太阳能电池生产工艺.pptx
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1、会计学1太阳能电池太阳能电池(dinch)生产工艺生产工艺第一页,共62页。光生伏特(ft)效应示意图光伏发电光伏发电(fdin)(fdin)的应用的应用1839年,法国Becqueral(贝克勒尔)第一次发现,在光照条件下,某些系统的两端具有电压,用导线将两端连接起来后,有电流输出,这就是光生伏特效应(photovoltaics,简称PV)。1954年,贝尔实验室Chapin等人开发(kif)出效率为6的单晶硅太阳电池,现代硅太阳电池时代从此开始。第2页/共62页第二页,共62页。光伏发电光伏发电(fdin)(fdin)的应用的应用天宫(tingng)一号与神九对接大众汽车太阳能天窗(tin
2、chung)第3页/共62页第三页,共62页。光伏发电光伏发电(fdin)(fdin)的应用的应用太阳能飞行器太阳能汽车(qch)第4页/共62页第四页,共62页。光伏发电光伏发电(fdin)(fdin)的应用的应用小型(xioxng)光伏系统大型(dxng)光伏系统第5页/共62页第五页,共62页。光伏发电光伏发电(fdin)(fdin)的应用的应用通过光伏供电(n din)的通讯基站太阳能电池(dinch)充电器第6页/共62页第六页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)第7页/共62页第七页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)
3、(一)硅片第8页/共62页第八页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)太阳能级多晶硅(太阳能级多晶硅(6N)单晶硅碇单晶硅碇多晶硅碇多晶硅碇类单晶硅碇类单晶硅碇单晶硅片单晶硅片多晶硅片多晶硅片类单晶硅片类单晶硅片单晶单晶125/156多晶电池片多晶电池片类单晶电池片类单晶电池片第9页/共62页第九页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)多晶硅碇单晶硅棒第10页/共62页第十页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)单晶硅片多晶硅片第11页/共62页第十一页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho
4、)(jisho)破锭第12页/共62页第十二页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)切片(qi pin)第13页/共62页第十三页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)v1、型号(、型号(P型和型和N型,型,P型多晶硅是掺型多晶硅是掺B,N型多晶硅是掺型多晶硅是掺P)v2、电阻率、电阻率v3、少数载流子寿命、少数载流子寿命v4、硅片边长、硅片边长v5、对角线长度、对角线长度v6、倒角、倒角v7、厚度、厚度(hud)v8、总厚度、总厚度(hud)变化变化 硅片性能参数第14页/共62页第十四页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(j
5、isho)(jisho)总体来说,单晶和多晶硅锭的生长方法各有所长,总体来说,单晶和多晶硅锭的生长方法各有所长,单晶的转换单晶的转换(zhunhun)效率高,但产能低、能耗大;效率高,但产能低、能耗大;多晶的转换多晶的转换(zhunhun)效率相对较低,但能耗低、效率相对较低,但能耗低、产能大,适合于规模化生产。产能大,适合于规模化生产。单多晶硅片比较(bjio)第15页/共62页第十五页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)(二)电池(dinch)片第16页/共62页第十六页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)单晶硅太阳电池(ti
6、 yn din ch)多晶硅太阳电池(ti yn din ch)多晶硅太阳电池与单晶硅太阳电池的最大差别在于硅片,多晶硅片是许多硅晶粒的集合体第17页/共62页第十七页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)正面和背面的金属电极用来收集(shuj)光激发的自由电子和空穴,对外输出电流;减反射薄膜的作用是减小入射太阳光的反射率;pn结的作用是将光激发的自由电子输送给 n型硅,将自由空穴输送给 p型硅。晶体(jngt)硅太阳电池结构第18页/共62页第十八页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)掺磷原子(yunz)(P)掺硼原子(yunz)
7、(B)P杂质原子最外层的电子数比硅原子多一个。P杂质原子多余的电子很容易挣脱原子核的束缚,成为自由移动的电子。掺P杂质的Si半导体主要依靠电子导电,称为n型Si,P杂质称为施主杂质。B杂质原子最外层的电子数比硅原子少一个,相当于B杂质原子最外层多了一个空穴。在常温条件下,B杂质原子多余的空穴很容易挣脱原子核的束缚。掺B杂质的Si半导体主要依靠空穴导电,称为p型Si,B杂质称为受主杂质。单晶硅的晶体结构。单晶硅体内的每个硅原子(Si)最近邻有四个Si原子。未掺杂的硅称为本征硅。PN结第19页/共62页第十九页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)PN结Si原子P杂质
8、B杂质电子空穴内建电场n型硅中有数量较多的电子(dinz),p型硅中有数量较多的空穴。当n型硅和p型硅结合在一起后,n型硅中有部分电子(dinz)往p型硅中扩散,p型硅中有部分空穴往n型硅中扩散,使得n型硅在交界处附近留下带正电的离子实,p型硅在交界处附近留下带负电的离子实。这两种离子实在交界处附近的区域内产生电场,称为内建电场,电场方向由n型硅指向p型硅。n型硅和p型硅交界处附近的区域称为pn结。第20页/共62页第二十页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)光生伏特(ft)效应第21页/共62页第二十一页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(
9、jisho)在太阳光的照射下,硅片中激发出自由电子和自由空穴。自由电子和空穴扩散到p-n结附近,受到内建电场(din chng)的作用,电子往n型硅中漂移,空穴往p型硅中漂移。电子带负电(fdin),空穴带正电。漂移到n型硅中电子使n型硅带多余的负电(fdin)荷,对外表现出负电(fdin)性;漂移到p型硅中的空穴使p型硅带多余的正电荷,对外表现出正电性。n型硅和p型硅之间对外具有一定的电势差,称为光生电压或者光生电动势。光生伏特效应第22页/共62页第二十二页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)光伏发电(fdin)原理当太阳光照射到太阳电池表面时,由于光生伏特
10、效应,太阳电池的正面电极和背面电极之间产生光生电压,用金属导线接上电灯、电器等负载(fzi),可为这些负载(fzi)提供电流。第23页/共62页第二十三页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)太阳能电池制造(zhzo)流程第24页/共62页第二十四页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)I-V曲线(qxin)将太阳电池接上负载。在光照条件下,改变(gibin)负载的电阻,太阳电池的输出电压V、输出电流 I 和输出功率 P 将随之变化。记录下 V、I、P 的变化情况,并将数据绘成曲线,将得到上图的曲线,称为太阳电池的电流电压特性。第25
11、页/共62页第二十五页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)电池(dinch)电性能参数v短路电流短路电流 Isc:负载的电阻为零时,太阳电池的输出电流;:负载的电阻为零时,太阳电池的输出电流;v开路电压开路电压 Voc:负载的电阻无穷大时,太阳电池的输出电压;:负载的电阻无穷大时,太阳电池的输出电压;v最大功率点最大功率点 Pm:太阳电池的最大输出功率;:太阳电池的最大输出功率;v最大功率点电流最大功率点电流 Im:输出功率最大时,太阳电池的输出电流;:输出功率最大时,太阳电池的输出电流;v最大功率点电压最大功率点电压 Vm:输出功率最大时,太阳电池的输出电压;
12、:输出功率最大时,太阳电池的输出电压;v转换效率转换效率:太阳电池的最大输出功率:太阳电池的最大输出功率 Pm 与入射光功率的比值,是与入射光功率的比值,是衡量太阳电池性能的最重要参数;衡量太阳电池性能的最重要参数;v填充因子填充因子 FF:太阳电池的最大输出功率:太阳电池的最大输出功率 Pm 与短路电流与短路电流 Isc、开路、开路电压电压 Voc 乘积的比值;乘积的比值;v串联电阻串联电阻 Rs:主要是太阳电池的体电阻、表面电阻、电极导体:主要是太阳电池的体电阻、表面电阻、电极导体(dot)电阻、电极与硅表面的接触电阻组成。电阻、电极与硅表面的接触电阻组成。v并联电阻并联电阻 Rsh:为旁
13、漏电阻,它是由硅片的边缘不清洁或硅片表面缺:为旁漏电阻,它是由硅片的边缘不清洁或硅片表面缺陷引起。陷引起。第26页/共62页第二十六页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)各种太阳能电池(dinch)比较具体分类具体分类转换效率转换效率%优点优点缺点缺点产业化产业化阶段阶段单晶硅单晶硅17-20技术工艺最为成熟,市场主导产品,技术工艺最为成熟,市场主导产品,转换效率高,性能稳定转换效率高,性能稳定原料成本高,目前受上游原料成本高,目前受上游晶体硅供应瓶颈所困晶体硅供应瓶颈所困大规模大规模商业化商业化生产生产多晶硅多晶硅15-18多晶硅成本比单晶硅低多晶硅成本比单晶
14、硅低转化率相对较低;原料成转化率相对较低;原料成本仍相对较高本仍相对较高大规模大规模商业化商业化生产生产多晶硅薄膜多晶硅薄膜10-12可在多种廉价衬底材料上制备,成本可在多种廉价衬底材料上制备,成本低于晶体硅电池低于晶体硅电池转化率相对较低转化率相对较低中小规中小规模商业模商业化生产化生产非晶硅薄膜非晶硅薄膜6-10对太阳光的吸收系数高,因此材料需对太阳光的吸收系数高,因此材料需求量少,可沉积在各种廉价衬底材料求量少,可沉积在各种廉价衬底材料上,生产成本低,单片电池面积大,上,生产成本低,单片电池面积大,适宜于大规模生产适宜于大规模生产禁带宽度较大,对太阳光禁带宽度较大,对太阳光辐射的长波区域
15、不敏感,辐射的长波区域不敏感,致使转换效率难以提高;致使转换效率难以提高;有光致衰退现象有光致衰退现象中小规中小规模商业模商业化生产化生产第27页/共62页第二十七页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)各种太阳能电池(dinch)比较铜铟硒类铜铟硒类直接带隙材料,带隙宽度小,具有大范围直接带隙材料,带隙宽度小,具有大范围太阳光谱响应特性,性能稳定太阳光谱响应特性,性能稳定铟硒都是稀有金属,大规铟硒都是稀有金属,大规模生产的原料来源有问题模生产的原料来源有问题实验室中实验室中试阶段试阶段碲化镉碲化镉10-14光谱响应特性好,弱光和高温条件下性能光谱响应特性好,弱光
16、和高温条件下性能相对较好,耐辐射相对较好,耐辐射镉及其化合物有毒,污染镉及其化合物有毒,污染环境环境规模商业化规模商业化生产生产(First solar)砷化镓砷化镓光吸收率极高,转换效率高,性能稳定光吸收率极高,转换效率高,性能稳定生产成本高,现用于太空生产成本高,现用于太空领域,未来有希望应用于领域,未来有希望应用于聚热式太阳能发电系统聚热式太阳能发电系统太空和聚光太空和聚光太阳能发电太阳能发电燃料敏化燃料敏化TiO2纳米薄纳米薄膜膜理论转换效率高,透明性好,工艺简单,理论转换效率高,透明性好,工艺简单,生产成本低生产成本低使用液体电解质,使用不使用液体电解质,使用不便,且对环境有潜在影响
17、便,且对环境有潜在影响实验室阶段实验室阶段第28页/共62页第二十八页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)(三)组件(z jin)第29页/共62页第二十九页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)(jisho)组件设计分三步走:确定需求(单晶/多晶、常规(chnggu)/双玻、电压及功率、有框/无框等等)。根据需求设计组件图纸(根据组件电流电压要求确定是否切片、串并联数量,确定外形尺寸等)。选择合适的材料进行封装并评估其性能(电性能、可靠性等)。组件(z jin)设计第30页/共62页第三十页,共62页。光伏产业链介绍光伏产业链介绍(jisho)
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