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1、太阳能电池概况第1页，共44页，编辑于2022年，星期五目录v引言v太阳能辐射v太阳电池结构v太阳电池制作第2页，共44页，编辑于2022年，星期五未来能源供应结构预测图未来能源供应结构预测图引言引言第3页，共44页，编辑于2022年，星期五传统能源的现状传统能源的现状引言引言第4页，共44页，编辑于2022年，星期五人类社会面临的问题及光伏发展的契机人类社会面临的问题及光伏发展的契机v一次能源的面临枯竭；社会发展对能源需求的增加，加剧全球能源紧张。v人类社会可持续发展。v环境恶化的压力和减排CO2的需要，促进了可再生能源的利用。光伏技术是最直接和有效的途径和方法。引言引言第5页，共44页，编
2、辑于2022年，星期五环境压力环境压力引言引言第6页，共44页，编辑于2022年，星期五相关的政策相关的政策v日本、欧洲、美国已经出台相关政策和法令,鼓励和补贴可再生能源发展v2005年3月中华人民共和国主席令33号正式颁布了中华人民共和国可再生能源法，2006年开始实施引言引言第7页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳能发电整个产业链太阳能发电整个产业链引言引言第8页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳电池的历史太阳电池的历史v1839年法国实验物理学家EdmundBacquerel（贝克勒尔）发现了光生伏特效应v1941年奥尔在硅上发现了光伏效应v1954年Chaipin（恰宾）和
3、Carlson(卡尔松)等人在贝尔实验室制成了光电转换效率达6%的世界上第一块实用的硅太阳电池，标志着太阳电池研制工作的重大进展v1959年第一个光电转换效率为5的多晶硅太阳电池问世v1960年硅太阳电池发电首次并入常规电网v1975年，美国科学家制作出非晶硅太阳电池v80年代初，太阳电池开始规模化生产引言引言第9页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳电池按材料分类太阳电池按材料分类v太阳电池太阳电池将太阳光能直接转换为电能的半将太阳光能直接转换为电能的半导体器件导体器件种类硅太阳电池1)硅太阳电池1)单晶硅片2)化合物太阳电池2)多晶硅片3)染料敏化电池3)非晶硅薄膜4)硒光电池4)多晶
4、硅薄膜引言引言第10页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳能辐射太阳能辐射1、太阳辐射能的来源电磁辐射2、太阳光是一种电磁波,具有波粒二相性太阳能辐射太阳能辐射第11页，共44页，编辑于2022年，星期五大气层对太阳辐射的影响大气层对太阳辐射的影响大气质量大气层对太阳光线通过大气程路程对到达地球表面的太阳辐射的影响 AM0地球大气层外的太阳辐射 AM1穿过1个大气层的太阳辐射（太阳入射角为0）AM1.5太阳入射角为48的太阳辐射太阳能辐射太阳能辐射第12页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳辐射穿过大气层的情况太阳辐射穿过大气层的情况AM0AM1.5太阳能辐射太阳能辐射第13页，共44
5、页，编辑于2022年，星期五太阳电池结构太阳电池结构正电极铝背场负电极主栅线负电极子栅线太阳电池结构太阳电池结构第14页，共44页，编辑于2022年，星期五单晶与多晶硅片单晶与多晶硅片v由于单晶和多晶硅片的生产工艺不一，多晶是正方的，单晶硅片的四个边缘是有弧度的,准方片v对于成品电池更好区分：单晶是有绒面的，而多晶由于晶界排列不整齐我们看到的多晶硅片表面有花纹。尺寸:103x103,125x125,150 x150,156x156太阳电池结构太阳电池结构第15页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳电池结构太阳电池结构第16页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳电池的工作过程太阳电池的工
6、作过程 光生伏特效应光生伏特效应吸收光子，产生电子空穴对电子空穴对被内建电场分离，在PN结两端产生电势将PN结用导线连接，形成电流 在太阳电池两端连接负载，实现了将光能向电能的转换太阳电池结构太阳电池结构第17页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳电池等效电路太阳电池等效电路太阳电池结构太阳电池结构第18页，共44页，编辑于2022年，星期五串联电阻串联电阻 硅材料体电阻 金属电极电阻金属与硅的接触电阻太阳电池结构太阳电池结构第19页，共44页，编辑于2022年，星期五并联电阻并联电阻v边缘漏电v体内杂质和微观缺陷vPN结局部短路由于杂质和缺陷在电池体内的随机分布，会造成太阳电池电性能的不
7、均匀性太阳电池结构太阳电池结构第20页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳能电池片生产工艺流程太阳能电池片生产工艺流程分选测试一次清洗二次清洗烧结印刷电极PECVD等离子刻蚀检验入库扩散太阳电池制作太阳电池制作第21页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳电池制造过程太阳电池制造过程1-清洗清洗.制绒制绒vNaOH去除表面损伤层和制备绒面（陷光）vHCL去除硅片表面的金属离子vHF去除硅片表面的硅酸钠和氧化物一次清洗一次清洗第22页，共44页，编辑于2022年，星期五化学腐蚀的原理化学腐蚀的原理 热的热的NaOH溶液去除硅片表面机械损伤层：溶液去除硅片表面机械损伤层：HF去除硅片表面氧化
8、层：去除硅片表面氧化层：盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与 Pt 2+、Au 3+、Ag+、Cu+、Cd 2+、Hg 2+等金属离子形成可溶于水的络合物。HCl去除硅片表面金属杂质：去除硅片表面金属杂质：一次清洗一次清洗第23页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳电池制造过程太阳电池制造过程2-扩散扩散在P型半导体表面掺杂五价元素磷在硅片表面形成PN结P型半导体硅v扩散的目的：形成PN结 扩散扩散第24页，共44页，编辑于2022年，星期五PN结结太阳电池的心脏太阳电池的心脏 扩散扩散第25页，共44页，编辑于2022年，星期五扩散装置示意图扩散装置示意图 扩散扩散第26页，共44页
9、，编辑于2022年，星期五POCl3磷扩散原理磷扩散原理vPOCl3在高温下（600）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应式如下：v生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：扩散扩散第27页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳电池制造过程太阳电池制造过程3-等离子体刻蚀等离子体刻蚀v 目的：去除边缘PN结，防止上下短路磷硅玻璃磷硅玻璃P型硅N型硅N型硅 刻蚀刻蚀第28页，共44页，编辑于2022年，星期五等离子体刻蚀反应等离子体刻蚀反应 刻蚀刻蚀第29页，共44页，编辑于2022年，星期五v首先，母体分子CF4在高能量的电子
10、的碰撞作用下分解成多种中性基团或离子。v其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面，并在表面上发生化学反应。v生产过程中，在中CF4掺入O2，这样有利于提高Si和SiO2的刻蚀速率。刻蚀刻蚀第30页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳电池制造过程太阳电池制造过程4-去磷硅玻璃去磷硅玻璃v用HF酸把上下表面的磷硅玻璃去除P型硅N型硅N型硅二次清洗二次清洗第31页，共44页，编辑于2022年，星期五v在扩散过程中发生如下反应：vPOCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与Si反应生成SiO2和磷原子：v这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。什么
11、是磷硅玻璃？什么是磷硅玻璃？二次清洗二次清洗第32页，共44页，编辑于2022年，星期五v氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸能与二氧化硅作用生成易挥发的四氟化硅气体。v若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。v总反应式为：磷硅玻璃的去除磷硅玻璃的去除二次清洗二次清洗第33页，共44页，编辑于2022年，星期五vPECVD=PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition即“等离子增强化学气相沉积”。它是借助等离子体使含有薄膜组成原子的气态物质发生化学反应，而在基片上沉积薄膜的一种方法。太阳电池制造过程太阳电池制造过程5-PECV
12、D PECVD第34页，共44页，编辑于2022年，星期五PECVD的反应过程的反应过程 PECVD第35页，共44页，编辑于2022年，星期五PECVD的作用的作用 在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜SiNxHy膜。其还具有卓越的抗氧化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽金属和水蒸汽扩散的能力；它的化学稳定性也很好，除氢氟酸和热磷酸能缓慢腐蚀外，其它酸与它基本不起作用。PECVD第36页，共44页，编辑于2022年，星期五SiNxHy膜作用膜作用v优良的表面钝化效果v高效的光学减反性能（厚度和折射率匹配）v低温工艺（有效降低成本）v体内的氢钝化 PECVD第37页，共44页，编辑于2022
13、年，星期五太阳电池制造过程太阳电池制造过程6-背电极印刷背电极印刷v在太阳电池背面丝网印刷印上引出电极v使用浆料是银铝浆背电极 丝网印刷丝网印刷第38页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳电池制造过程太阳电池制造过程7-7-背电场印刷背电场印刷v在太阳电池背面丝网印刷铝浆v通过烧结穿透背面PN结v和P型硅形成良好的接触背电场 丝网印刷丝网印刷第39页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳电池制造过程太阳电池制造过程8-8-前电极印刷前电极印刷v在太阳电池正面丝网印刷银浆，形成负电极v正面电极有主栅线和副栅线组成主栅线副栅线 丝网印刷丝网印刷第40页，共44页，编辑于2022年，星期五光强
14、：1000W/m2 光谱分布：AM1.5 电池温度：25太阳电池制造过程太阳电池制造过程9-分选检测分选检测通过模拟太阳灯光照射到电池片表面测试太阳电池的电性能参数 分选测试分选测试第41页，共44页，编辑于2022年，星期五太阳电池电性能参数太阳电池的电性能参数：Isc、VocImp Vmp、Pmax、Rs、Rsh、FF、EFF 分选测试分选测试第42页，共44页，编辑于2022年，星期五短路电流（短路电流（IscIsc）：理想情况下，等于光生电流IL。影响因素：面积、光强、温度125太阳电池5A左右156太阳电池8A左右开路电压（开路电压（VocVoc）：影响因素：光强、温度、材料特性晶体硅太阳电池600mV左右填充因子（填充因子（FFFF）：最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比FF=Pm/VOCISC=VmIm/VOCISC影响因素：串联电阻、并联电阻转换效率（转换效率（）：分选测试分选测试太阳电池电性能参数第43页，共44页，编辑于2022年，星期五谢 谢!第44页，共44页，编辑于2022年，星期五