鋰電池LED太陽(yáng)能電池認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)報(bào)告要點(diǎn)

1、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)報(bào)告姓 名： 王 丹 學(xué) 號(hào)： 20090556學(xué)院(系)：材料科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)： 材料化學(xué)班 級(jí)：2009級(jí)材化 指導(dǎo)教師：王達(dá)建 段月琴實(shí)習(xí)名稱： 認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí) 實(shí)習(xí)時(shí)間: 2012-6-2至2012-7-9目 錄一、 鋰電池材料生產(chǎn)二、 LED材料與技術(shù)三、 晶體硅太陽(yáng)電池工藝一.鋰電池材料生產(chǎn)1.1 概述 鋰電池（Lithium battery）是指電化學(xué)體系中含有鋰（包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物）的電池。鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰金屬電池通常是不可充電的，且內(nèi)含金屬態(tài)的鋰。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。 鋰離子電池是繼鎳鎘、鎳氫

2、電池之后的新一代二次電池，在移動(dòng)通訊、PDA、筆記本電腦等移動(dòng)便攜式電子終端設(shè)備領(lǐng)域占據(jù)著主導(dǎo)地位。鋰離子電池也是未來(lái)動(dòng)力電池的重要發(fā)展方向。目前鋰離子動(dòng)力電池的技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成功應(yīng)用于電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車等領(lǐng)域，在電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池領(lǐng)域也顯示出非常好的前景。另外，風(fēng)能、太陽(yáng)能甚至水電等的大規(guī)模發(fā)展，也將推動(dòng)了鋰離子電池的應(yīng)用。1.2 基本原理圖1.鋰離子電池原理1.3電池構(gòu)成圖2.電池的基本結(jié)構(gòu)正極 ：LiCoO2 、LiMn2O4 、LiFePO4、LiNixMnyCozO2負(fù)極 ：碳素材料、Li4Ti5O12、nanoSn、nanoSi電解液 ：鋰鹽、溶劑、添加劑隔膜 : PP/PE

3、/PP、PE、PP附件: 集流體、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、極耳、外殼1.4鋰電池材料1.正極材料 LiCoO2最早是由Goodenough等人在1980年提出可以用于鋰離子電池的正極材料，之后得到了廣泛的研究。LiCoO2理論容量為274 mAh/g，具有合成方法簡(jiǎn)單，工作電壓高，充放電電壓平穩(wěn)，循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn)，是最早用于商品化的鋰離子電池的正極材料。LiNi1x-yCoyMnxO2與LiCoO2一樣，具有-NaFeO2 型層狀結(jié)構(gòu)（R-3m空間群），理論容量約為275 mAh/g。三元材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，循環(huán)性能好，安全性高，是動(dòng)力電池材料選擇之一。實(shí)際放電容量可達(dá)160 mAh/g以上，但壓實(shí)密度較低

4、。 理論克容量148mAh/g，具有電化學(xué)性能好、成本低、資源豐富以及無(wú)毒性等優(yōu)點(diǎn)，是目前研究較多的動(dòng)力電池正極材料之一。兩點(diǎn)缺陷：（1）錳的溶解 2 Mn3+固 Mn4+固+ Mn2+液 （2）Janh-Teller畸變改進(jìn)方法：目前對(duì)尖晶石型LiMn2O4的改性方法主要是減小顆粒粒徑；摻雜陰陽(yáng)離子和表面修飾等。圖3.富鋰錳氧xLi2MnO3·(1-x)LiMO2高比容量高能量密度高安全性經(jīng)濟(jì)環(huán)保2.負(fù)極材料1)石墨*層狀結(jié)構(gòu)，理論克容量372mAh/g*LiC6 嵌入化合物結(jié)構(gòu)*離子擴(kuò)散能力受溫度影響，低溫析鋰*表面鈍化層SEI2)碳素材料分類3）硬碳􀂾 *低溫

5、充放電性能優(yōu)異，倍率輸出高，低體積膨脹率􀂾 *低壓實(shí)密度，高溫存儲(chǔ)問(wèn)題4）其他負(fù)極材料3.隔膜材質(zhì)：聚烯烴材質(zhì)（ PP 、PE、PP/PE/PP） 、Coating separator作用：多空隙結(jié)構(gòu)，離子導(dǎo)體，電子絕緣體制備工藝： 干法隔膜、濕法隔膜關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)：厚度、外觀、刺穿強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、孔隙率、透氣度等4.鋰離子電池電解液a. 在較寬的溫度范圍內(nèi)離子導(dǎo)電率高，鋰離子遷移數(shù)大，以減少電池在充放電過(guò)程中的濃差極化；b. 熱穩(wěn)定性好，以保證電池在合適的溫度范圍內(nèi)操作；c. 電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬，最好在05V電解質(zhì)不發(fā)生分解反應(yīng)，不與正負(fù)極材料發(fā)生顯著的副反應(yīng)，滿足在電化學(xué)過(guò)程

6、中電極反應(yīng)的單一性；d. 對(duì)于固體或膠體電解質(zhì)，還要具有良好的力學(xué)性能和可加工性能；e. 價(jià)格成本低；f. 安全性好，閃點(diǎn)高或不燃燒；g. 無(wú)毒無(wú)污染，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。1.5鋰離子電池材料基本要求作為理想的鋰離子電池材料，必須滿足以下要求：（1）正極具有較高的氧化還原電位，負(fù)極具有較低氧化還原電位，保證鋰離子電池的高電壓特性；（2）允許大量的鋰離子嵌入脫出，保證鋰離子電池的高容量特性；（3）嵌入脫出過(guò)程的可逆性好，充放電過(guò)程中材料結(jié)構(gòu)變化較??；（4）鋰離子能夠快速的嵌入和脫出，具有高的電子導(dǎo)電率和離子導(dǎo)電率；（5）在電解液中化學(xué)穩(wěn)定性好；（6）低廉，容易制備，對(duì)環(huán)境友好等。1.6電池結(jié)構(gòu)1

7、.7動(dòng)力電池存在的問(wèn)題1. 安全可靠性:鋰離子電池較高的比能量，帶來(lái)相對(duì)嚴(yán)峻的安全問(wèn)題。 內(nèi)部短路 自放電， 起火， 爆炸 粉塵， 毛刺， 鋰枝晶 設(shè)計(jì)冗余不足安全可靠性評(píng)估2.產(chǎn)品一致性1). 性能參數(shù)一致性保持電池的內(nèi)阻，容量，電壓，自放電等一致，即電池在充放電過(guò)程中能夠保持一致的充放電行為。由于電池是循環(huán)多次使用，電池的性能指標(biāo)是相對(duì)變化的，所以對(duì)單體電池的要求更高。2). 電流密度&熱量分布一致性3)運(yùn)行環(huán)境一致性：熱模擬；機(jī)械模擬3.功率能量密度4.循環(huán)壽命1.8鋰電池優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)鋰電池主要優(yōu)點(diǎn)： 1能量比較高。具有高儲(chǔ)存能量密度，目前已達(dá)到460-600Wh/kg，是鉛酸電池

8、的約6-7倍； 2 使用壽命長(zhǎng)，使用壽命可達(dá)到6年以上，磷酸亞鐵鋰為正極的電池1C（100%DOD）充放電，有可以使用10,000次的記錄； 3額定電壓高（單體工作電壓為3.7V或3.2V），約等于3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池電源組； 4具備高功率承受力，其中電動(dòng)汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達(dá)到15-30C充放電的能力，便于高強(qiáng)度的啟動(dòng)加速； 5自放電率很低，這是該電池最突出的優(yōu)越性之一，目前一般可做到1%/月以下，不到鎳氫電池的1/20； 6重量輕，相同體積下重量約為鉛酸產(chǎn)品的1/5-6； 7高低溫適應(yīng)性強(qiáng)，可以在-20-60的環(huán)境下使用，經(jīng)過(guò)工藝上的處理，可以在-45

9、環(huán)境下使用； 8綠色環(huán)保，不論生產(chǎn)、使用和報(bào)廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)。 9生產(chǎn)基本不消耗水，對(duì)缺水的我國(guó)來(lái)說(shuō)，十分有利。 鋰電池的缺點(diǎn)1 理原電池均存在安全性差，有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。 2鈷酸鋰的鋰離子電池不能大電流放電，安全性較差。 3鋰離子電池均需保護(hù)線路，防止電池被過(guò)充過(guò)放電。4生產(chǎn)要求條件高，成本高。二LED材料與技術(shù)1.1 概述LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，簡(jiǎn)稱LED,，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端

10、連接電源的正極使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。它是一種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。由于具有容易控制、低壓直流驅(qū)動(dòng)、組合后色彩表現(xiàn)豐富、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于

11、城市各工程中、大屏幕顯示系統(tǒng)。LED可以作為顯示屏，在計(jì)算機(jī)控制下，顯示色彩變化萬(wàn)千的視頻和圖片。 LED是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的半導(dǎo)體。1.2 基本原理LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電能轉(zhuǎn)化為光能。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附著 在一個(gè)支架上，是負(fù)極，另一端連接電源的正極，整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，

12、電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)決定光的顏色，是由形成P-N結(jié)材料決定的。 LED燈株 貼片LED1.2LED分類1、 按發(fā)光管發(fā)光顏色分 ：按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍(lán)光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。 根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無(wú)色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無(wú)色透明、有色散射和無(wú)色散射四種類型。散射型發(fā)光二極管適合于做指示燈用。 2、 按發(fā)光管出光面特征分 ：按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、

13、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。國(guó)外通常把3mm的發(fā)光二極管記作T-1；把5mm的記作T-1（3/4）；把4.4mm的記作T-1（1/4）。 由半值角大小可以估計(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況。 從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來(lái)分有三類：（1）高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為5°20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。 （2）標(biāo)準(zhǔn)型。通常作指示燈用，其半值角為20°45（3）散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為45°90&

14、#176;或更大，散射劑的量較大。 3、 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分 ：按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。 4、 按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分 ：按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分有普通亮度的LED（發(fā)光強(qiáng)度10mcd）；把發(fā)光強(qiáng)度在10100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管。一般LED的工作電流在十幾mA至幾十mA，而低電流LED的工作電流在2mA以下（亮度與普通發(fā)光管相同）。 除上述分類方法外，還有按芯片材料分類及按功能分類的方法。1.3工藝流程 襯底 - 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 緩沖層生長(zhǎng) - N型GaN層生長(zhǎng) - 多量子阱發(fā)光層生 - P型GaN層生長(zhǎng) - 退火 - 檢測(cè)

15、（光熒光、X射線） - 外延片外延片- 設(shè)計(jì)、加工掩模版 - 光刻 - 離子刻蝕 - N型電極（鍍膜、退火、刻蝕） - P型電極（鍍膜、退火、刻蝕） - 劃片 - 芯片分檢、分級(jí)Epitaxyp-side metallizationWafer thinningn-side metalliztionFirst (half) sawingWafer probingSecond (full) sawingExpasion & InspectionPackaging & Labeling1.4 LED的優(yōu)點(diǎn)LED優(yōu)點(diǎn)LED的內(nèi)在特征決定了它具有很多優(yōu)點(diǎn)，諸如： 1、體積小LED基本上是

16、一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹(shù)脂里面，所以它非常小，非常輕。 2、耗電量低LED耗電相當(dāng)?shù)停绷黩?qū)動(dòng)，超低功耗（單管瓦），電光功率轉(zhuǎn)換接近30%。一般來(lái)說(shuō)LED的工作電壓是2-3.6V，工作電流是；這就是說(shuō)，它消耗的電能不超過(guò)0.1W，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能近80%。 3、使用壽命長(zhǎng)有人稱LED光源為長(zhǎng)壽燈。它為固體冷光源，環(huán)氧樹(shù)脂封裝，燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，使用壽命可達(dá)6萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上。 4、高亮度、低熱量LED使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量比普通照明燈具低很多。 5、環(huán)保LED是由無(wú)毒的材料作成，不像熒光

17、燈含水銀會(huì)造成污染，同時(shí)LED也可以回收再利用。光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線，既沒(méi)有熱量，也沒(méi)有輻射，眩光小，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源 6、堅(jiān)固耐用LED被完全封裝在環(huán)氧樹(shù)脂里面，比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，使得LED不易損壞。 LED燈7、多變幻LED光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有256級(jí)灰度并任意混合，即可產(chǎn)生256×256×256=16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。 8、技術(shù)先進(jìn)與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源是低壓微電子產(chǎn)品。它成功融

18、合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導(dǎo)體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程、無(wú)限升級(jí)、靈活多變的特點(diǎn)。 1.5應(yīng)用(1) 顯示屏、交通訊號(hào)顯示光源的應(yīng)用LED 燈具有抗震耐沖擊、光響應(yīng)速度快、省電和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種室內(nèi)、戶外顯示屏，分為全色、雙色和單色顯示屏，全國(guó)共有100 多個(gè)單位在開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。(2) 家用室內(nèi)照明的LED，LED筒燈，LED天花燈，LED日光燈，LED光纖燈已悄悄地進(jìn)入家庭！ (3) 汽車工業(yè)上的應(yīng)用汽車用燈包含汽車內(nèi)部的儀表板、音響指示燈、開(kāi)關(guān)的背光源、閱讀燈和外部的剎車燈、尾燈、側(cè)燈以及頭燈等。(4) 食

19、品儲(chǔ)藏 例如-2 + UV-LED進(jìn)行食品保鮮 (5）空氣清凈（殺菌和除掉有害物質(zhì)）,植物照明（促進(jìn)光合作用）。三晶體硅太陽(yáng)電池工藝1.1概述（1）硅太陽(yáng)能電池硅太陽(yáng)能電池分為單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池三種。 單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為24.7%，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為15%（截止2011，為18%）。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于單晶硅成本價(jià)格高，大幅度降低其成本很困難，為了節(jié)省硅材料，發(fā)展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做為單晶硅太陽(yáng)能電池的替代產(chǎn)品。 多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于

20、非晶硅薄膜電池，其實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為18%，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%（截止2011，為17%）。因此，多晶硅薄膜電池不久將會(huì) 在太陽(yáng)能電地市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。 非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。但受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問(wèn)題及提高轉(zhuǎn)換率問(wèn)題，那么，非晶硅太陽(yáng)能電池?zé)o疑是太陽(yáng)能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。 （2）多晶體薄膜電池多晶體薄膜電池硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染

21、，因此，并不是晶體硅太陽(yáng)能電池最理想的替代產(chǎn)品。 砷化鎵（GaAs）III-V化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強(qiáng)，對(duì)熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價(jià)格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。 銅銦硒薄膜電池（簡(jiǎn)稱CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問(wèn)題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太陽(yáng)能電池的一個(gè)重要方向。唯一的問(wèn)題是材料的來(lái)源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。·太陽(yáng)能電池以硅材料為主的主要原因基于以上

22、幾個(gè)方面考慮，硅是最理想的太陽(yáng)能電池材料，這也是太陽(yáng)能電池以硅材料為主的主要原因。但隨著新材料的不斷開(kāi)發(fā)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，以其它材料為基礎(chǔ)的太陽(yáng)能電池也愈來(lái)愈顯示出誘人的前景。本文簡(jiǎn)要地綜述了太陽(yáng)能電池的種類及其研究現(xiàn)狀，并討論了太陽(yáng)能電池的發(fā)展及趨勢(shì)。 1.2 硅系太陽(yáng)能電池晶體硅太陽(yáng)能電池單晶硅太陽(yáng)能電池 硅系列太陽(yáng)能電池中，單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的成熱的加工處理工藝基礎(chǔ)上的?，F(xiàn)在單晶硅的電池工藝己近成熟，在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開(kāi)發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電

23、池。提高轉(zhuǎn)化效率主要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。在此方面，德國(guó)夫朗霍費(fèi)費(fèi)萊堡太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所保持著世界領(lǐng)先水平。該研究所采用光刻照相技術(shù)將電池表面織構(gòu)化，制成倒金字塔結(jié)構(gòu)。并在表面把一13nm。厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結(jié)合通過(guò)改進(jìn)了的電鍍過(guò)程增加?xùn)艠O的寬度和高度的比率：通過(guò)以上制得的電池轉(zhuǎn)化效率超過(guò)23%，最大值可達(dá)233%。Kyocera公司制備的大面積（225cm2）單電晶太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率為1944%，國(guó)內(nèi)北京太陽(yáng)能研究所也積極進(jìn)行高效晶體硅太陽(yáng)能電池的研究和開(kāi)發(fā)，研制的平面高效單晶硅電池（2cm X 2cm）轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19.79%，刻槽埋柵電極晶體硅電池（5cm

24、 X 5cm）轉(zhuǎn)換效率達(dá)8.6%。單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率無(wú)疑是最高的，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于受單晶硅材料價(jià)格及相應(yīng)的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價(jià)格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困難的。為了節(jié)省高質(zhì)量材料，尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品，現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太陽(yáng)能電池，其中多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池就是典型代表。 多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池通常的晶體硅太陽(yáng)能電池是在厚度350450m的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。因此實(shí)際消耗的硅材料更多。為了節(jié)省材料，人們從70年代中期就開(kāi)始在廉價(jià)襯底上沉積多晶硅薄膜，但由于生長(zhǎng)的硅膜晶粒大小，

25、未能制成有價(jià)值的太陽(yáng)能電池。為了獲得大尺寸晶粒的薄膜，人們一直沒(méi)有停止過(guò)研究，并提出了很多方法。目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學(xué)氣相沉積法，包括低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）和等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）工藝。此外，液相外延法（LPPE）和濺射沉積法也可用來(lái)制備多晶硅薄膜電池。 化學(xué)氣相沉積主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4或SiH4,為反應(yīng)氣體,在一定的保護(hù)氣氛下反應(yīng)生成硅原子并沉積在加熱的襯底上，襯底材料一般選用Si、SiO2、Si3N4等。但研究發(fā)現(xiàn)，在非硅襯底上很難形成較大的晶粒,并且容易在晶粒間形成空隙。解決這一問(wèn)題辦法是先用 LPCVD在襯底上沉熾一層較薄的非

26、晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜，因此，再結(jié)晶技術(shù)無(wú)疑是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，目前采用的技術(shù)主要有固相結(jié)晶法和中區(qū)熔再結(jié)晶法。多晶硅薄膜電池除采用了再結(jié)晶工藝外，另外采用了幾乎所有制備單晶硅太陽(yáng)能電池的技術(shù)，這樣制得的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率明顯提高。德國(guó)費(fèi)萊堡太陽(yáng)能研究所采用區(qū)館再結(jié)晶技術(shù)在FZ Si襯底上制得的多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率為19%，日本三菱公司用該法制備電池，效率達(dá)16.42%。 液相外延（LPE）法的原理是通過(guò)將硅熔融在母體里，降低溫度析出硅膜。美國(guó)Astropower公司采用LPE制備的電池效率達(dá)122%。中國(guó)光電發(fā)展技術(shù)中心的陳哲良采用液

27、相外延法在冶金級(jí)硅片上生長(zhǎng)出硅晶粒，并設(shè)計(jì)了一種類似于晶體硅薄膜太陽(yáng)能電池的新型太陽(yáng)能電池，稱之為“硅?！碧?yáng)能電池，但有關(guān)性能方面的報(bào)道還未見(jiàn)到。 多晶硅薄膜電池由于所使用的硅遠(yuǎn)較單晶硅少，又無(wú)效率衰退問(wèn)題，并且有可能在廉價(jià)襯底材料上制備，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池，因此，多晶硅薄膜電池不久將會(huì)在太陽(yáng)能電地市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。 1.3 晶體硅太陽(yáng)電池產(chǎn)業(yè)鏈工藝介紹1.多晶硅料制備 1）三氯氫硅氫還原法（西門(mén)子法）Si+3HCl=SiHCl3+H2SiHCl3精餾化學(xué)提純，中間化合物雜質(zhì)含量降低到10-1010-7SiHCl3+H2=Si+3HCl在反應(yīng)室中將原始高純硅細(xì)棒（直徑約5mm）通電加熱至1100攝氏度以上，通入三氯化氫和高純氫氣發(fā)生還原反應(yīng)，采用化學(xué)氣象沉積技術(shù)生成新的高純硅沉積在硅棒上，使硅棒直徑不斷增大達(dá)到150-200mm2）硅烷熱分解法 硅烷精餾提純，然后通入反應(yīng)室中，細(xì)小的多晶硅棒通電加熱至850攝氏度以上反應(yīng)方程式：SiH4=Si+2H2