太阳电池的制造和测定方法

太阳电池主要包括硅太阳电池、带状晶体硅太阳电池、硅薄膜太阳电池、Ⅲ～Ⅴ族化合物半导体太阳电池、Ⅱ～Ⅵ族半导体化合物太阳电池以及其他太阳电池，如无机太阳电池、有机太阳电池和光化学太阳电池。即使是晶体硅太阳电池，也有不同的结构，对应的太阳电池的制造方法也有所不同。目前实际应用的太阳电池主要是硅晶体，包括单晶硅和多晶硅。太阳电池的研究目标之一是降低成本，因此，采用薄膜太阳电池是太阳电池发展的一个方向。

晶体硅太阳电池的典型的制造工艺如图2-11所示。硅片作为太阳电池的基本材料，要求由具有较高纯度的单晶硅材料通过切割得到，并且要考虑它的导电类型、电阻率、晶向以及缺陷等。一般采用P型掺杂、厚度在200～400μm的硅片。对切割的硅片需要进行预处理，即腐蚀、清洗，一般采用浓硫酸初步清洗，然后再经酸或者碱溶液腐蚀，最后用高纯去离子清洗。清洗后的硅片需要经过扩散制成PN结。扩散在控制气氛的高温扩散炉内进行。经扩散得到的硅片需要在保护正面扩散层下经腐蚀除去背面的扩散层。之后就是通过真空蒸镀上下电极，一般是先蒸镀一层厚度为30～100μm的AI，然后再蒸镀一层厚度2～5μm的Ag膜。采用具有一定形状的金属掩膜可以得到具有栅线状的上电极，已获得最大光吸收面积。还要在电极表面钎焊一层锡－铝－银合金焊料，以便电池后续组装。下一步是经过腐蚀去掉扩散过程中和钎焊过程中硅片四周表面的扩散层和粘附上的金属，以利于消除电池局部短路问题，在制备了上下电极之后，接着在上电极表面通过真空蒸镀一层减反膜，一般是二氧化硅或二氧化钛。

图2-11　硅太阳电池制造工艺流程

薄膜太阳电池的种类主要包括晶体硅薄膜太阳电池、非晶硅薄膜、Cu（In Ga）Se薄膜、Cd Te薄膜太阳电池等。虽然这些太阳电池的关键材料都是半导体薄膜，但不同半导体材料薄膜电池结构却各有特色，因此，电池的制造工艺和技术各不相同。对它们的研究和规模化应用也分别处于不同的发展水平。归结起来，薄膜太阳电池的制备都广泛采用薄膜制备技术，包括物理气相沉积、化学气相沉积、CVD。液相沉积技术也有利用和研究。

通过上述过程，一个太阳电池就制备好了。但是，作为成品入库前需要进行电池输出特性的检测，即电池的输出电流—电压特性曲线。通过这个检测可以获得电池的短路电流、开路电压、最大输出功率以及串联电阻等。在实际使用时，要把单片电池经串联，并联并密封在透明的外壳中，组装成太阳电池组件。

太阳电池的检测包括电池输出电流—电压特性和电池光谱响应测试。太阳电池输出特性检测首先需要一个太阳光源。由地面接收的太阳光谱和强度受地理位置、气候条件以及时间等许多因素的影响，因此很难得到完全重复一致的太阳光源。这样，对于地面使用的太阳电池。首先需要规定一个普遍接收并可行的标准太阳光谱，即总太阳辐射，包括直射和散射，相应于AM1.5，在与地面成37o的倾斜面上辐照度为1000 W∕m2，地面的反射率为0.2，气相条件为：水含量为1.42 cm；臭氧含量为0.34 cm；混浊度为0.27（太阳光波长0.5μm）。

实际检测的光源可以是自然光或者模拟太阳光。室外太阳光下测定要求测试周围空旷，无遮光，反射光及散光的任何物体，气候和阳光条件要求天气晴朗，太阳周围无云；阳光总辐照度不低于标准辐照度的80%，散射光的比例不大于总辐射的25%，还有其他诸如安装的要求等。采用模拟太阳光源可以获得相对较为稳定，符合标准太阳光谱的光源.模拟太阳光要和AM1.5的标准太阳光谱一至，如果上述检测条件和标准条件不一致，可以利用标准太阳电池，通过适当换算得出标准条件下的电池输出特性。针对晶体硅太阳电池，这些换算主要是温度的校正。对于航天用太阳电池，除了采用AM0作为标准太阳光谱以外，还要考虑太阳电池在太空中受宇宙射线辐射等因素。