浅析物理电源的工艺流程及其关键技术

钱琨 陈文红 钟敏

摘 要：物理电源是通过物理方法直接将自然界中的一些能量（如光和热）转化为电能的装置或装置。本文主要从物理电源分类入手系统分析说明各型物理电源的结构与制作工艺流程，并为进一步改进优化提出合理性的建议措施。

关键词：物理电源；工艺流程；关键技术

一、概述

物理电源的突出特点是在使用时不污染环境，因此又称“绿色电力”。例如，空间太阳能电池具有高效率、良好的抗辐射性和良好的抗极端紫外辐射。该同位素热电发生器结构紧凑，可靠性高，抗辐射性能好。它不需要维护，不受环境的影响。这些物理电源在空间应用领域具有优异的性能。

20世纪90年代，信息技术的飞速发展，特别是移动通信和便携式计算机的迅速发展，极大地推动了电池技术的发展。它不仅促进了电池技术的污染、小型化、轻化、长的使用寿命、长的使用寿命和无维护，而且还制造了电池。市场在不断扩大和发展。物理能源是新能源和可再生能源的重要组成部分。它直接关系到二十一世纪可持续发展战略的实现。它已成为全球关注和发展的焦点。

（一）太阳能电池

太阳能电池，也被称为光伏器件，是将太阳能直接转化为电能的装置。太阳能电池本质上是具有pn结的半导体二极管器件，其吸收太阳光并将部分光子能量转移到载流子一电子和空穴。半导体二极管将电子从空穴中分离出来并分别传输到外部电路。太阳能电池的基本结构可分为四个主要部分：村底、PN结、减反射层和金属电镀。村底是太阳能电池的载体，太阳结是光伏效应的来源。抗反射层的作用是减少入射光的反射，从而增加光电流，金属电极用于连接装置和外部负载。硅太阳能电池以硅片为底层，通过膨胀工艺形成PN结。一般采用磷扩散法。

GaAs和其他化合物半导体太阳能电池使用GaAs或锗晶片作为村庄的底部。利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）在衬底上直接生长P和N型體。该工艺的优点是器件结构可以多样化，如异质结、多结系列、量子肼、量子点等。超晶格结构等。太阳能电池具有更高的效率，但生产成本较高。

薄膜太阳能电池可以使用玻璃、塑料、陶瓷、石墨、金属片等不同材料作为基材，采用多种沉积工艺，一层P或N型材料长向上。薄膜太阳能电池的最大优点是生产成本低，但效率和稳定性问题仍有待解决。

（二）温差电池

热电电池是利用塞贝克效应将热能直接转化为电能的物理电源。一个P热电元件和一个N热电元件通过电极连接在热端上，形成一对热电单止动器。几十个甚至几十个热电单体串联、串联、并联或串联连接以形成热电电池。

温差电池是一种长寿命电池，可作为空间飞行器的设备、设备、战区无人侦察机、远程气象站、输油管道防腐和热量表的电源。在高温（700℃）温差电池中使用的典型热电材料是SiGe合金。用于中温（00～700）温差电池的典型热电材料是PbTe，而用于低温（低于400℃）的温差电池的典型热电材料是咬合。

二、物理电源的工艺流程

（一）太阳能电池

目前，大量的太阳能电池主要是硅太阳能电池和砷化镓太阳能电池。由于太阳能电池本质上是利用半导体材料的光伏效应的半导体器件，所以电池的制造过程基本上是一种微型电子器件的制造工艺。其制造工艺如下：

村底制备——pn结制备——电极制备——划片——蒸馈减反射膜——太阳电池成型。

（二）温差电池

其工艺流程为：

材料制备——元件制备——单体对焊接——单体条焊接——电池装配——电池封装——性能给期——产品包装

第一，热电材料为重掺杂半导体材料。大多数热电材料是用粉末冶金制造的。采用冷压法和热压法制备了多晶碲铋基热电材料。

第二，热电元件可以直接从热电材料直接在模具中成型或用热电材料锭切割。热电元件的高度一致性很强，从而保证了热电元件的组件和组件的质量和热电电池的组装过程。

三、物理电源的关键技术

（一）扩散（磷的膨胀）过程

由于单硅日光电池采用P型村底，在硅晶片表面形成N型扩散是必要的，而液态磷扩散是最常用的方法。液体磷扩散最常用的扩散液是三氯氧磷（POCl）。在高温下，三氯氧磷和氧气反应生成磷和氯气。氯气从反应室排出，五氧化二磷和硅被用来产生二氧化硅和磷原子。磷原子在高温下扩散到硅晶片中，形成PN结。

（二）MOVPE（金属有机化学气相沉积）工艺

MOVPE工艺可以精确控制外延层的厚度、浓度和成分，实现薄层、超薄层和多层生长。大面积均匀性好。相邻外延层的陡峭外延层可以多达几十层，可以引入超晶格。因此，MOVPE工艺特别适合于大面积、薄且均匀的多层外延层的制造。这一过程的电池结构可以进一步改进，以最大限度地提高电池性能。

（三）温差电材料的制备工艺

热电电池的效率主要取决于热电材料的优点。其优点是由热电材料的热电性能决定的。此外，热电材料需要具有良好的机械性能，以适应后处理的操作，并满足电池的使用环境。热电材料的比例和制备工艺的好坏直接影响到载流子浓度、迁移率、晶格参数、散射机制等物理量和状态，最终影响材料的热电性能，因此必须进行优化。