太陽(yáng)能電池介紹

1、多晶硅太陽(yáng)能電池介紹Part One太 陽(yáng) 能 電 池 簡(jiǎn) 介01太陽(yáng)能電池利用半導(dǎo)體材料的電子特性，把光能直接轉(zhuǎn)換為電能。太陽(yáng)能電池是指利用太陽(yáng)光的能量發(fā)電的電磁種類。相對(duì)于普通電池和可循環(huán)充電電池來說，太陽(yáng)能電池屬于更節(jié)能環(huán)保的綠色產(chǎn)品。Part Two太 陽(yáng) 能 電 池 基 本 原 理02太陽(yáng)能電池是由電性質(zhì)不同的n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體連接合成，一邊是p區(qū),一邊是 n 區(qū)，在兩個(gè)相互接觸的界面附近形成一個(gè)結(jié)叫p - n結(jié)，結(jié)區(qū)內(nèi)形成內(nèi)建電場(chǎng)，成為電荷運(yùn)動(dòng)的勢(shì)壘。當(dāng)太陽(yáng)光入射到太陽(yáng)電池表面上后,所吸收得能量大于禁帶寬度，在p-n結(jié)中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，在p-n結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)作用下，空穴向p區(qū)移動(dòng)

2、，電子向n區(qū)移動(dòng)，從而在p區(qū)形成空穴積累，在n區(qū)形成電子積累。若電路閉合，形成電流。太 陽(yáng) 能 電 池 結(jié) 構(gòu)太 陽(yáng) 能 電 池 結(jié) 構(gòu)1、無機(jī)太陽(yáng)能電池2、有機(jī)太陽(yáng)能電池3、光化學(xué)太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池分類1、無機(jī)太陽(yáng)能電池2、有機(jī)太陽(yáng)能電池3、光化學(xué)太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池分類薄膜塊狀多晶硅單晶硅化合物半導(dǎo)體薄膜型硅薄膜型非晶硅多晶硅碲化鎘砷化鎵銅銦鎵硒1、光化學(xué)太陽(yáng)能電池 光化學(xué)電池是通過光的催化作用促進(jìn)電池的正負(fù)極反生電化學(xué)反應(yīng)生成電。而太陽(yáng)電池正負(fù)極之間沒有化學(xué)反應(yīng)，只是光激發(fā)電子和空穴的產(chǎn)生，經(jīng)過外電路后，電子與空穴復(fù)合。2、有機(jī)化合物太陽(yáng)能電池 以酞菁、卟啉、苝、葉綠素等為基體材料的太

3、陽(yáng)能電池。如有機(jī)PN結(jié)太陽(yáng)能電池，有機(jī)肖特基太陽(yáng)能電池等。 如聚乙烯太陽(yáng)能電池、共軛聚合物/C60復(fù)合體系太陽(yáng)能電池等。 3、無機(jī)化合物太陽(yáng)能電池(1)薄膜太陽(yáng)能電池 指利用薄膜技術(shù)將很薄的半導(dǎo)體光電材料鋪在非半導(dǎo)體的村底上面構(gòu)成的光伏電池。這種電池可大大地減少半導(dǎo)體材料的消耗（薄膜厚度以m計(jì)）從而大大地降低了光伏電池的成本。 可用于構(gòu)成薄膜光伏電池的材料有很多種主要包括多晶硅、非晶硅、碲化鎘以及CIGS等。 (2)單晶硅物太陽(yáng)能電池 單晶硅是硅的單晶體，具有基本完整的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的晶體,晶體排列整齊，可以由多晶硅熔煉而來。單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率比多晶硅高，光電轉(zhuǎn)換效率為17%左右，最高的

4、達(dá)到24，這是目前所有種類的太陽(yáng)能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，單晶硅使用壽命使用壽命最高可達(dá)25年。(3)多晶硅太陽(yáng)能電池 熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來，就結(jié)晶成多晶硅。由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，轉(zhuǎn)換效率較略低，約為15%，從制作成本上來講，比單晶硅太陽(yáng)能電池要便宜一些，材料制造簡(jiǎn)便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。多晶硅電池的結(jié)構(gòu)和多晶硅工藝02Part Two多晶硅太陽(yáng)能電池板構(gòu)成及各部分功能：總體結(jié)構(gòu)圖（1）鋼化玻璃其作用為保護(hù)發(fā)電主體（電池片），且透光率高，延長(zhǎng)電池片壽命（2） EVA（乙烯-

5、醋酸乙烯共聚物）：用來粘結(jié)固定鋼化玻璃和發(fā)電主體（如電池片）。（透明EVA材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到組件的壽命，暴露在空氣中的EVA易老化發(fā)黃，（3）多晶硅太陽(yáng)能電池板：是多晶硅太陽(yáng)能電池板的主體，主要作用就是發(fā)電。（4） 背板：作用是用來密封、絕緣、防水。（5）接線盒：其作用是保護(hù)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)站的作用。（6） 鋁合金：保護(hù)層壓件，起一定的密封、支撐作用。（7） 硅膠：密封作用。目前，在工業(yè)中以及試驗(yàn)中主要的技術(shù)有：高純多晶硅硅料主要生產(chǎn)方法三氯氫硅氫還原法（改良西門子法）硅烷法流化床法經(jīng)過化學(xué)提純得到的高純多晶硅的基硼濃度應(yīng)小于0.05ppba(十億分之一原子比)，基磷濃度小于0.1

6、5ppba，金屬雜質(zhì)濃度小于1.0ppba。冶金法三氯氫硅氫還原法于1954年由西門子公司研究成功，因此又稱為西門子法。主要化學(xué)反應(yīng)主要包括以下2個(gè)步驟：1、三氯氫硅（ ）的合成；2、高純硅料的生產(chǎn)：西門子法3iS HCI323iiSHCIS HCIH323iiS HCIHSHCI問題：副產(chǎn)品HCl 污染大，產(chǎn)物無法得到有效利用改良西門子法多晶硅制備工藝原理圖改良西門子法工業(yè)硅硅粉氯氣氯化氫合成三氯氫硅合成氯化氫氣體三氯氫硅提純干法回收四氯化硅氫化三氯氫硅三氯氫硅多晶硅還原還原尾氣氫氣氫氣西門子法改進(jìn)能耗比較050100150200250改良西門子法硅烷法流化床冶金法能耗/Kw*h/kg改良西

7、門子法20018016012010070050100150200250能耗/KW.h/kg改良西門子法不斷改進(jìn)，能耗不斷下降，目前，國(guó)外先進(jìn)工藝可達(dá)70KW.h/kg幾種制備方法的比較方法方法原料原料 產(chǎn)品用途產(chǎn)品用途副產(chǎn)品副產(chǎn)品/ /環(huán)環(huán)境是否有境是否有害害優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)改良西門子法（產(chǎn)量占全球80%以上）三氯氫硅太陽(yáng)能級(jí)，電子級(jí)無污染最為成熟、最容易擴(kuò)建的工藝相比較，能耗較高硅烷法（產(chǎn)量占全球12%左右）硅烷電子級(jí)，太陽(yáng)能級(jí)氫氣/基本無害成本低，環(huán)境友好硅烷氣體無腐蝕性，熱分解率高，產(chǎn)品純度高，產(chǎn)量高硅烷氣體是一種易燃易爆的氣體，對(duì)系統(tǒng)的氣密性要求較高，所以系統(tǒng)的硬件建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求較高。冶

8、金法（國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)）冶金硅太陽(yáng)能級(jí)氫氣/基本無害成本低、建設(shè)周期短、無化學(xué)污染純度問題是致命傷流化床法（國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)）硅烷，三氯氫硅太陽(yáng)能級(jí)少/基本無害能耗低，單臺(tái)設(shè)備生產(chǎn)量大(一般可以達(dá)到年產(chǎn)500 噸以上)設(shè)備復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)用高，需要解決爐內(nèi)熱損失，爐壁重金屬污染等問題改良西門子法依然“綜合素質(zhì)”最優(yōu)的多晶硅生產(chǎn)工藝，短時(shí)間內(nèi)被其他工藝替代的可能很小。四大多晶硅供應(yīng)商（保利協(xié)鑫、德國(guó)Wacker、美國(guó)Hemlock、韓國(guó)OCI）03Part Three多晶硅太陽(yáng)能電池制備工藝一次清洗擴(kuò)散濕法刻蝕鍍氮化硅絲網(wǎng)印刷燒結(jié)測(cè)試工藝流程多晶硅片單片電池一次清洗工序 主要目的是去除硅片表面的臟污和機(jī)械損

9、傷層，在硅片表面形成絨面結(jié)構(gòu)（俗稱制絨），增強(qiáng)太陽(yáng)能電池的陷光作用，即減弱太陽(yáng)能電池的反射。主要工藝：化學(xué)腐蝕法，電化學(xué)腐蝕，反應(yīng)離子刻蝕法，激光刻蝕陷光作用影響電池效率一次清洗工序化學(xué)腐蝕法具體的總反應(yīng)方程式 如下 3Si+4 HNO33SiO2+2H2O+4NO SiO2 +6HFH2(SiF6)+2H2O 太陽(yáng)能級(jí)Si HNO3(強(qiáng)氧化劑） 致密的SiO2促進(jìn)HNO3和Si反應(yīng)，不斷腐蝕Si 阻止Si和HNO3反應(yīng)可溶于水的H2SiF6蟲孔結(jié)構(gòu)擴(kuò)散工序擴(kuò)散實(shí)際上就是物質(zhì)分子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域轉(zhuǎn)移，直到均勻分布的現(xiàn)象。其實(shí)質(zhì)是形成太陽(yáng)能電池的心臟-PN 結(jié)。三氯氧磷（POCl3）液態(tài)

10、源擴(kuò)散的原理： 總化學(xué)反應(yīng)方程式為： 4POCl3 +5O22P2O5 +6Cl2 2P2O5+5Si5 SiO2+4P4濕法刻蝕工藝目的：采用濕法刻蝕方法將電池背面的 PN結(jié)去除，以達(dá)到分離 PN 結(jié)的效果，從而減小漏電流。原理：總反應(yīng)化學(xué)方程式和制絨過程一樣，其區(qū)別在于控制HF和HNO3的濃度，來決定是制絨腐蝕還是拋光腐蝕工藝關(guān)鍵參數(shù)：酸堿槽溶液濃度等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PEVCD)工序 目的：在硅片表面沉積一層氮化硅薄膜原理：在真空壓力下，利用射頻電場(chǎng)給電子加速并給予其能量，增加反應(yīng)氣體的活性，和硅基分子發(fā)生反應(yīng)。兩束反射光 R1、R2 產(chǎn)生相消干涉絲網(wǎng)印刷工藝目的：就是在鍍膜后硅片

11、的正反兩面印刷電極、背電場(chǎng)，經(jīng)過燒結(jié)后使其能夠很好的收集光生電流并順利導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)電能與光能之間的高效轉(zhuǎn)化。原理圖絲網(wǎng)印刷的原理，就是將帶有圖案的模板附著在絲網(wǎng)上，利用圖案部分網(wǎng)孔透過漿料，而非圖案部分不透漿料的特征來進(jìn)行印刷。燒結(jié)工藝目的：使硅片和電極間形成良好的歐姆接觸步驟步驟目的目的影響因素影響因素將半導(dǎo)體多晶硅和金屬電極加熱到共晶溫度使硅原子將按某快速向熔融的合金電極中擴(kuò)散體積越大，溫度越高，硅原子數(shù)目越多在某點(diǎn)突然降溫使固態(tài)硅原子從金屬和硅界面處的合金中析出，生長(zhǎng)出外延層雜質(zhì)成分決定，雜質(zhì)成分足夠，則接觸良好測(cè)試測(cè)試硬件框圖地面用太陽(yáng)能電池的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件為：輻照度：1000W/m2

12、；光線的輻照度為1000W/m2；電池溫度：25；光譜分布：AM1.5(就是光線通過大氣的實(shí)際距離為大氣垂直厚度的1.5倍)。多晶硅太陽(yáng)能電池和其他電池比較多晶硅太陽(yáng)能電池和其他電池比較Part Four04 多晶硅 單晶硅 非晶硅轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率25%20%13%20%15%10%0%5%10%15%20%25%30%單晶硅多晶硅非晶硅幾種材料電池效率比較幾種材料電池效率比較單電池模塊效率組合電池模塊近年來多晶單晶（平均）效率對(duì)比17.60%17.80%18.30%18.60%18.80%19.10%16.20%16.40%16.70%17.00%17.30%17.60%14.50%15.0

13、0%15.50%16.00%16.50%17.00%17.50%18.00%18.50%19.00%19.50%200920102011201220132014單晶多晶多晶始終和單晶差一截工藝進(jìn)步降低成本多晶的最大優(yōu)勢(shì)：成本近年來隨著工藝進(jìn)步，成本優(yōu)勢(shì)減小多晶硅產(chǎn)業(yè)規(guī)模優(yōu)勢(shì)依然巨大39%36%29%29%30%31%33%35%61%64%71%71%70%69%67%65%0%10%20%30%40%50%60%70%80%20102011201220132014201520162017單晶硅多晶硅全球光伏電站，單晶硅約占30%目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，多晶硅和單晶硅約為4:1，國(guó)際上約為3:1 ，該

14、比例今后有望縮小我國(guó)多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展05Part Five2001-2011年 一路狂奔50200400108826004011108005%11.76%21%54%37%57%64%0%10%20%30%40%50%60%70%0200040006000800010000120001400016000180002004200520062007200820092010光伏產(chǎn)量/MW世界新增裝機(jī)容量/MW比例中國(guó)多晶硅電池產(chǎn)業(yè)自2004年瘋狂擴(kuò)張，不到10年，規(guī)模全球第一然而，好景不長(zhǎng)，2011 年，歐債危機(jī)和雙反危機(jī)使中國(guó)光伏遭遇寒冬2013年3月，無錫尚德破產(chǎn)重組痛定思痛：我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)問題1.

15、國(guó)內(nèi)產(chǎn)能過剩問題依然存在416380909710216.829.740.241.452.262.1020406080100120201020112012201320142015全球光伏產(chǎn)量和需求產(chǎn)能/GW需求/GW2.技術(shù)水平低，原材料依賴進(jìn)口2.044.58.285.648.4113.64.574.576.398.286.0710.220246810121416200920102011201220132014我國(guó)多晶硅產(chǎn)量和進(jìn)口量我國(guó)多晶硅產(chǎn)量進(jìn)口產(chǎn)量多晶硅產(chǎn)量逐年增加，但依然依賴進(jìn)口3.嚴(yán)重依賴國(guó)際市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)開發(fā)遲緩中國(guó), 43%美國(guó), 19%韓國(guó), 16%德國(guó), 17%日本, 4%其他, 1%2014全球多晶硅產(chǎn)量中國(guó)美國(guó)韓國(guó)德國(guó)日本其他中國(guó)大陸76%中國(guó)臺(tái)灣9%韓國(guó)5%日本3%東南亞3%歐洲2%其他2%2014全球硅片生產(chǎn)中國(guó)大陸中國(guó)臺(tái)灣韓國(guó)日本東南亞歐洲其他中國(guó)大陸, 70%中國(guó)臺(tái)灣, 5%日本, 5%東南亞, 10%歐洲, 6%其他, 4%全球組件生產(chǎn)中國(guó)大陸中國(guó)臺(tái)灣日本東南亞歐洲其他我國(guó)光伏展望：前景良好優(yōu)勢(shì)1：產(chǎn)業(yè)規(guī)模大2.政策補(bǔ)貼，應(yīng)用加速301661410405101520253035201420132012新增裝機(jī)量/GW累計(jì)裝機(jī)量/GW國(guó)內(nèi)對(duì)于光伏電站的