大多数硅太阳能电池是由硅片制成的,硅片可以是单晶或多晶的。单晶硅片通常具有更好的材料参数,但也更昂贵。晶体硅具有有序的晶体结构,每个原子理想地位于预定位置。晶体硅表现出可预测且均匀的行为,但由于需要仔细且缓慢的制造工艺,它也是最昂贵的硅类型。
单晶硅中硅原子的规则排列产生了明确的能带结构。每个硅原子的外壳有四个电子。来自相邻原子的电子对是共享的,因此每个原子与相邻原子共享四个键。
单晶硅通常生长为大的圆柱形锭,用于生产圆形或半方形太阳能电池。半方形电池最初是圆形的,但边缘被切除,以便可以更有效地将多个电池装入矩形组件中。
取向和掺杂
在单晶硅材料中,晶体取向由密勒指数定义。使用括号(例如(100))来标注特定的晶面。硅具有立方对称结构,因此(100)、(010)等是等效平面,并用大括号{100}统一表示。类似地,晶体方向使用方括号定义,例如[100],并使用三角括号<100>统一表示。
在太阳能电池中,首选方向是<100>,因为这可以很容易制绒以产生降低表面反射率的金字塔。然而,一些晶体生长过程(例如树枝状网<111>)会产生具有其他取向的材料。
为了表示晶体方向,单晶硅片通常使用平面来表示硅片的取向和掺杂。最常见的标准是 SEMI 标准:
- 如果次平面与主平面成 180°,则硅片为 n 型 <100>
- 如果次平面向左或向右成 90°,则硅片为 p 型<100>
- 如果次平面向左或向右向上 45°,则硅片为 n 型 <111>
- 如果没有次平面,则硅片为 p 型<111>