1. 1 硅太阳能电池的基本原理 

晶态硅和无定形硅是硅的两种状态，具体如下图所示

     图1.1 晶态单晶硅                     图1.2  无定形硅

硅材料对于太阳能的利用与研究至关重要，晶体硅太阳能电池是目前全世界太阳能电池生产最多的产品，据估算，每生产10个太阳能电池，其中有9个是硅太阳能电池，换句话说，硅太阳能电池的生产总量非常的庞大。硅太阳能电池的主要原理是半导体的光电效应，当太阳光照射到半导体器件上时，由于热激发而产生热生载流子，即形成空穴-电子对，在扩散的过程中受到电池内电场的作用，空穴从n区向p区流动，电子从p区向n区流动，增加外部电路时，电路内部就会有电流流过。硅原子的一般的结构如下图1.3所示图1.3中，正号代表正电荷，表示硅原子，负号代表电子，表示硅原子外围的四个电子。文献综述

图1.3 硅原子的结构

    当在晶体硅中掺入其他杂质时，在高温下杂质可以跟氮，碳，和硅发生化学反应，形成高硬度，耐熔，高导电率和化学惰性的金属氧化物。当把硼掺入硅中时，很多的空穴就会出现在硅晶体中，下图1.4可以很好的描述这个形成过程

        图1.4  参入硼后晶体硅的结构                     图1.5掺入磷后晶体硅的结构

图1.4中，硼原子是黄色的部分，一个硼原子有3个价电子，这时在硅的晶格中，一个硼原子的3个价电子与其周围4个硅原子的价电子形成共价键，缺少一个价电子，因此，很容易从近处夺来一个价电子而使自身电离为负离子，这就是说，掺入硼的硅原子带着一个很容易电离的空穴，形成p型半导体硅。在p型硅中，存在着大量带正电荷的空穴，以及等量的带负电荷的载体，这里空穴是多子，电子是少子，电流主要依靠空穴传输。同样，当在硅晶体中掺入磷原子时，在硅的晶格中，一个磷原子中的4个价电子与其周围4个硅原子的价电子形成共价键，还剩下1个价电子，因为不能被安排在硅原子晶格的正规结构中而游离，致使磷原子电离，形成n型半导体硅。在n型硅中，存在着大量带负电荷的电子，以及等量带正电荷的载体，这里电子是多子，空穴是少子，电流主要依靠电子传输。这样，当p型半导体和n型半导体结合在一起的时候就会在接触面形成电势差，由此形成一个内电场，电场方向由n指向p如图1.6所示。由于存在电势差，电子从p结移向n结，空穴从n结移向p结，并聚集在两侧的电极上，如图1.7，当外部电路接通时，将会有电流流过产生电力。

     图1.6形成的内电场                    图1.7硅太阳能电池的结构示意图 

1. 2硅太阳能电池的制作过程

     自从法国科学家拉瓦锡于1787年首次在岩石中发现硅以来，尤其是19世纪科学家发现硅晶体的半导体性质后，晶体硅便得到了各国科学家们的异常重视。今天，与晶体硅相关的产业发展非常的迅速，其中发展速度最快的产业非晶体硅太阳能电池莫属了。

晶体硅的生产主要有以下五个过程：

1.提纯过程：工业上的提纯方法要求成本低，能够形成产业化。高温下二氧化硅和碳粉发生化学反应生成硅，此时硅的纯度很低，夹杂着大量的杂质，需要进一步提纯。然后将得到的粗硅与氯气发生反应得到四氯化硅，最后用氢气将四氯化硅中的硅元素置换出来得到纯度很高的单晶硅。涉及到的反应化学式如下：