硅半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池進(jìn)展

丁光煒

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東廣州，510530）

硅半導(dǎo)體是一種新型的材料，在電子制造業(yè)、軍事化工等多種高科技行業(yè)中都有廣泛應(yīng)用，也用來(lái)制造太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能是一種新型的自然資源，是取之不盡的可再生能源，對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生破壞，其獲取非常容易，因此被廣泛應(yīng)用。下面作者將講解硅半導(dǎo)體材料都經(jīng)歷了哪些發(fā)展變化，經(jīng)歷了哪些發(fā)展歷程。

1 硅半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池概述

1.1 開(kāi)發(fā)硅半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的重要原因意義

在經(jīng)濟(jì)建設(shè)的過(guò)程中，人們往往忽略了對(duì)資源的節(jié)約與環(huán)境的保護(hù)，經(jīng)濟(jì)建設(shè)不能與資源環(huán)境友好地協(xié)調(diào)發(fā)展，盲目地追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，卻犧牲了資源環(huán)境，這樣會(huì)使經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)退步，停滯不前。傳統(tǒng)的煤炭等資源產(chǎn)生二氧化碳等氣體，這些氣體對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染，影響人們的身體健康問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)低碳社會(huì)，減少污染有害氣體的危害，實(shí)現(xiàn)污染氣體的零排放，建立資源節(jié)約型社會(huì)與環(huán)境友好型社會(huì)，解決自然資源日益枯竭的現(xiàn)狀，充分利用太陽(yáng)能，采用硅半導(dǎo)體制造太陽(yáng)能電視，是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的重要體現(xiàn)。

1.2 硅半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的發(fā)展現(xiàn)狀

目前由硅半導(dǎo)體為材料的太陽(yáng)能電池的種類有有機(jī)薄膜型和色素增感型。有機(jī)薄膜型的有機(jī)材料以電子接受性和供給型為主，結(jié)合界面是以納米級(jí)混合而成的。其制造很少采用高真空與高溫工藝，將卷對(duì)卷的理論運(yùn)用到批量生產(chǎn)上。以其更加方便快捷的特點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的青睞。色素增感型太陽(yáng)能電池主要的裝置是光電極，光電極由寬隙半導(dǎo)體和色素制成。

2 硅半導(dǎo)體材料

2.1 晶體硅類材料

晶體硅是硅半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池最重要的材料，晶體硅分為單晶硅和多晶硅。其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，正是基于其較高的轉(zhuǎn)換效率這一顯著特點(diǎn)。晶體硅太陽(yáng)能電池的制造工藝流程是切片-清洗-制備絨面-磷擴(kuò)散-周邊刻蝕-去除背面pn結(jié)-制作上下電極-制作減反射膜-燒結(jié)-測(cè)試分檔[1]。

2.2 單晶硅材料

單晶硅用于半導(dǎo)體材料的制作與太陽(yáng)能光伏供熱發(fā)電，其制造流程是石英砂-冶金級(jí)硅-提純和精煉-沉積多晶硅錠-單晶硅-硅片切割[2]。最初的硅半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池就是采用單晶硅材料制造的，它在轉(zhuǎn)換頻率上與其它材料略勝一籌，材料制造的技術(shù)最為成熟先進(jìn)，應(yīng)用于高端科技領(lǐng)域。隨著技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)換效率的速度越來(lái)越快速。但單晶硅制造的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的極限值低于正常標(biāo)準(zhǔn)水平，提高它的轉(zhuǎn)換效率極限值是很長(zhǎng)一段時(shí)期亟待解決的問(wèn)題。

我國(guó)在單晶硅太陽(yáng)能生產(chǎn)取得了巨大成就。位于江蘇無(wú)錫的尚德太陽(yáng)能電力有限公司是全球第三大光伏電池模塊生產(chǎn)商，晶澳太陽(yáng)能公司作為中國(guó)500強(qiáng)企業(yè)生產(chǎn)的超高效電池達(dá)到世界領(lǐng)先水平。雖然它的轉(zhuǎn)換效率在其它晶體硅材料中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但是受到材料價(jià)格時(shí)而高時(shí)而低的不固定，復(fù)雜的加工工藝的限制，其發(fā)展還是面臨嚴(yán)重的阻礙。

2.3 多晶硅材料

一般晶體硅材料的厚度是在350微米和450微米之間，上世紀(jì)70年代中期以節(jié)省材料為目的，開(kāi)始將多晶硅沉積在價(jià)廉的襯底上。其制造流程與單晶硅較為相似，制作成本價(jià)格低廉。其制造方法主要是化學(xué)氣相沉積法，又分為等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積與低壓化學(xué)氣相沉積。除了常用的化學(xué)氣相沉積法，還有液相外延法與濺射沉積法。多晶硅和單晶硅制造的太陽(yáng)能電池二者在轉(zhuǎn)換效率上相比較，多晶硅要比單晶硅低得很多，但這并不會(huì)影響多晶硅太陽(yáng)能電池的發(fā)展，市場(chǎng)份額逐年增加。

多晶硅太陽(yáng)能電池的發(fā)展非?？捎^，可喜可賀，一次次刷新世界紀(jì)錄。挪威REC公司生產(chǎn)的太陽(yáng)能板的轉(zhuǎn)換效率高達(dá)17%，打破了我國(guó)浙江無(wú)錫的尚德太陽(yáng)能電力有限公司生產(chǎn)的15.6%轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池組件。隨后日本三菱電機(jī)更是將轉(zhuǎn)換效率發(fā)展到19.1%，是目前為止世界太陽(yáng)能電池領(lǐng)域最轉(zhuǎn)換效率[3]。這項(xiàng)研究成果得到了全世界的廣泛矚目，得到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。其工藝簡(jiǎn)單，無(wú)污染且成本低，廉價(jià)無(wú)毒，將會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間。

2.4 非晶硅材料

非晶硅太陽(yáng)能電池在1976年拉開(kāi)序幕，其技術(shù)一直在進(jìn)步。在不改變物理性質(zhì)的條件下，將不同化學(xué)特性的物質(zhì)沉淀在不同斷層。生產(chǎn)成本與其它材料相比的最低的，具有無(wú)污染、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，歐瑞康太陽(yáng)能公司在非晶硅太陽(yáng)能電池方面占據(jù)領(lǐng)先地位。

3 硅半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的未來(lái)發(fā)展

根據(jù)世界權(quán)威部門預(yù)測(cè)，未來(lái)太陽(yáng)能光伏發(fā)電在總電力的比重越來(lái)越大，到2040年比重達(dá)到20%，近幾十年光伏發(fā)電的增長(zhǎng)率將會(huì)發(fā)展到在25%-30%之間。在硅半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池將會(huì)成為全球最寶貴的能源之一。

結(jié)語(yǔ)：由上述可知，開(kāi)發(fā)硅半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池是建立資源節(jié)約型社會(huì)和環(huán)境友好型社會(huì)，解決資源日益枯竭，落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，使其與經(jīng)濟(jì)建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展的必然要求。硅半導(dǎo)體材料主要有晶體硅類材料、單晶硅材料、多晶硅材料、非晶硅材料三種。未來(lái)光伏發(fā)電將會(huì)成為電力能源發(fā)展的主流，將會(huì)在全球大范圍運(yùn)用。

[1]沐俊應(yīng),徐娟,粱氏秋水,朱宏偉,陳振興.有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展[J].電子工藝技術(shù),2007,02:93-96.