2014硅電池原理期末復(fù)習(xí)題庫(kù)解析

1、1、單晶硅晶胞常數(shù)為 0.543 nm,計(jì)算(100), (110), (111)晶面的面間距和原子密度(110)面：面間距：0.543nm ;面密度：6.783nm-2(110)面：面間距：0.768nm ;面密度：4.748nm-2(111)面：面間距：0941nm ;面密度：7.801nm-22、舉例說(shuō)明晶體缺陷主要類型缺陷分為：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷點(diǎn)缺陷：肖特基缺陷和弗侖克爾缺陷，反結(jié)構(gòu)缺陷線缺陷：位錯(cuò)，分為刃行位錯(cuò)、螺旋位錯(cuò)面缺陷：層錯(cuò)，常見(jiàn)的有外延層錯(cuò)、熱氧化層錯(cuò)體缺陷：有空洞、夾雜物、沉淀等3、畫(huà)出PN結(jié)能帶圖及載流子分布PN結(jié)能帶圖：4、簡(jiǎn)述光生伏特效應(yīng)1)用能量等于

2、或大于禁帶寬度的光子照射p-n結(jié)；2) p、n區(qū)都產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，產(chǎn)生非平衡載流子；3)非平衡載流子破壞原來(lái)的熱平衡；4)非平衡載流子在內(nèi)建電場(chǎng)作用下，n區(qū)空穴向p區(qū)擴(kuò)散，p區(qū)電子向n區(qū)擴(kuò)散;5)若p-n結(jié)開(kāi)路，在結(jié)的兩邊積累電子一空穴對(duì)，產(chǎn)生開(kāi)路電壓。5、簡(jiǎn)述硅太陽(yáng)能電池工作原理太陽(yáng)能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，硅太陽(yáng)能電池的基本材料為P型單晶硅，上表面為N理區(qū)，構(gòu)成一個(gè) PN+結(jié)。頂區(qū)表面有柵狀金屬電極，硅片背面為金屬底電極。上下電極分別與 N+區(qū)和P區(qū)形成歐姆接觸，整個(gè)上表面還均勻覆蓋著減反射膜。當(dāng)入發(fā)射 光照在電池表面時(shí)，光子穿過(guò)減反射膜進(jìn)入硅中，能量大于硅禁帶寬度的光子在

3、N+區(qū)，PN+結(jié)空間電荷區(qū)和 P區(qū)中激發(fā)出光生電子一一空穴對(duì)。各區(qū)中的光生載流子如果在復(fù)合前能越過(guò)耗盡區(qū)，就對(duì)發(fā)光電壓作出貢獻(xiàn)。光生電子留于N+區(qū)，光生空穴留于 P區(qū)，在PN+結(jié)的兩側(cè)形成正負(fù)電荷的積累，產(chǎn)生光生電壓，此為光生伏打效應(yīng)。當(dāng)光伏電池兩端接一負(fù)載 后，光電池就從 P區(qū)經(jīng)負(fù)載流至N+區(qū)，負(fù)載中就有功率輸出。6、如何從石英砂制取硅？簡(jiǎn)要框圖說(shuō)明從石英到單晶硅的工藝加料一- 熔化-縮頸生長(zhǎng)一-放肩生長(zhǎng)一-等徑生長(zhǎng)一-尾部生長(zhǎng)SiO2+4HCl=SiCl4+2H2O SiCl4+2H2=Si+4HCl首先對(duì)石料分揀出純石英石，然后用水冼機(jī)去 皮清污，然后由膠帶運(yùn)送至破裂機(jī)粗粉碎，細(xì)碎的石料

4、進(jìn)入磁選振念頭篩分出兩種石英石： 對(duì)知足精制的石英砂，舉行酸冼、水冼、去鐵、去硫去除雜質(zhì)，再細(xì)粉碎或經(jīng)球磨機(jī)制成超 細(xì)粉未，按目數(shù)分級(jí)制品，末了包裝入庫(kù)；對(duì)不能知足精制的石英砂料，再經(jīng)破裂后制成低端粗制石英砂產(chǎn)品and供煉鋼廠做爐底料。增長(zhǎng)中端精制石英砂產(chǎn)品線，對(duì)原料深加工可以有用地進(jìn)步經(jīng)濟(jì)效益。7、簡(jiǎn)述半導(dǎo)體硅中的雜質(zhì)對(duì)其性能的影響1）雜質(zhì)對(duì)材料導(dǎo)電類型的影響當(dāng)材料中共存施主和受主雜質(zhì)時(shí)，他們將互相發(fā)生補(bǔ)償，材料的導(dǎo)電類型取決于占優(yōu)勢(shì)的雜質(zhì)。對(duì)于硅材料，當(dāng)出族雜質(zhì)元素在數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)時(shí)，材料呈現(xiàn)P型，反之當(dāng)V族元素占優(yōu)勢(shì)時(shí)則呈現(xiàn) N型，當(dāng)兩者數(shù)量接近，他們相互補(bǔ)償，結(jié)果材料將呈現(xiàn)弱N型或弱P型

5、。2）雜質(zhì)對(duì)材料電阻率的影響半導(dǎo)體材料的電阻率一方面與載流子濃度有關(guān)，另一方面又與載流子的遷移率有關(guān)。同樣的摻雜濃度，載流子的遷移率越大，材料的電阻率越低。如果半導(dǎo)體中存在多種雜質(zhì)，通常情 況下，可以認(rèn)為基本上屬于雜質(zhì)飽和電離范圍。在有雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)那闆r下，電阻率主要由有效雜質(zhì)濃度（NA-ND或（ND-NA決定。但是總的雜質(zhì)濃度 N1=NA+N曲會(huì)對(duì)材料的電阻率產(chǎn) 生影響，因?yàn)楫?dāng)雜質(zhì)濃度很大時(shí)，雜質(zhì)對(duì)載流子的散射作用會(huì)大大降低其遷移率。3）雜質(zhì)對(duì)非平衡載流子壽命的影響半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)和缺陷， 對(duì)非平衡載流子壽命有重要的影響， 特別是重金屬雜質(zhì)，它們 具有多重能級(jí)而且還是深能級(jí)， 這些能級(jí)在禁帶中

6、好像臺(tái)階一樣， 對(duì)電子和空穴的復(fù)合起“中 間站”的作用，成為復(fù)合中心。它捕獲導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴使兩者復(fù)合，這就大大縮短了非平衡載流子的壽命。8、以P摻入Si為例，說(shuō)明什么是施主雜質(zhì)、施主雜質(zhì)電離過(guò)程和N型半導(dǎo)P在硅中電離時(shí)，能夠施放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心，稱它們?yōu)槭┲麟s質(zhì)。P在硅中電離時(shí)，能夠施放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心，稱它們?yōu)槭┲麟s質(zhì)。 磷原子占據(jù)硅原子的位置。磷原子有五個(gè)價(jià)電子。其中四個(gè)價(jià)電子與周圍的四個(gè)硅原于 形成共價(jià)鍵，還剩余一個(gè)價(jià)電子。這個(gè)多余的價(jià)電子就束縛在正電中心P+的周圍。價(jià)電子只要很少能量就可掙脫束縛，成為導(dǎo)電電子在晶格中自由運(yùn)動(dòng)，這時(shí)磷原子就成為

7、少了一個(gè) 價(jià)電子的磷離子 P+,它是一個(gè)不能移動(dòng)的正電中心。上述電子脫離雜質(zhì)原子的束縛成為導(dǎo) 電電子的過(guò)程稱為雜質(zhì)電離。施主雜質(zhì)電離后成為不可移動(dòng)的帶正電的施主離子，同時(shí)向?qū)峁╇娮樱?使半導(dǎo)體成為電子導(dǎo)電的n型半導(dǎo)體。9、以B摻入Si為例，說(shuō)明什么是受主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)電離過(guò)程和P型半導(dǎo)體B在硅中能夠接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴，并形成負(fù)電中心，所以稱它們?yōu)槭苤麟s質(zhì)。B原子占據(jù)，硅原子的位置。硼原子有三個(gè)價(jià)電子。與周圍的四個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)還缺一個(gè)電子，就從別處奪取價(jià)電子，這就在Si形成了一個(gè)空穴。這時(shí) B原子就成為多了一個(gè)價(jià)電子的硼離子 B-,它是一個(gè)不能移動(dòng)的負(fù)電中心?？昭ㄊ`在正電中心 B

8、的周圍。空穴只要很少能量就可掙脫束縛，成為導(dǎo)電空穴在晶格中自由運(yùn)動(dòng)，使空穴掙脫束縛成為導(dǎo)電空穴所需要的能量稱為受主雜質(zhì)電離能。受主雜質(zhì)電離后成為不可移動(dòng)的帶負(fù)電的受主離子，同時(shí)向價(jià)帶提供空穴，使半導(dǎo)體成 為空穴導(dǎo)電的p型半導(dǎo)體。10、 解釋平衡載流子和非平衡載流子并舉例說(shuō)明在熱平衡狀態(tài)半導(dǎo)體中，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合的過(guò)程保持動(dòng)態(tài)平衡，從而使載流子濃度保持定值，則處于此種狀態(tài)下的載流子為平衡載流子。處于非平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，其載流子濃度也不再是n0和p0（此處0是下標(biāo)），可以比他們多出一部分。比平衡狀態(tài)多出來(lái)的這部分載流子稱為非平衡載流子。舉例：電阻率為1C cm白n - Si1L L 一 八15J

9、3升34ie。、&+n0 =5.5父10 cm其平衡載流子儂度J 0,、p0 = 3.1父 104cm 當(dāng)非平衡載流子濃度.：n = p =1010cm二貝ij An n0Mip p01. x一一一 八15 二3n =n0 + An % n0 生 5.5父10 cm -p = p0 + Ap Ap . 1010cm上1、如何控制直拉法生長(zhǎng)單晶硅的電阻率均勻性(1) 直拉法單晶中縱向電阻率均勻性的控制使縱向電阻率逐漸降低的效果與使電阻率逐漸升高的效果達(dá)到平衡，就會(huì)得到縱向電阻率比較均勻的晶體。方法：變速拉晶法，雙塔蝸法。(2) 徑向電阻率均勻性的控制固液交界面平坦度的影響。平坦的固液界面其徑向電

10、阻率均勻性比較好，為了獲取徑向電阻率均勻的單晶，必須調(diào)平固液界面，方法： a.調(diào)整晶體生長(zhǎng)熱系統(tǒng)，使熱場(chǎng)的徑向溫度梯度變小。b.調(diào)節(jié)拉晶運(yùn)行參數(shù)。c.調(diào)整晶體或增竭的轉(zhuǎn)速，增加晶轉(zhuǎn)會(huì)使固體固體界面由下向上運(yùn)動(dòng)的高溫液流增大，使界面由凸變凹。d.增大增期內(nèi)徑與晶體直徑的比值，會(huì)使固體界面變平，還能使位錯(cuò)密度及晶體中氧含量下降。小平面效應(yīng)的影響。 由于小平面效應(yīng)，小平面區(qū)域電阻率會(huì)降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)雜質(zhì)管道芯。2、Cz硅單晶生長(zhǎng)工藝中影響縱向電阻率均勻性主要因素有哪些？如何改善(含原理) 影響因素：分凝、蒸發(fā)、增期污染。改善：1)變速拉晶法：Cs=KCl是基本原理，實(shí)際上 K應(yīng)該為Keff ,其隨著轉(zhuǎn)速f的增加而 增大。通過(guò)速度f(wàn)的改變可以調(diào)節(jié)晶體的電阻率。2)雙塔期法(連通增蝸法、浮置增蝸法)：針對(duì)K 、， 一 一，_. 一2.對(duì)于正方形電池片，則 s/d=1/m ,可得：Rs=FO/ (8m)可見(jiàn)m越大，Rs越小。10、試求硅太陽(yáng)能電池表面減反射層的最佳厚度減反射層在光學(xué)性質(zhì)上必須滿足兩個(gè)條件：1) n1n3=n22; 2) n2d=0.2