当受到光照时,PN结两端会产生光生电子和空穴。
在内建电场的作用下,电子空穴被分离,在外电路中形成电流。
然而,要想把这个过程优化到极致,却需要在半导体工艺上做足文章。
想要高的转换效率,单晶硅是首选。它的晶格排列规整,少子寿命长,载流子输运性能好。可是,提纯难度高,成本也不低。
多晶硅呢?价格是便宜了,晶界缺陷多,转换效率就差了一截。
更别提非晶硅了,禁带宽度是窄了,可是充满着悬挂键,载流子复合太严重。
正当世界传统光伏强国对太阳能电池的优化,陷入两难境地的时候,远在神州大地的赵阳,却凭借系统,悄然踏上了一条开创性的道路。
现在的兔子，工业水平已经是一流。
半导体产业更是处于迅速发展阶段,晶体硅的提纯水平非常强，所以完全有计划。
"首先,硅料得下功夫!"赵阳眉头紧锁,在图纸上唰唰勾画。他深知,原料纯度的高低,关乎到最后的电池性能。
"就采用改良西门子法吧,把冶金级多晶硅先提纯到99%以上,再通入还原性气体,与硅粉发生化学气相沉积。这样一来,杂质含量能降到10^-7以下。"
说干就干,改良的合成设备很快就搭建起来。
一座座乌黑的石墨坩埚,盛满了高纯硅粉。赤红的硅芯在其中缓缓旋转,与氢气和氯化氢激烈反应。
不一会儿,一根根晶莹剔透的多晶硅棒,便被缓缓取出,折射出七彩的光芒。
"棒极了,这下,咱们的电池片就有''好米''下锅了!"赵阳兴奋地搓了搓手。他知道,接下来的关键,就看长晶和掺杂的本事了。
"单晶炉要用直拉法,直径不低于8寸。籽晶要旋转提拉,速度得严格控制,温场也得稳定……"他对着一台崭新的单晶炉,反复叮嘱。
很快,一炉炉晶莹剔透的单晶硅锭,在兔子科学家的眼前,拔地而起。切片,减薄,抛光……几道工序下来,一片片薄如蝉翼的硅片,整整齐齐地码放在干净的载板上。
可这还不算完,要做成太阳能电池,PN结可是最关键的结构。
"扩散炉要用等离子体CVD,硼源用三氯化硼,磷源用磷氧氯。扩散温度严格控制在800-900摄氏度,时间把握在几十分钟……"赵阳对着崭新的离子注入机,如数家珍地介绍着。
随着一道道射线的注入,一片片"身怀绝技"的PN结硅片,悄然诞生在实验室里。整齐的P层和N层,在硅片内部形成了完美的结,为载流子的定向运动创造了条件。
可就这样还不够,光电转换的效率还得再往上抠。
"减反射膜是必须的,咱们采用氮化硅。先用PECVD淀积50纳米,再用RIE刻蚀出''金字塔''结构。这下子,表面的反射率就降到2%以下了。"赵阳信心十足地说。
台面上,一块块硅片在等离子体中忽隐忽现。数分钟后,它们表面已经覆盖上了一层"暗黑色"的薄膜。在扫描电镜下一瞧,表面布满了整齐的纳米"金字塔",犹如一座座微型吸光"陷阱"。
"再来是电极,咱们用丝网印刷银浆!正面栅线宽度30微米,首尾搭接……背面则覆盖整个电极,以降低接触电阻!"赵阳比划着,神情专注。
很快,一块块"重装上阵"的硅片,在烘干固化后,便披挂上了闪亮的"银色盔甲"。那细密的栅线,犹如一张张捕捉光明的网,将一束束"金色的绳索"牢牢束缚。
终于,在一次次的探索和优化中,一款兼具转换效率和经济性的太阳能电池在兔子实验室诞生了!它采用高纯P型单晶硅片,掺杂N型磷形成PN结,正面印刷密集栅线,背面形成全金属电极,表面覆盖减反射膜……
当一缕阳光洒在电池上,一股股清流便在其中欢快地流淌!没错,这款新型电池的光电转换效率,稳稳地达到了20%以上,远超当时的世界水平!
就这样,在赵阳的带领下,太阳能电池的生产工艺被一项项攻克。光照一号,光照二号……一块块泛着金属光泽的硅片,在兔子国的实验室里诞生。
"赵工,光照三号电池,转化效率达到22%!"小王兴奋地捧着一摞检测报告,像献宝似的递了上来。
"漂亮!"赵阳笑逐颜开。这一刻,无数个通宵达旦的身影浮现在眼前。从最初对光伏一无所知,到现在掌握核心工艺……中间的点点滴滴,都凝结着兔子科研人员的心血!
"来,给我装上,咱们遛遛!"赵阳迫不及待地吩咐道。
话音刚落,崭新的太阳能电池板就被安装到了屋顶支架上。一块块深蓝色的"玻璃",在阳光下熠熠生辉。只见赵阳戴上墨镜,举着万用表,兴致勃勃地研究起曲线来。
"开路电压0.6伏,短路电流8安,棒极了!"他手舞足蹈,活像个大孩