太陽能電池介紹

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1、多 晶 硅 太 陽 能 電 池 介 紹 Part One太 陽 能 電 池 簡 介01太 陽 能 電 池 利 用 半 導 體 材 料 的 電 子 特 性 ，把 光 能 直 接 轉(zhuǎn) 換 為 電 能 。 太 陽 能 電 池 是 指 利 用 太陽 光 的 能 量 發(fā) 電 的 電 磁種 類 。 相 對 于 普 通 電 池和 可 循 環(huán) 充 電 電 池 來 說 ，太 陽 能 電 池 屬 于 更 節(jié) 能環(huán) 保 的 綠 色 產(chǎn) 品 。 Part Two太 陽 能 電 池 基 本 原 理02太 陽 能 電 池 是 由 電 性 質(zhì) 不 同 的 n型 半 導 體 和 p型 半 導 體 連 接 合 成 ，一 邊 是

2、 p區(qū) ,一 邊 是 n 區(qū) ， 在 兩 個 相 互 接 觸 的 界 面 附 近 形 成 一 個結(jié) 叫 p - n結(jié) ， 結(jié) 區(qū) 內(nèi) 形 成 內(nèi) 建 電 場 ， 成 為 電 荷 運 動 的 勢 壘 。 當 太 陽 光 入 射 到 太 陽 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 ， 在 p-n結(jié) 內(nèi) 建 電 場 作 用下 ， 空 穴 向 p區(qū) 移 動 ， 電 子 向 n區(qū) 移 動 ， 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

3、陽 能 電 池 結(jié) 構(gòu) 太 陽 能 電 池 結(jié) 構(gòu) 1、 無 機 太 陽 能 電 池2、 有 機 太 陽 能 電 池3、 光 化 學 太 陽 能 電 池太 陽 能 電 池 分 類 1、 無 機 太 陽 能 電 池2、 有 機 太 陽 能 電 池3、 光 化 學 太 陽 能 電 池太 陽 能 電 池 分 類薄 膜塊 狀 多 晶 硅單 晶 硅化 合 物 半 導 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 太 陽 能 電 池 光 化 學 電 池 是 通 過 光的 催 化 作 用 促 進 電 池 的正 負 極 反 生 電 化 學 反 應(yīng)生

4、成 電 。 而 太 陽 電 池 正負 極 之 間 沒 有 化 學 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 合 。 2、 有 機 化 合 物 太 陽 能 電 池 以 酞 菁 、 卟 啉 、 苝 、葉 綠 素 等 為 基 體 材 料 的太 陽 能 電 池 。 如 有 機 PN結(jié) 太 陽 能 電 池 ， 有 機 肖特 基 太 陽 能 電 池 等 。 如聚 乙 烯 太 陽 能 電 池 、 共軛 聚 合 物 /C 60復 合 體 系 太陽 能 電 池 等 。 3、 無 機 化 合 物 太 陽 能 電 池(1)薄 膜 太 陽 能 電

5、 池 指 利 用 薄 膜 技 術(shù) 將 很 薄 的 半 導 體 光 電 材 料 鋪 在 非 半 導體 的 村 底 上 面 構(gòu) 成 的 光 伏 電 池 。這 種 電 池 可 大 大 地 減 少 半 導體 材 料 的 消 耗 （ 薄 膜 厚 度 以 m計 ） 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 能 電 池 單 晶 硅 是 硅 的 單 晶 體 ， 具 有 基 本 完 整 的 點 陣 結(jié) 構(gòu) 的 晶體

6、 ,晶 體 排 列 整 齊 ， 可 以 由 多 晶 硅 熔 煉 而 來 。單 晶 硅 太 陽 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 達 到 24 ， 這是 目 前 所 有 種 類 的 太 陽 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 25年 。 (3)多 晶 硅 太 陽 能 電 池 熔 融 的 單 質(zhì) 硅 在 過 冷 條 件 下 凝 固 時 ， 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 成

7、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 ， 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 能 電 池 要 便 宜 一 些 ，材 料 制 造 簡 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02 Part Two 多 晶 硅 太 陽 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

8、 護 發(fā) 電 主 體 （ 電池 片 ） ， 且 透 光 率 高 ， 延 長電 池 片 壽 命 （ 2） EVA（ 乙 烯 -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 能 電 池 板 ： 是 多 晶 硅 太 陽 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 。（

9、5） 接 線 盒 ： 其 作 用 是保 護 整 個 發(fā) 電 系 統(tǒng) ， 起 到電 流 中 轉(zhuǎn) 站 的 作 用 。（ 6） 鋁 合 金 ： 保 護 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 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 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 0.15ppba，金 屬

10、 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 反 應(yīng) 主 要 包 括 以 下 2個 步 驟 ：1、 三 氯 氫 硅 （ ） 的 合 成 ；2、 高 純 硅 料 的 生 產(chǎn) ：西 門 子 法 3iS HCI 3 23i iS HCI S HCI H 3 2 3i iS HCI H S HCI 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

11、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 能 耗 比 較 050100150200 250 改 良 西 門 子 法 硅 烷 法 流 化 床 冶 金 法能 耗 /Kw*h/kg 改 良 西 門 子 法200 180 160 120 100 70 050100150200 250 能耗/KW.h/kg改 良 西 門 子 法 不 斷 改 進 ， 能 耗 不 斷 下 降 ， 目前 ， 國 外 先 進 工 藝 可 達 70KW.h/kg 幾 種 制 備 方 法 的 比 較方 法 原 料 產(chǎn) 品 用 途 副 產(chǎn) 品 /環(huán)境 是 否 有

12、害 優(yōu) 點 缺 點改 良 西 門 子法 （ 產(chǎn) 量 占全 球 80%以 上 ） 三 氯 氫 硅 太 陽 能 級 ，電 子 級 無 污 染 最 為 成 熟 、 最 容 易 擴建 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 ，太 陽 能 級 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 系統(tǒng) 的 氣 密 性 要 求 較 高 ， 所 以 系 統(tǒng) 的 硬 件建 設(shè) 標 準

13、 要 求 較 高 。冶 金 法 （ 國 內(nèi) 實 驗 狀 態(tài) ） 冶 金 硅 太 陽 能 級 氫 氣 /基 本無 害 成 本 低 、 建 設(shè) 周 期 短 、無 化 學 污 染 純 度 問 題 是 致 命 傷流 化 床 法（ 國 內(nèi) 實 驗狀 態(tài) ） 硅 烷 ， 三氯 氫 硅 太 陽 能 級 少 /基 本 無害 能 耗 低 ， 單 臺 設(shè) 備 生產(chǎn) 量 大 (一 般 可 以 達 到年 產(chǎn) 500 噸 以 上 ) 設(shè) 備 復 雜 ， 維 護 費 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

14、多 晶 硅 生 產(chǎn) 工 藝 ， 短 時 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 Wacker、 美 國 Hemlock、 韓 國 OCI） 03Part Three多 晶 硅 太 陽 能 電 池 制 備 工 藝 一 次 清 洗 擴 散 濕 法 刻 蝕 鍍 氮 化 硅 絲 網(wǎng) 印 刷 燒 結(jié) 測 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 械 損 傷 層 ， 在 硅 片 表 面 形 成 絨 面結(jié) 構(gòu) （ 俗 稱 制 絨 ） ，

15、增 強 太 陽 能 電 池 的 陷 光 作 用 ， 即 減 弱 太 陽 能 電 池的 反 射 。 主 要 工 藝 ： 化 學 腐 蝕 法 ， 電 化 學 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 腐 蝕 法 具 體 的 總 反 應(yīng) 方 程 式 如 下 3Si+4 HNO3 3SiO2+2H2O+4NO SiO2 +6HF H2(SiF6)+2H2O 太 陽 能 級 Si HNO3(強 氧 化 劑 ） 致 密 的 SiO2 促 進 HNO3和Si反 應(yīng) ， 不 斷腐 蝕 Si 阻 止 Si和 HNO3反 應(yīng) 可

16、 溶 于 水 的 H2SiF6 蟲 孔 結(jié) 構(gòu) 擴 散 工 序 擴 散 實 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 質(zhì) 是 形 成 太 陽 能 電 池 的 心 臟 -PN 結(jié) 。 三 氯 氧 磷 （ POCl3） 液 態(tài) 源 擴 散 的 原 理 ： 總 化 學 反 應(yīng) 方 程 式 為 ： 4POCl 3 +5O2 2P2O5 +6Cl2 2P2O5+5Si 5 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

17、到 分離 PN 結(jié) 的 效 果 ， 從 而 減 小 漏 電 流 。 原 理 ： 總 反 應(yīng) 化 學 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 化 學 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 給 電 子 加 速 并 給 予 其 能 量 ， 增加 反 應(yīng) 氣 體 的 活 性

18、， 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 的 正 反 兩 面 印 刷 電 極 、 背 電 場 ， 經(jīng) 過 燒 結(jié) 后 使 其 能夠 很 好 的 收 集 光 生 電 流 并 順 利 導 出 ， 實 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 行印 刷

19、。 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 目 的 影 響 因 素將 半 導 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 散 體 積 越 大 ， 溫 度 越 高 ，硅 原 子 數(shù) 目 越 多在 某 點 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 出 外 延 層 雜 質(zhì) 成 分 決 定 ， 雜 質(zhì)成 分 足 夠 ， 則 接 觸 良好 測 試測 試 硬 件 框 圖地 面 用 太 陽 能 電

20、 池 的 國 際 標 準 測 試 條 件 為 ：輻 照 度 ： 1000W/m2； 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 際 距 離 為 大 氣 垂 直 厚 度 的 1.5倍 )。 多 晶 硅 太 陽 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 較單 電 池 模 塊 效

21、 率 組 合 電 池 模 塊 近 年 來 多 晶 單 晶 （ 平 均 ） 效 率 對 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%15.00%15.50%16.00%16.50%17.00%17.50%18.00%18.50%19.00% 19.50% 2009 2010 2011 2012 2013 2014單晶多晶 多 晶 始 終 和 單 晶 差 一截 工 藝 進 步 降 低 成 本 多 晶 的 最 大 優(yōu) 勢 ： 成 本近 年 來 隨 著 工 藝 進 步

22、 ， 成 本優(yōu) 勢 減 小 多 晶 硅 產(chǎn) 業(yè) 規(guī) 模 優(yōu) 勢 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% 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017單晶硅多晶硅全 球 光 伏 電 站 ， 單 晶 硅 約 占 30%目 前 ， 國 內(nèi) 市 場 ， 多 晶 硅 和 單 晶 硅 約 為 4:1， 國 際 上約 為 3:1 ， 該 比 例 今 后 有 望 縮 小 我 國 多 晶 硅 產(chǎn) 業(yè) 發(fā) 展05 Part Fi

23、ve 2001-2011年 一 路 狂 奔 50 200 400 1088 2600 4011 108005% 11.76% 21% 54% 37% 57% 64% 0%10%20%30%40%50% 60%70% 02000400060008000100001200014000 1600018000 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 光伏產(chǎn)量/MW世界新增裝機容量/MW比例中 國 多 晶 硅 電 池 產(chǎn) 業(yè) 自 2004年 瘋 狂 擴 張 ， 不 到10年 ， 規(guī) 模 全 球 第 一 然 而 ， 好 景 不 長 ， 2011 年 ， 歐 債 危 機 和 雙

24、 反 危機 使 中 國 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 光 伏 產(chǎn) 業(yè) 問 題 1.國 內(nèi) 產(chǎn) 能 過 剩 問 題 依 然 存 在 41 63 80 90 97 10216.8 29.7 40.2 41.4 52.2 62.1020406080100120 2010 2011 2012 2013 2014 2015 全 球 光 伏 產(chǎn) 量 和 需 求 產(chǎn)能/GW需求/GW 2.技 術(shù) 水 平 低 ， 原 材 料 依 賴 進 口 2.04 4.5 8.28 5.64 8.41 13.64.57 4.57 6.39 8.28

25、 6.07 10.2202468101214 16 2009 2010 2011 2012 2013 2014 我 國 多 晶 硅 產(chǎn) 量 和 進 口 量我 國 多 晶 硅 產(chǎn) 量 進 口 產(chǎn) 量 多 晶 硅 產(chǎn) 量逐 年 增 加 ，但 依 然 依 賴進 口 3.嚴 重 依 賴 國 際 市 場 ， 國 內(nèi) 市 場 開 發(fā) 遲 緩 中 國 , 43%美 國 , 19%韓 國 , 16%德 國 , 17% 日 本 , 4%其 他 , 1%2014全 球 多 晶 硅 產(chǎn) 量中 國 美 國 韓 國 德 國 日 本 其 他 中 國 大 陸76%中 國 臺 灣9% 韓 國5%日 本3%東 南 亞3%歐 盟

26、2%其 他2%2014全 球 硅 片 生 產(chǎn)中 國 大 陸 中 國 臺 灣 韓 國 日 本東 南 亞 歐 盟 其 他中 國 大 陸 , 70%中 國 臺 灣 , 5%日 本 , 5%東 南 亞 , 10%其 他 , 4%全 球 組 件 生 產(chǎn)中國大陸中國臺灣日本東南亞歐洲其他我 國 光 伏 展 望 ： 前 景 良 好優(yōu) 勢 1： 產(chǎn) 業(yè) 規(guī) 模 大 2.政 策 補 貼 ， 應(yīng) 用 加 速 30166 14104 0 5 10 15 20 25 30 35201420132012 新 增 裝 機 量 /GW 累 計 裝 機 量 /GW國 內(nèi) 對 于 光 伏 電 站 的 補 貼 政 策 不 斷 出

27、 臺 ， 使 得 國 內(nèi) 的 光 伏 電 站 建 設(shè)遍 地 開 發(fā) 。 據(jù) 估 計 ， 2015年 將 新 增 光 伏 發(fā) 電 15GW左 右 。 915.7 301.8 26.5 95.8 19.95.90% 7.90% 67% 25.60% 36.10% 0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00% 60.00%70.00%80.00% 0100200300400500600 7008009001000 火 電 水 電 光 伏 風 電 核 電裝機容量/GW同比增速2 截 止 2014年 底 ， 我 國非 化 石 能 源 占 比 11.1%，要 在 2030年 實 現(xiàn) 20%的 目 標 ， 光 伏 產(chǎn) 業(yè) 發(fā)展 潛 力 巨 大 。