光伏電池生產(chǎn)制造可以說(shuō)是光伏產(chǎn)業(yè)鏈中最重要，也是技術(shù)含量最高的環(huán)節(jié)，熟悉掌握太陽(yáng)能電池相關(guān)的理論基礎(chǔ)，對(duì)進(jìn)一步理解電池生產(chǎn)工藝及高效電池的研發(fā)都是很有必要的，為此筆者對(duì)太陽(yáng)能光伏電池理論做了一些基礎(chǔ)總結(jié)。

        光學(xué)基礎(chǔ)

　　晶體硅的禁帶寬度為Eg=1.12ev，其隨溫度而變化，但一般在1.1—1.3ev之間。由hv=hc/λ=Eg推出：

　　λ=hc/Eg=1.24/1.12=1100nm（本征吸收的光波極限）

　　由光生伏特效應(yīng)可知：只有波長(zhǎng)小于1100nm的才能在硅中激發(fā)出出電子空穴對(duì)，即產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。

　　而如下圖所示，97%以上的太陽(yáng)輻射能的波長(zhǎng)位于290—3000nm，可見(jiàn)光波長(zhǎng)為380（紫色）—780（紅色）nm。故能產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)的光子占大部分的為可見(jiàn)光。

　　太陽(yáng)光譜中波長(zhǎng)大于1.1μm不能產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)，而是轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，這部分占光能的25%；而當(dāng)光子能量大于禁帶寬度1.12ev時(shí)，只能激發(fā)產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)，剩余的能量轉(zhuǎn)化為熱量，這部分損失的能量同樣占總光能的25%。所以用于轉(zhuǎn)化為電能的能量只占太陽(yáng)能總能量的50%。

　　半導(dǎo)體材料的光吸收（包括熱能和轉(zhuǎn)換的電能等）

　　當(dāng)一束光照射在物體上時(shí)，一部分入射光線(xiàn)在物體表面反射或散射，一部分被物體吸收，另一部分可能透過(guò)物體。也就是說(shuō)，光能的一部分可以被物體吸收。隨著物體厚度的增加，光吸收也增加。如果入射光的能量為I0，則在離表面距離x處，光的能量為

　　I = I0 e-ax

　　式中，a為物體的吸收系數(shù)，表示光在物體中傳播1/a距離時(shí)，能量因吸收而衰減到原來(lái)的1/e。半導(dǎo)體材料的吸收系數(shù)較大，一般在105cm-1以上，能夠強(qiáng)烈的吸收光的能量。被吸收的光能將使材料中能量低的電子躍遷到較高的能級(jí)。

　　硅材料是間接能帶材料，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，硅的光吸收系數(shù)遠(yuǎn)低于其他太陽(yáng)能光電材料，如吸收95%的太陽(yáng)光，GaAs太陽(yáng)電池只需要5—10μm的厚度，而硅太陽(yáng)電池則需要150μm以上的厚度；因此在制備晶體硅太陽(yáng)電池時(shí)，硅片的厚度在150—200μm以上，才能有效的吸收太陽(yáng)能。直接帶隙和間接帶隙的區(qū)別主要體現(xiàn)在光的吸收系數(shù)，直接帶隙半導(dǎo)體的吸收系數(shù)大于間接帶隙，這樣直接帶隙的半導(dǎo)體可以做的更薄且能量損失也少。