早期硅电池

(上一页的延续。摘自 1)

大约在 20 世纪 30 年代开发硒电池的同时，硅因其在点接触整流器中的应用而受到越来越多的关注。至少从 1874 年起，人们就知道尖锐的金属点接触与各种晶体的整流特性 2。在无线电的早期，这种晶体整流器是无线电接收器中最常用的探测器，但随着热电子管的发展，晶体整流器在除超高频应用之外的所有应用中都被替换。事实证明，钨尖是与硅表面接触的最合适的材料。对硅纯度的研究也导致了对其特性的进一步了解。

在为此目的制备的纯硅重结晶熔体的研究中，Ohl 3 发现在由市售高纯度硅生长的硅锭中存在明确的势垒。

(a)铸锭显示出熔化过程中杂质偏析形成的自然接合；(b)垂直于结切割的光伏器件；(c)平行于连接处切割的装置；(d)平行于结点切割的器件顶面。

1941 年，甚至在对掺杂剂的了解还很有限之前，就描述了基于这些自然结的硅光伏器件 3。在上图中，(a) 显示了硅铸锭中自然生长的结。铸锭由酸浸冶金级硅制成，熔化后从顶部冷却。如(a)所示，通过从锭切割来制备电池。或者，可以平行于连接处切割器件，如 (c) 所示。

这种天然屏障首先是在用于电阻率测量的锭切下的棒中发现的。该棒表现出良好的光伏响应，具有高热电系数，并且具有良好的整流性能。当照射或加热时，棒的一端产生负电势，并且必须施加负偏压，以便对流过势垒或流过与该材料的点接触的电流表现出低电阻。具有这些特性的材料被称为负型或 n 型硅，相反类型的材料被称为正型或 p 型。随后显示了施主和受主杂质在产生这些特性中的作用。

尽管这些器件的性能与当时可用的薄膜器件类似，但其制备方法显然不适合方便制造。然而，很明显，如果能找到一种合适的方法来均匀地激活大面积的硅表面，就可以制造出有竞争力的电池。 1952 年，Kingsbury 和 Ohl 4 报道了改进的硅太阳能电池，使用更纯的硅来防止生长结的形成和表面的离子轰击以形成整流结。

与此同时，晶体生长技术和通过扩散形成结的技术的发展导致Chapin, Fuller 和 Pearson 5于 1954 年宣布了第一个现代硅电池。这些电池具有下图所示的双后接触结构，并且具有较高的效率6%，约为早期设备的 15 倍，开启了光伏发电的第一个真正前景。引起了极大的兴趣 6。然而，鉴于硅制备工业的不成熟，人们很快就发现最初的热情还为时过早。然而，这些电池被证明适合太空使用，并成为其主要应用，直到 1970 年代初期。

早期的硅太阳能电池结构。