太阳能电池片.pptx
一、晶体硅太阳电池工艺原则一、晶体硅太阳电池工艺原则高效化高效化低成本低成本大批量大批量第1页/共41页二、表现方式二、表现方式2.1 2.1 大片化，薄片化，高效化大片化，薄片化，高效化 大片化 多晶硅片210*210（mm）面积441cm2 单晶硅片156*156（mm）面积239.9cm2第2页/共41页2.2 薄片化薄片化220 薄片化是把双刃剑，薄片化可以降低成本。但是，碎片率会增加。国际上晶片供应商都是朝220方向看齐，薄片化会对第三世界太阳电池生产商而言会形成一道强大技术壁垒。第3页/共41页三硅太阳能电池的生产流程三硅太阳能电池的生产流程通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350450m的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。第4页/共41页四、太阳电池工作原理四、太阳电池工作原理1.按照基体材料分类：晶硅太阳电池，包括：单晶硅和多晶硅太阳电池 非晶硅薄膜太阳电池化合物太阳电池，包括：砷化镓电池；硫化镉电池；碲化镉电池；硒铟铜电池等 有机半导体太阳电池 等A.太阳电池分类第5页/共41页太阳能电池工作原理太阳能电池工作原理n种类：主要产品包括4、5、6英寸的单晶硅和多晶硅太阳能电池。n工作原理：太阳能电池是一个由光能转为电能的半导体装置，从工作原理上来讲，太阳能电池是一个大面积的二极管，当太阳光入射到电池表面时，晶体硅材料吸收光能而产生电子一空穴对，电子和空穴分别向PN结的结区运动，由结区电场分离从而分别进入电池的N型处（负极）和P型处（正极）。此时，如果太阳能电池如与一负载连接，将产生回路并向负载供电。第6页/共41页单晶硅太阳电池作为原料的硅材料在地壳中含量丰富，对环境基本上没有影响。单晶制备以及pn结的制备都有成熟的集成电路工艺作保证。硅的密度低，材料轻。即使是50m以下厚度的薄板也有很好的强度。与多晶硅、非晶硅比较，转换效率高。电池工作稳定，已实际用于人造卫星等方面，并且可以保证20年以上的工作寿命。晶硅太阳能电池的特点：第7页/共41页 单晶硅太阳能电池因为资源丰富，转换效率高，所以是现在开发得最快的太阳能电池。但因其制造工艺复杂，需消耗大量的能源，所以有成本高，能源回收周期长的缺点。能源回收期=制造太阳能电池所需的能量 太阳能电池一年产生的电能第8页/共41页 在得到硅单晶片后，就可以开始制备太阳能电池。其中pn结的形成可采用POCl3的气相扩散法，TiO2或SiO2、P2O5的涂敷扩散法以及直接掺杂P+的离子注入法等。由于其制造过程复杂、电能耗费大，所以成本较高，目前正在研究用自动化、连续化使成本下降。单晶硅太阳能电池的制备过程第9页/共41页制造太阳电池片，首先要对经过清洗的硅片，在高温石英管扩散炉对硅片表面作扩散掺杂，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。目的是在硅片上形成P/N结。然后采用丝网印刷法，用精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射膜，单晶硅太阳电池的单体片就制成了。第10页/共41页多晶硅太阳电池多晶硅太阳电池 随着人们对多晶硅材料的理解的不断加深，对多晶硅材料的处理和电池工艺作了大量的改进，从而使多晶硅电池的转换效率得到了迅速的提高。大规模工业生产的转换效率也能达到14%以上。多晶硅电池转换效率的大幅度提高主要归功于磷扩散和铝背场的吸杂效应以及氮化硅减反射膜中氢原子对多晶硅材料中缺陷的钝化作用。多晶硅是由定向凝固的方法铸造而成的，它的结晶速度和生产能力均比单晶硅片的制造快许多。由于晶界的存在和晶体生长速度很快，多晶硅片的质量的均匀性较差，如晶粒大小不一样，晶界处杂质和缺陷浓度较高等。加之多晶硅晶粒晶向的不一致性，不能采用各向异性的化学腐蚀方法形成有效的绒面，因此在很长一段时间内多晶硅电池的转换效率比单晶硅电池的转换效率低很多。近年来，第11页/共41页多晶硅太阳能电池的制备过程多晶硅太阳能电池的制备过程 通常多晶硅是选用太阳能电池级以上纯度的硅料，经过浇铸或晶带法得到。其电池的制造工艺基本上与单晶硅太阳能电池类似。第12页/共41页在单晶硅材料中，硅原子在空间呈有序的周期性排列，具有长程有序性。这种有序性有利于太阳能电池的转换效率的提高。多晶硅材料则是由许多单晶颗粒（颗粒直径为数微米至数毫米）的集合体。各个单晶颗粒的大小，晶体取向彼此各不相同。多晶硅与单晶硅材料的差别主要是多晶硅内存在许多晶粒间界。单晶硅与多晶硅区别单晶硅与多晶硅区别第13页/共41页非晶硅太阳电池非晶硅太阳电池第14页/共41页非晶硅太阳能电池优点：1、非晶硅具有较高的光吸收系数。特别是在0.3-0.75m的可见光波段，它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级。因而它比单晶硅对太阳辐射的吸收效率要高40倍左右，用很薄的非晶硅膜（约1m厚）就能吸收90%有用的太阳能。2、非晶硅的禁带宽度比单晶硅大，随制备条件的不同约在 1.5-2.0eV的范围内变化，这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高。3、制备非晶硅的工艺和设备简单，淀积温度低，时间短，适于大批生产。4、由于非晶硅没有晶体所要求的周期性原子排列，可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题。因而它几乎可以淀积在任何衬底上，包括廉价的玻璃衬底，并且易于实现大面积化。第15页/共41页5、制备非晶硅太阳能电池能耗少，约100千瓦小时，能耗的回收年数比单晶硅电池短得多。第16页/共41页 非晶硅薄膜的制备技术有很多，包括电子束蒸发、反应溅射、低压化学气相淀积(LPCVD)、辉光放电等离子体化学气相淀积以及光化学气相淀积和电子回旋共振等离子体化学气相淀积技术等 非晶硅薄膜的制备非晶硅薄膜的制备第17页/共41页第18页/共41页四、生产工艺介绍四、生产工艺介绍晶体硅太阳能电池工艺流程如下：第19页/共41页生产工艺生产工艺-清洗和表面腐蚀清洗和表面腐蚀第20页/共41页生产工艺生产工艺-制绒制绒第21页/共41页表面绒面化 由于硅片用P型（100）硅片，可利用氢氧化钠溶液对单晶硅片进行各向异性腐蚀的特点来制备绒面。当各向异性因子10时（所谓各向异性因子就是（100）面与（111）面单晶硅腐蚀速率之比），可以得到整齐均匀的金字塔形的角锥体组成的绒面。绒面具有受光面积大，反射率低的特点。可提高单晶硅太阳电池的短路电流，从而提高太阳电池的光电转换效率。第22页/共41页 金字塔形角锥体的表面积S0等于四个边长为a正三角形S之和 由此可见有绒面的受光面积比光面提高了倍即1.732倍。绒面受光面积第23页/共41页 当一束强度为E0的光投射到图中的A点，产生反射光1和进入硅中的折射光2。反射光1可以继续投射到另一方锥的B点，产生二次反射光3和进入半导体的折射光4；而对光面电池就不产生这第二次的入射。经计算可知还有11%的二次反射光可能进行第三次反射和折射，由此可算得绒面的反射率为9.04%。绒面反射率第24页/共41页生产工艺生产工艺-扩散扩散第25页/共41页生产工艺生产工艺-表面成膜表面成膜第26页/共41页等离子化学气相沉积(PEVCD)PEVCD被使用来在硅片上沉积氮化硅材料，是在300-900的温度下通过化学反应产生Si3N4的过程。典型的化学反应为：SiH4+NH3 Si3N4+NH3+N2多晶硅太阳电池广泛使用PECVD淀积SiN,由于PECVD淀积SiN时,不光是生长SiN作为减反射膜,同时生成了大量的原子氢,这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用,可用于大批量生产高效多晶硅太阳电池,为上世纪末多晶硅太阳电池的产量超过单晶硅太阳电池立下汗马功劳。随着PECVD在多晶硅太阳电池成功,引起人们将PECVD用于单晶硅太阳电池作表面钝化的愿望。第27页/共41页生产工艺生产工艺-制备电极（制备电极（1 1）第28页/共41页生产工艺生产工艺-制背电极（制背电极（2 2）第29页/共41页生产工艺生产工艺-背表面钝化背表面钝化第30页/共41页五、生产设备五、生产设备清洗设备清洗设备第31页/共41页生产设备生产设备扩散炉扩散炉第32页/共41页生产设备生产设备刻蚀刻蚀第33页/共41页生产设备生产设备PECVDPECVD第34页/共41页生产设备生产设备测试仪测试仪第35页/共41页生产设备生产设备烘干炉烘干炉第36页/共41页生产设备生产设备快烧炉快烧炉第37页/共41页五、生产环境及其它五、生产环境及其它第38页/共41页太阳能电池生产最主要的材料是单晶硅片或多晶硅片。其它辅料包括:化学液（NaOH、IPA、乙醇、铭酸、HF）特气（CF4、SiH4、NH3）大宗气体（CDA、N2、O2）水（PCW、DI）单晶硅的制绒工艺：是通过NaOH和乙醇反应，在硅片上形成减反织构，增强电池对光线的吸收能力。多晶硅的制绒工艺：是加入铬酸和氢氟酸，利用铬酸的强氧化性将切割后硅片上的污物清除，并产生SiO2和C2O3，达到在硅片上形成减反织构的目的。丝网印刷：银浆或银铝浆等导电材料印刷在硅片上，作为太阳能电池电子导通的主要通道。六、主要原材料第39页/共41页END第40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页
