光伏材料-硅欧洲杯足球竞彩

背景

硅仍然是商业应用中最受欢迎的太阳能电池材料，因为它非常丰富(它实际上是地壳中含量第二丰富的元素，仅次于氧气!)然而，要用于太阳能电池，它必须精炼到99.9999%纯度。

在单晶硅中，材料的分子结构是均匀的，因为整个结构是从同一个或一个“单晶”生长而来的。这种均匀性对于在材料中有效转移电子是理想的。为了制造一个有效的PV电池，硅被“掺杂”成n型和p型。另一方面，半晶硅由几个更小的晶体或“晶粒”组成，这些晶体或“晶粒”会引入“边界”。这些边界阻碍了电子的流动，并促使它们与空穴重新结合，从而减少了电池的功率输出。然而，半晶硅的生产成本比单晶硅低得多，因此研究人员正在研究其他方法来最小化晶界的影响。

不同的结构

图1所示。单晶材料(a)结构均匀;原子的有序排列没有扰动。半晶体材料(b)是由几个晶体或“颗粒”组成的。在颗粒的界面，或“边界”，原子秩序被打乱。在这里，电子更有可能与空穴重新结合，而不是对电路做出贡献。

即使是非常小的硅晶体也可以制造成功的太阳能电池，目前正在进行多晶硅的研发，希望能使这种材料适合成本效益高的太阳能电池。多晶材料包含许多单晶，其厚度约为一根头发丝，或约为半晶材料晶体大小的1/1000。

单个水晶材料做准备

为了把它变成单晶硅，我们首先熔化高纯硅。然后我们使它在接触到单晶“种子”时非常缓慢地重新形成。当它逐渐冷却和凝固时，硅适应了单晶种子的形状。这并不奇怪，因为我们是从一个“种子”开始的，这个过程被称为从熔融的硅中“生长”一个新的单晶硅锭。可以使用几个特定的过程来完成这一任务。最成熟和可靠的方法是Czochralski法和浮动区(FZ)技术。

在chzochralski过程中，当硅在种子上结晶时，种子晶体被浸入一个熔化的硅坩埚中，然后缓慢地抽出圆柱形单晶。

图2。-制造单晶硅最广泛使用的技术是Czochralski工艺，单晶硅的种子接触熔融硅的顶部。当种子慢慢升起时，熔融硅的原子在种子的模式中凝固并扩展单晶结构

浮动区域流程

浮子区(FZ)工艺生产更纯的晶体，因为它们不像焦拉尔斯基晶体那样受到坩埚的污染。在FZ过程中，硅棒被放置在种子晶体的顶部，并通过电磁线圈降低。线圈的磁场在棒子内感应出一个电场，加热并熔化棒子和种子之间的界面。单晶硅在界面处形成，随着线圈慢慢升高而向上生长。

一旦单晶锭生产出来，必须将其切成薄片。

虽然单晶硅技术发展得很好，但Czochralski、FZ和铸锭工艺复杂且昂贵。然而，一组新的晶体生产工艺，通常被称为带状生长，可以通过将硅直接形成薄的、可用的单晶硅晶片来降低加工成本。这些方法包括直接形成薄晶片，从而避免了圆柱形钢锭所需的切片步骤。

半晶质材料

生产半晶硅的方法有很多种。最流行的商业方法包括铸造过程，在这个过程中，熔化的硅直接铸造到一个模具中，并允许凝固成一个锭。一般来说，模具是方形的，生产的铸锭可以切割和切片成方形细胞，更紧密地适合到光伏组件。(圆形单元格之间留有空间，而方形单元格可以用最少的浪费空间装在一起)。

图3。- 制造商业半晶硅的最常用方法是铸造的，其中将熔融硅直接倒入模具中并使其固化成铸锭。

资料来源:美国能源部光伏项目。

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