shù)數(shù)載子決決定的，多多數(shù)載子子并不參參與。也也就是說說，n-型準電電中性區(qū)區(qū)域的少少數(shù)載子子電洞，其其在接近近空間電電荷區(qū)的的地方會會向到pp-型區(qū)因因而濃度度降低，因因此n-型準電電中性區(qū)區(qū)域的內(nèi)內(nèi)電洞就就會形成成往p-型區(qū)方方向的擴擴散電流流。同理理，p-型準電電中性區(qū)區(qū)域的少少數(shù)載子子電子，其其在接近近空間電電荷區(qū)的的地方會會跑向nn-型區(qū)因因而濃度度降低，因因此p-型準電電中性區(qū)區(qū)域的內(nèi)內(nèi)電子就就會形成成往n-型區(qū)方方向的擴擴散電流流?？偨Y(jié)結(jié)而言，p-

21、n二極管的光伏特效應(yīng)中的光電流，其主要來自于三個物理機制：空間電荷區(qū)內(nèi)電子和電洞的漂移電流，n-型準電中性區(qū)域少數(shù)載子電洞的擴散電流，和p-型準電中性區(qū)域的少數(shù)載子電子的擴散電流。一般而言，光光伏特電電池組件件的所涉涉及的物物理機制制和過程程是相當當復(fù)雜，而而且隨著著組件的的材料和和結(jié)構(gòu)的的不同而而有所差差異。但但總的來來說，任任何光伏伏特電池池組件的的運作須須要有三三個必要要條件：一、入射光光子被吸吸收產(chǎn)生生電子-電洞對對。二、電子-電洞對對在復(fù)合合前被分分開。三、分開的的電子合合電洞傳傳輸至負負載。對p-n半半導(dǎo)體二二極管而而言，入入射光子子被吸收收產(chǎn)生電電子-電洞對對是取決決于導(dǎo)帶帶和價

22、帶帶間的帶帶間光吸吸收系數(shù)數(shù) (iinteerbaand abssorpptioon ccoeffficciennt)，而而導(dǎo)帶或或價帶自自身之內(nèi)內(nèi)的帶內(nèi)內(nèi)光吸收收系數(shù) (inntraabannd aabsoorpttionn cooeffficiientt) 則則是不會會產(chǎn)生電電子-電洞對對的?？湛臻g電荷荷區(qū)內(nèi)施施體正離離子和受受體負離離子形成成的內(nèi)建建電場，是是提供電電子-電洞對對分開的的物理條條件。半半導(dǎo)體的的金屬接接觸則是是將分開開的電子子合電洞洞傳輸至至負載。而而須注意意的是，這這三要件件也往往往是決定定設(shè)計光光伏特電電池效率率高低的的重要因因素。太陽電池(sollar celll)

23、是是指任何何器件能能經(jīng)吸收收太陽光光直接產(chǎn)產(chǎn)生輸出出電功率率(ellecttricc poowerr)。因因為電功功率是電電壓和電電流的乘乘積，太太陽電池池吸收太太陽光直直接同時時輸出電電壓和電電流到，簡簡單的說說，太陽陽電池吸吸收太陽陽光就能能產(chǎn)生一一般電池池的功能能。這里里要強調(diào)調(diào)的是直直接。光光伏特電電池只是是太陽電電池的一一種。因因為市售售太陽電電池幾乎乎都是光光伏特電電池，因因此除非非特殊情情況，太太陽電池池和光伏伏特電池池這兩個個名詞通通常是互互用。四、太陽電電池的基基本結(jié)構(gòu)構(gòu)與種類類太陽能應(yīng)用用系統(tǒng)的的最基本本單位就就是太陽陽電池(celll)。一一般而言言，單一一硅太陽陽電池的

24、的輸出電電壓約為為0.55V上下下，其最最大輸出出的功率率和太陽陽電池本本身的效效率與表表面積有有關(guān)。譬譬如說，一一個效率率15%、4吋的太太陽電池池，最大大輸出功功率約為為1.55W。就就是因為為單一太太陽電池池輸出電電壓和輸輸出功率率對大部部分的電電器產(chǎn)品品相信偏偏低，因因此一般般的應(yīng)用用，尤其其是要和和一般用用電兼容容或配合合的應(yīng)用用，就會會將多個個太陽電電池并聯(lián)聯(lián)和串聯(lián)聯(lián)起來形形成模塊塊(moodulle)，其其中串聯(lián)聯(lián)的功用用，是為為了提高高輸出電電壓，而而并聯(lián)的的功用，是是為了增增加輸出出功率。同同樣的道道理，若若需要再再提高模模塊的輸輸出電壓壓或輸出出功率，多多個模塊塊并聯(lián)或或串

25、聯(lián)起起來就形形成數(shù)組組(arrrayy)。而而一般太太陽能應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng) (ssysttem)，不僅僅只有電電池、模模塊、或或數(shù)組，還還可能包包括儲電電裝置 (sttoraage devvicees)、功功率調(diào)節(jié)節(jié)器 (powwer conndittionner)、和安安裝固定定結(jié)構(gòu) (moounttingg sttruccturres)，這些些接口設(shè)設(shè)備，統(tǒng)統(tǒng)稱為平平衡系統(tǒng)統(tǒng) (bbalaancee off syysteems)。底下下，我們們就簡單單地介紹紹太陽電電池的基基本結(jié)構(gòu)構(gòu)，因為為這是了了解太陽陽電池工工作原理理、制造造程序，甚甚至研究究發(fā)展的的第一步步。隨著不同材材料和制制造程序序

26、，太陽陽電池就就有不同同的結(jié)構(gòu)構(gòu)。但歸歸納而言言，太陽陽電池最最基本的的結(jié)構(gòu)可可分為基基板、pp-n二極管管、抗反反射層、和和金屬電電極四個個主要部部分。簡簡單的說說，基板板 (ssubsstraate) 是太太陽電池池的主體體，p-n二極管管是光伏伏特效應(yīng)應(yīng)的來源源，抗反反射層乃乃在減少少入射光光的反射射來增強強光電流流，金屬屬電極則則是連接接組件和和外界負負載。所謂的inngott-baasedd的太陽陽電池是是使用芯芯片(wwafeer)當當基板，芯芯片本身身就是光光伏特的的作用區(qū)區(qū)。因為為是用芯芯片作基基板，一一般就使使用擴散散 (ddifffusiion) 制程程技術(shù)，在在p-型芯片

27、片做n-型擴散散，或在在n-型芯片片做p-型擴散散，形成成p-n二極管管。單晶晶硅和多多晶硅太太陽電池池都是iingoot-bbaseed，其其芯片是是由硅iingoot切割割而得。工工業(yè)界使使用的太太陽電池池硅芯片片，大都都是p-型。當當然硅芯芯片的制制造，不不一定非非由inngott切割不不可，也也有其它它特殊的的方式，如如ribbbonn或sheeet制制造方式式。而薄膜太陽陽電池則則可以使使用玻璃璃、塑料料、陶瓷瓷、石墨墨，金屬屬片等不不同材料料當基板板，非晶晶或多晶晶的薄膜膜光伏特特組件則則長在基基板上，基基板本身身并不參參與光伏伏特作用用。在薄薄膜太陽陽電池制制造上，則則可使用用各

28、式各各樣的 depposiitioon技術(shù)術(shù)，一層層又一層層地把pp-型或n-型材料料長上去去。常見見的薄膜膜太陽電電池有非非晶硅、CuInSe2 (CIS)、CuInGaSe2 (CIGS)、和CdTe。隨著薄膜技術(shù)的發(fā)展，microcrystalline，甚至nanocrytalline硅薄膜也被研究開發(fā)。薄膜太陽電池最大優(yōu)點就是生產(chǎn)成本較低，但相對的，其效率和穩(wěn)定度的問題也尚待解決。像III-V族(如GaAAs、InPP、GaNN)的太太陽電池池，則是是使用不不同的eepittaxyy的技術(shù)術(shù)，像 mettal-orgganiic cchemmicaal vvapoor ddepoosi

29、ttionn (MMOCVVD)，或或 moolecculaar bbeamm eppitaaxy (MBBE)方方法，將將p-型和n-型晶體體直接長長在芯片片基板上上，而基基板本身身通常也也不參與與光伏特特作用。而而這樣的的epiitaxxy長晶晶方式的的優(yōu)點，則則在組件件結(jié)構(gòu)可可以非常常的多樣樣化，例例如像異異接面、多多接面、量量子井、量量子點、和和超晶格格等結(jié)構(gòu)構(gòu)。也因因如此，III-V族太陽電池通常是有較高的效率，但其生產(chǎn)成本也相對的偏高。太陽電池的的光照面面一般都都會有抗抗反射層層或teextuure結(jié)結(jié)構(gòu)，來來減少入入射陽光光的反射射。如果果沒有這這樣的話話，入射射陽光會會有約33

30、0%的的反射損損失，這這對太陽陽電池而而言是相相當嚴重重的。硅硅晶太陽陽電池一一般是使使用氮化化硅(SSiN)來形成成抗反射射層，它它不僅能能有效的的減少入入射光的的反射，而而且還有有passsivvatiion的的作用，甚甚至能保保護太陽陽電池，有有防刮傷傷、防濕濕氣等功功能。除除了使用用抗反射射層外，一一般單晶晶硅的太太陽能電電池，其其光照面面之表面面都會先先經(jīng)過ttextturee的處理理，來更更進一步步地減少少入射陽陽光的反反射。這這texxturre處理理，會在在表面留留下如同同大大小小小金字字塔(ppyraamidd)結(jié)構(gòu)構(gòu)，讓入入射光至至少要經(jīng)經(jīng)過芯片片表面的的二次反反射，因因此

31、就大大大的減減低入射射光經(jīng)過過第一次次反射就就折回的的機率。須須注意的的是，因因texxturre金字字塔的大大小約數(shù)數(shù)個m，而一一般n-型擴散散的深度度只有00.5m左右，所所以p-n二極管管實際上上是形成成于teextuure金金字塔的的表面。太陽電池須須要金屬屬電極來來連接外外界的電電路。一一般而言言，不照照光和照照光的表表面，都都有二條條平行條條狀金屬屬電極來來提供外外界聯(lián)機機的焊接接處。不不照光的的表面通通常會全全部涂上上一層所所謂的bbackk suurfaace fieeld (BSSF) 金屬層層，而照照光的表表面，會會從條狀狀金屬電電極，伸伸展出一一列很細細的金屬屬手指(fi

32、nngerr)。BSFF金屬層層的可以以增加載載子的收收集，還還可回收收沒有被被吸收的的光子。金金屬fiingeer的設(shè)設(shè)計，除除了要能能有效地地收集載載子，而而且要盡盡量減少少金屬線線遮蔽入入射光的的比例，因因照光面面的金屬屬線通常常會遮蔽蔽355%的入入射光。太太陽電池池金屬電電極的材材料通常常是鋁和和其它金金屬的合合金，但但在薄膜膜太陽電電池，為為了達成成一體成成型 (monnoliithiicallly) 的要要求，因因而上層層金屬電電極則會會使用透透明導(dǎo)電電的氧化化物trranssparrentt coonduuctiing oxiide (TCCO)。必須注意的的是，有有別于一一般

33、平板板(fllat plaate)模塊的的結(jié)構(gòu)可可，太陽陽電池還還可以使使用額外外的聚光光器 (conncenntraatorr) 來來增加入入射光的的強度。聚聚光器可可以是一一般透鏡鏡，或是是特殊結(jié)結(jié)構(gòu)的FFressnell透鏡，或或甚至是是Freesneel zzonee pllatee。聚光光器的使使用，可可以大幅幅的提高高系統(tǒng)光光照的有有效面積積。但因因聚光器器的要求求太陽電電池的正正射，因因此應(yīng)用用上必須須配合ttracckinng系統(tǒng)統(tǒng)。五、太陽電電池的工工作原理理太陽電池吸吸收太陽陽光就能能產(chǎn)生一一般電池池的功能能。但是是和一般般傳統(tǒng)的的電池不不一樣的的是，一一般傳統(tǒng)統(tǒng)的電池池的

34、輸出出電壓和和最大輸輸出功率率是固定定，然而而太陽電電池輸出出電壓、電電流，與與功率則則和其照照光條件件與負載載的工作作點有關(guān)關(guān)。正因因如此，要要應(yīng)用太太陽電池池的來產(chǎn)產(chǎn)生電力力，必須須了解太太陽電池池的電流流-電壓關(guān)關(guān)系，及及其工作作原理。太陽光的頻頻譜照度度太陽電池是是的能量量來源是是太陽光光，因此此入射太太陽光的的強度(inttenssityy)與頻頻譜(sspecctruum)就就決定太太陽電池池輸出的的電流與與電壓。我我們知道道，物體體置放于于陽光下下，其接接受太陽陽光有二二種型式式，一為為直接(dirrectt)陽光光，另一一為經(jīng)過過地表其其它物體體散射后后擴散(difffusse

35、)陽陽光。一一般的情情況，直直接陽光光約占太太陽電池池入射光光的800%。因因此我們們底下的的討論也也以直接接陽光的的情況。太陽光的強強度與頻頻譜，可可以用頻頻譜照度度(sppecttrumm irrraddiannce)來表達達，也就就是每單單位面積積每單位位波長的的光照的的功率(W/mm2m)。而而太陽光光的強度度(W/m2)，則是是頻譜照照度的所所有波長長之總和和。太陽陽光的頻頻譜照度度則和量量測的位位置與太太陽相對對于地表表的角度度有關(guān)，這這是因為為太陽光光到達地地表前，會會經(jīng)過大大氣層的的吸收與與散射。位位置與角角度這二二項因素素，一般般就用所所謂的空空氣質(zhì)(airr maass A

36、M)來表示示。對太太陽光照照度而言言，AMM0是指指在外太太空中，太太陽正射射的情況況，其光光強度約約為13353 W/mm2，約略略地等同同于溫度度58000K的的黑體輻輻射產(chǎn)生生的光源源。AMM1是指指在地表表上，太太陽正射射的情況況，其光光強度約約為9225 WW/m22。AM11.5是是指在地地表上，太太陽以445度角角入射的的情況，其其光強度度約為8844 W/mm2。一般般也使用用AM1.5來代代表地表表上太陽陽光的平平均照度度。太陽電池的的電路模模型一個太陽電電池沒有有照光時時，它的的特性就就是一個個p-nn接面二二極管。而而一個理理想的二二極管其其電流-電壓關(guān)關(guān)系可表表為其中代

37、表電電流，代代表電壓壓，是飽飽和電流流(saaturratiion currrennt)，和和，其中中代表Booltzzmannn常數(shù)數(shù)，是單單位電量量，是溫溫度。在在室溫下下，。需需注意的的是，pp-n二二極管電電流的方方向是定定義在組組件內(nèi)從從p型流向向n型，而而電壓的的正負值值，則是是定義為為p型端電電壓減去去n型端電電壓。因因此若遵遵循此定定義，太太陽電池池工作時時，其電電壓值為為正，電電流值為為負。這這里必須須提醒讀讀者的是是，所謂謂的理想想二極管管是定義義在許多多物理條條件上，而而實際的的二極管管自然會會有一些些非理想想(nooniddeall)的因因素影響響組件的的電流-電壓關(guān)關(guān)

38、系，例例如產(chǎn)生生-復(fù)合電電流，這這里我們們不多做做討論。當太陽電池池照光時時，p-n二極極管內(nèi)就就會有光光電流。因因為p-n接面面的內(nèi)建建電場方方向是從從n型指向向p型，因因此光子子被吸收收產(chǎn)生的的電子-電洞對對，電子子會往pp型端跑跑，而電電洞會往往n型端跑跑，因此此電子和和電洞二二者形成成的光電電流會由由n型流到到p型。因因為一般般二極管管的正電電流方向向是定義義為由pp型流到到n型。因因此相對對于原本本的理想想二極管管，太陽陽電池照照光產(chǎn)生生的光電電流乃一一負向電電流。而而太陽電電池的電電流-電壓關(guān)關(guān)系就是是理想二二極管加加上一個個負向的的光電流流，也就是說，沒沒有照光光的情況況，太太陽

39、電池池就是一一個普通通的二極極管。當當太陽電電池短路路(shhortt ciircuuit)時，也也就是，其其短路電電流(sshorrt-ccirccuitt cuurreent)則為。也也就是說說當太陽陽電池短短路，短短路電流流就是入入射光產(chǎn)產(chǎn)生的光光電流。若若太陽電電池開路路 (oopenn ciircuuit) 時，也也就是，其其開路電電壓(oopenn-ciircuuit volltagge)則則為+_+_VIIL+_VIILRsRshIleak(a) equivalent circuit of a solar cell(b) equivalent circuit with a ser

40、ies and a shunt resistance 這里必須強強調(diào)的是是，開路路電壓和和短路電電流是太太陽電池池特性的的二個重重要參數(shù)數(shù)。太陽電池輸輸出的功功率就是是電流和和電壓的的乘積：很明顯的太太陽電池池輸出的的功率并并非是個個固定值值，它在在某個電電流-電壓工工作點達達到最大大值，而而這最大大輸出功功率，則則可由來來來決定定。我們們可以推推導(dǎo)得出出最大輸輸出功率率時輸出出電壓為為和輸出電流流為而太陽電池池最大輸輸出功率率就是太陽電池的的效率(effficiienccy)就就是指太太陽電池池將入射射光的功功率轉(zhuǎn)換換成最大大輸出之之電功率率的比例例，也就就是一般的太陽陽電池的的效率量量測，

41、都都是使用用的類似似太陽光光的燈光光光源。實驗上，太太陽電池池的電流流-電壓關(guān)關(guān)系并沒沒有百分分之百遵遵循上述述的理論論描述，這這是因為為光伏特特組件本本身存在在所謂的的串聯(lián)電電阻(sseriies ressisttancce) 和分流流電阻 (shhuntt reesisstannce)。因為為任何半半導(dǎo)體材材料本身身，或是是半導(dǎo)體體與金屬屬的接觸觸，無可可避免的的都會有有或多或或少的電電阻，如如此就會會而形成成光伏特特組件的的串聯(lián)電電阻。另另一方面面，光伏伏特組件件的正負負電極間間，存在在任何非非經(jīng)由理理想p-n二極極管的其其它電流流的通道道，都會會造成所所謂的漏漏電流(leaakagge

42、 ccurrrentt)，例例如組件件中的產(chǎn)產(chǎn)生-復(fù)合(ggeneerattionn-reecommbinnatiion) 電流流，表面面復(fù)合(surrfacce圖二、太陽陽電池的的等效電電路： (a)無 (bb)有串串聯(lián)和分分流電阻阻的情況況。recommbinnatiion)電流，組組件的邊邊緣隔離離(eddge isoolattionn)不完完全，和和金屬接接觸穿透透p-nn接面。通通常，我我們使用用分流電電阻 (shuunt ressisttancce)用用來定義義太陽電電池的漏漏電流大大小，也也就是。分分流電阻阻越大，就就表示漏漏電流越越小。如如果考慮慮串聯(lián)電電阻和分分流電阻阻，太陽

43、陽電池的的電流-電壓關(guān)關(guān)系則可可寫成我們還可以以只用一一個參數(shù)數(shù)，就是是所謂的的填充系系數(shù)(ffilll faactoor)，來來同時概概括串聯(lián)聯(lián)電阻與與分流電電阻二個個效應(yīng)。其其定義為為很明顯的，沒沒有串聯(lián)聯(lián)電阻，且且分流電電阻無窮窮大(沒有漏漏電流)時，填填充系數(shù)數(shù)最大。任任何的串串聯(lián)電阻阻的增加加或分流流電阻的的減少，都都會減少少填充系系數(shù)。如如此一來來，太陽陽電池的的效率就就可以由由三個重重要參數(shù)數(shù)：開路路電壓、短短路電流流、和填填充系數(shù)數(shù)來表達達。很明顯的，要要提高太太陽電池池的效率率，則要要同時增增加其開開路電壓壓、短路路電流(亦即光光電流)，和填填充系數(shù)數(shù)(亦即減減少串聯(lián)聯(lián)電阻與

44、與漏電流流)。開路電壓與與短路電電流當然由前面面的公式式來看，太太陽電池池的開路路電壓是是由光電電流和飽飽和電流流決定。但但如果純純粹就物物理的觀觀點而言言，開路路電壓就就等于空空間電荷荷區(qū)中電電子和電電洞間的的Ferrmi能能差。至至于理想想p-nn二極管管的飽和和電流，則則可以用用來表達。其其中代表表單位電電量，代代表半導(dǎo)導(dǎo)體的iintrrinssic載載子濃度度，和各自代代表施體體和受體體的濃度度，和各自代代表電子子和電洞洞的擴散散系數(shù)，和各自代表電子和電洞的復(fù)合時間。當然上面的表達式是假設(shè)n-型區(qū)和p-型區(qū)都很寬的情況。一般使用p-型基板的太陽電池，n-型區(qū)都非常的淺，上面的表達式是須

45、要修改的。前面我們提提到，當當光照太太陽電池池時產(chǎn)生生光電流流，而光光電流就就是太陽陽電池電電流-電壓關(guān)關(guān)系中的的閉路電電流，這這里我們們就光電電流的由由來，做做一簡單單敘述。載載子在單單位體積積的產(chǎn)生生率(單位m-3s-1)是由光光吸收系系數(shù)來決決定，也也就是其中代表光光吸收系系數(shù)，是是入射光光子強度度(或稱為為光子流流量密度度)，指反射射系數(shù)，因因此代表表沒被反反射的入入射光子子強度。而而產(chǎn)生光光電流的的主要三三個機制制為：少少數(shù)載子子電子在在p-型區(qū)的的擴散電電流、少少數(shù)載子子電洞在在n-型區(qū)的的擴散電電流、和和電子和和電洞在在空間電電荷區(qū)的的漂移電電流。因因此光電電流約可可表達為為其中

46、和各自自代表pp-型區(qū)電電子和nn-型區(qū)電電洞的擴擴散長度度，則是是代表空空間電荷荷區(qū)的寬寬度。歸歸納這些些結(jié)果，可可得到開開路電壓壓的簡單單表達式式：其中代表電電子-電洞對對的單位位體積的的復(fù)合率率。當然然這是很很自然的的結(jié)果，因因為開路路電壓就就等于空空間電荷荷區(qū)中電電子和電電洞間的的Ferrmi能能差，而而電子和和電洞間間的Feermii能差就就是由載載子產(chǎn)生生率與復(fù)復(fù)合率來來決定。頻譜響應(yīng)因為任何材材料的折折射系數(shù)數(shù)和光吸吸收系數(shù)數(shù)都是波波長的函函數(shù)，因因此入射射光中不不同的波波長對光光電流就就有不同同的貢獻獻。用公公式表達達為其中是描述述入射光光能量須須約大于于能隙才才會被吸吸收。而

47、而頻譜響響應(yīng)(sspecctraal rrespponsse)的的定義，通通常只是是用來描描述p-n二極管管對不同同波長的的光電流流貢獻，因因此必須須除去光光入射的的光子強強度和其其反射系系數(shù)的效效應(yīng)，光子強度、頻頻譜照度度、與入入射光的的功率之之間的關(guān)關(guān)系可以以用和來表示。其其中代表表光子的的能量。當然前面理理論的描描述，都都是針對對p-nn二極管管之光伏伏特組件件，但必必須注意意的是，這這并非是是太陽電電池的唯唯一結(jié)構(gòu)構(gòu)。例如如，非晶晶硅光伏伏特電池池通常是是使用pp-i-n的結(jié)結(jié)構(gòu)。而而除了單單一半導(dǎo)導(dǎo)體材料料形成hhomoojunnctiion之之外，也也可以使使用不同同半導(dǎo)體體材料形

48、形成來形形成heeterrojuuncttionn太陽電電池。太太陽電池池的構(gòu)成成也不一一定要全全是半導(dǎo)導(dǎo)體，金金屬-半導(dǎo)體體接觸形形成的SSchoottkky二極極管，和和MOSS結(jié)構(gòu)類類似的金金屬-絕緣體體-半導(dǎo)體體(MIIS)，有有機物或或聚合物物都可用用來當太太陽電池池。太陽陽電池也也不一定定要透過過光伏特特效應(yīng)，染染料感光光電池的的光電化化學效應(yīng)應(yīng)也可以以經(jīng)照光光后產(chǎn)生生電壓。但但無論如如何，pp-n二二極管之之光伏特特組件總總是一個個參考指指標，而而像開路路電壓、短短路電流流、和填填充系數(shù)數(shù)，更是是規(guī)范所所有太陽陽電池的的參數(shù)。六、太陽電電池的制制造程序序太陽電池的的制程跟跟一般的

49、的IC制程程雖然是是有部分分的類似似，但很很多方面面則是不不同。工工業(yè)上太太陽電池池的制程程須注意意四個主主要課題題：產(chǎn)品品的平均均效率、量量產(chǎn)的能能力、生生產(chǎn)的成成本、和和制程的的良率。一般的太陽陽電池生生產(chǎn)公司司，其生生產(chǎn)能力力是以MMW/yyearr來衡量量。這生生產(chǎn)能力力則約略略的可視視為產(chǎn)品品的平均均效率和和量產(chǎn)的的能力的的乘積。正正是因為為如此，太太陽電池池的制程程，除了了強調(diào)生生產(chǎn)的太太陽電池池之平均均效率，更更是非常常注重生生產(chǎn)線的的生產(chǎn)量量 (tthrooughhputt)，或或者簡單單地說，就就是每小小時能處處理多少少芯片(waffer/houur)。例例如，用用離子植植入

50、法(ionn immpleemenntattionn) 也也能像擴擴散法形形成p-n二極管管，而且且更能精精確地控控制doopinng pproffilee，但一一般而言言，不像像擴散法法一個擴擴散爐管管可以一一次整匹匹處理約約2000個芯片片，離子子植入法法幾乎不不適用在在太陽電電池的工工業(yè)制程程。另一一方面，即即使是常常用的標標準制程程，也會會因為提提高生產(chǎn)產(chǎn)量的需需要而被被改進。例例如，用用來成長長抗反射射層的PPECVVD，一一般只有有單一的的腔室(chaambeer)，其抽抽真空和和先前加加熱需要要較長的的時間，生生產(chǎn)量較較低。新新型inn-liine PECCVD則則使用三三個腔室

51、室并且使使用輸送送帶的方方式，如如此就能能大幅地地提高單單一機器器的生產(chǎn)產(chǎn)量。而而薄膜太太陽電池池一般被被認為較較芯片太太陽電池池有較大大的生產(chǎn)產(chǎn)量，也也因如此此，或許許可以彌彌補其效效率較低低的缺點點。生產(chǎn)成本也也是設(shè)計計太陽電電池制程程必須考考慮的。而而生產(chǎn)成成本和組組件效率率之間通通常會有有traade-offf。例如，實實驗室使使用buurieed cconttactt的金屬屬接觸比比工業(yè)界界使用網(wǎng)網(wǎng)印方法法的金屬屬接觸有有更高的的效率。但但因為bburiied conntacct制程程涉及使使用liithoograaphyy，制造造成本過過高，因因此至今今尚未被被廣泛應(yīng)應(yīng)用。太陽電池

52、的的制程，和和IC制程程類似，另另一重要要課題是是良率 (yiieldd)。但但有趣的的是，因因為基本本上生產(chǎn)產(chǎn)出的太太陽電池池成品，只只要是其其效率不不要低到到不尋常常的范圍圍，都可可被市場場接受的的。因此此太陽電電池的制制程，芯芯片破裂裂損壞的的比例，也也就是破破片(bbreaakagge)率率，反而而是個制制程管理理的指標標。但即即使是破破碎的成成品，也也是可以以再切割割成小面面積的太太陽電池池作其它它應(yīng)用。硅晶的制造造，最原原始的材材料乃為為一種含含二氧化化硅(SSiO22)純度相相當高的的石英巖巖 (qquarrtziite) 砂。將將它和一一些含有有碳，但但碳的組組成不同同的材料料

53、放在爐爐子里，其其化學反反應(yīng)是經(jīng)經(jīng)過數(shù)個個步驟，而而總和則則可表達達為這個程序提提煉出來來的硅純純度約為為98%，稱為為冶煉級級 (mmetaalluurgiicall grradee) 的的硅。接接下來，硅硅被搗碎碎成粉末末，和hhydrrogeen cchlooridde (HCll) 氣氣體產(chǎn)生生反應(yīng)，形形成trrichhlorrosiilanne (SiHHCl33)因為triichlloroosillanee的沸點點只有332 CC，在普普通的室室溫下，它它是液體體。經(jīng)過過部分蒸蒸餾法的的處理，然然后和氫氫氣反應(yīng)應(yīng)產(chǎn)生所所謂電子子級(eelecctroonicc grradee 或E

54、G) 的硅硅但為了節(jié)省省成本，太太陽電池池是使用用太陽級級sollar graade (SOOG) 的硅，其其純度較較電子級級的硅為為低，因因為它省省略了一一些制造造步驟。若若是要制制造單晶晶硅，接接著就會會使用CCzocchraalskki (CZ)法或Flloatt zoone (FZZ)法制制造inngott。然后后inggot再再經(jīng)線切切割，就就得芯片片(waaferr)，當當然還有有切割浪浪費掉約約20%的kerrf。一一般而言言，雖然然FZ芯片片的質(zhì)量量較佳，其其制出的的太陽電電池效率率也較高高，但是是因為其其價錢較較CZ芯片片昂貴甚甚多，因因此工業(yè)業(yè)界一般般還是采采用CZZ芯片。

55、至至于多晶晶硅的iingoot，通通常則用用casstinng的方方法制造造。太陽電池的的制造，須須在無塵塵室的環(huán)環(huán)境進行行，而無無塵室的的級數(shù)并并不須要要特別的的高。其其第一步步就是芯芯片的清清洗(wwafeer ccleaaninng)。當當然硅芯芯片的清清洗是看看似簡單單，但實實際上卻卻可能相相當?shù)膹?fù)復(fù)雜。太太陽電池池的制程程并未使使用ICC制程上上最為所所知的RRCA清清洗步驟驟，而是是使用較較簡易的的方法，如如soddiumm hyydrooxidde (NaOOH)或或pottasssiumm hyydrooxidde (KOHH) 溶溶液來清清洗芯片片。一般般而言，芯芯片的清清洗

56、的結(jié)結(jié)果取決決于溶液液的濃度度、溶液液加熱反反應(yīng)的溫溫度、和和反應(yīng)的的時間決決定。而而所用的的容器、外外加氮氣氣泡泡、甚甚至處理理安置芯芯片的過過程，也也有可能能影響芯芯片的清清洗的結(jié)結(jié)果。芯片清洗后后，其表表面要做做texxturre 處處理。這這可以使使用方向向性蝕刻刻(annisootroopicc ettchiing)來完成成。使用用NaOOH 加加 issoprropyyl aalcooholl (IIPA) 的溶溶液，就就會對硅硅芯片(1000)表面面產(chǎn)生方方向性蝕蝕刻，暴暴露出硅硅晶的截面面，產(chǎn)生生大小不不一的金金字塔形形狀的表表面。一一般而言言，teextuure 處理的的好壞

57、主主要取決決于芯片片的潔凈凈度、 NaOOH 和和IPAA的濃度度及其比比例、溶溶液的溫溫度、和和反應(yīng)的的時間。而而所用的的容器、IPA揮發(fā)的程度、殘余的sodium silicate也會影響texturing 的結(jié)果。接下來，則則是使用用擴散法法，在硅硅芯片上上形成pp-n二極管管。因為為通常使使用p-型硅芯芯片，所所以要做做n型磷擴擴散。一一般是使使用POOCl33加上氧氧氣與氮氮氣，在在高溫擴擴散爐管管進行擴擴散。其其化學反反應(yīng)式可可表為產(chǎn)生的磷原原子經(jīng)由由高溫擴擴散的方方式進入入硅晶格格內(nèi)，形形成n-型的doopannt。而而硅晶表表面也產(chǎn)產(chǎn)生一層層SiOO2。磷的的濃度(由氮氣氣ca

58、rrrieer的流流量決定定)，氧氣氣和氮氣氣的流量量，和其其引入、作作用、與與截止的的時間與與方式，爐爐管的溫溫度隨時時間的控控制，會會決定最最終的擴擴散結(jié)果果。而擴擴散結(jié)果果，就決決定擴散散接面的的深度、擴擴散面的的表層電電阻(ssheeet rresiistaancee)、和和doppantt prrofiile。硅晶表面會會和空氣氣中和氧氧氣或水水氣作用用，尤其其是加熱熱造成的的theermaal ooxiddatiion，表表面都會會形成二二氧化硅硅(siiliccon diooxidde)。經(jīng)經(jīng)過磷高高溫擴散散后，一一般的制制程，都都會使用用hyddroffluooricc acc

59、id (HFF) 來來除去硅硅晶表面面的SiiO2，其化化學反應(yīng)應(yīng)為其中H2SSiF66是可溶溶于水的的。經(jīng)過擴散制制程后，整整個p-型芯片片便會被被一層nn-型doppingg層包裹裹著。所所以接著著便要經(jīng)經(jīng)由邊緣緣蝕刻(edgge eetchhingg)的處處理，將將n-型邊緣緣除去，才才能彰顯顯出p-n二極管管的結(jié)構(gòu)構(gòu)。這通通常是使使用CFF4加上O2的電漿漿蝕刻(plaasmaa ettchiing)。其結(jié)結(jié)果則取取決于芯芯片堆棧棧置放的的方式、RF的頻率與功率、作用的時間、CF4和O2氣體的流量、與兩者的成份比例。如果edge isolation 處理不完全，則太陽電池的shunt

60、resistance 便會增大，太陽電池的效率也因此減低。太陽電池的的制程中中，一般般使用pplassma enhhancced cheemiccal vappor depposiitioon (PECCVD)的方法法，在芯芯片上鍍鍍上一層層sillicoon nnitrridee (SSiN)的抗反反射層鍍鍍膜annti-refflecctioon ccoattingg (AARC)。PECCVD作作用氣體體可以使使用siilanne (SiHH4) 和 ammmonnia (NHH3)，其化化學反應(yīng)應(yīng)可以簡簡單寫成成：也可以使用用SiHH4和N2，則其其化學反反應(yīng)可以以簡單寫寫成：其中Si