0 光伏产业技术简介.doc

光伏知识一、单晶硅硅是银灰色的固体，带金属光泽，质硬且脆，切割时易碎裂。硅的固态比重为2.33g/cm3，液态比重为2.5g/cm3。硅几乎不溶于所有的酸，但硅能溶于氢氟酸和硝酸的混合溶液中，所以我们现在都采用一定配比的硝酸和氢氟酸作为硅的腐蚀液。单晶硅就是单晶态的高纯硅，它可以用一系列参数来表述，包括：电阻率、型号、晶向、位错、少数载流子寿命、氧含量、碳含量、直径等1、电阻率 电阻率是反映半导体材料导电性能的重要参数，它表征着半导体材料阻抗载流子做定向运动的能力。定义单位是单位体积内所具有的电阻为该半导体材料的电阻率，单位是cm。2、型号 型号分P型和N型两种： P型指其中的导电杂质以三族元素为主，正电荷导电或者称之为空穴导电； N型指其中的导电杂质以五族元素为主， 负电荷导电或者称之为电子导电；型号用型号测试仪测量，常用的有冷热笔法及整流法。太阳能电池常用的是P型硅单晶。3、晶向 晶向指的是单晶体生长方向，在硅单晶中常见的有（100）及（111）两种。（100）方向柱面有四条棱，（111）方向柱面有三条棱，晶向用X光晶体定向仪测定。单位为偏差多少度来表示。 太阳能用硅单晶常用（100）晶向。4、位错 位错是一种晶体生长缺陷，是晶体生长过程中形成的晶格错位，用特殊的腐蚀剂可以显示出位错坑，位错用每cm2有多少个位错坑数来表示。 太阳能电池需要用无位错单晶硅。 有位错硅单晶会使太阳能电池的效率降低。5、少数载流子寿命 当硅单晶在光、电、热的作用下可以激发出电子-空穴对，其中的一部分就是少数载流子，这些少数载流子可以在一些“陷阱”中和多数载流子复合而消亡，这些少数载流子从产生到复合的平均间隔时间我们称之谓少数载流子寿命。 一些金属杂质的存在如：Au、Cu、Fe 可以在晶体内形成“陷阱”，降低少数载流子的寿命。 少数载流子寿命用少数载流子寿命仪测量，单位为ms 即百万分之一秒，太阳能用单晶的寿命要大于10 ms 。 寿命太低会使太阳能电池的效率降低。6、氧含量不 硅晶体中所含氧杂质数量就是氧含量，用每cm3中有多少个氧原子来表示。 氧含量太高使得硅单晶在热过程中电阻率不真实，影响器件生产。 氧含量太低使得硅单晶片变软。7、碳含量 硅晶体中所含碳杂质数量就是碳含量，用每cm3中有多少个碳原子来表示。 碳含量的研究起自于大规模集成电路，碳含量太高，会在单晶中形成微缺陷，影响集成电路的成品率，因此大规模集成电路用的硅单晶碳含量要求在1016atm/ cm3以下 。8、直径 直径也是太阳能用硅单晶的重要参数。现在硅单晶的交易中经常以直径大于152mm 的长度作为计量单位，如1米多少钱。因此直径控制的精度是生产过程中的重要因素。硅在地壳中分布最广，其含量达25.8%，但自然界中的硅主要以石英砂的形式存在，需要提炼为工业硅，工业硅经过提纯得到高纯硅。单晶硅生产有两大任务：一是要解决杂质控制问题，另一个是要解决晶体结构问题。杂质控制问题又分两方面，一方面要把有害的杂质控制在目标含量之下， 另一方面要把三、五族杂质及氧含量控制在目标范围之内。 晶体结构问题是要使硅原子极为有序地按一定方向排列，不能有任何错位目前硅单晶硅生产主要有两种方法：CZ法和FZ法。 CZ法俗称直拉法，也称有坩埚法，是由一个叫切克劳斯基的捷克人发明的，CZ是他姓的头两个字母。FZ法也就是区域熔化法，简称区熔法， FZ是floating zone （悬浮区域）的头两个字母，与有坩埚法相对应，也称无坩埚法。我们公司采用的是直拉法，拉制出的单晶直径为：1531mm。二、组 件单体太阳能电池的输出电压、电流和功率都很小，一般来说，输出电压只有0.5v左右，不能满足作为电源应用的要求，需将多个单体电池合理地连接起来，并封装成组件。在需要更大功率的场合，则需将多个组件连接成方阵。生产组件的原材料主要有：玻璃、电池片、EVA（太阳能电池胶膜）、TPT、涂锡带、铝型材。公司使用的电池片规格主要有：103mm103mm,125mm125mm,150mm150mm,156mm156mm。组件工艺流程：分选单焊 串焊 叠层 层压 装框 清洗 测试 包装组件主要性能参数：开路电压、最佳工作电压、短路电流、最佳工作电流、峰瓦。影响组件发电量的主要因素有：辐照量、功率、时间。三、我国太阳能电池发展中国与1958年开始研制太阳能电池，1959年第一块有实用价值的太阳能电池诞生。我国于1971年3月首次应用太阳能电池作为科学实验卫星的电源，开始了太阳能电池的空间应用。于1973年首次在灯浮标上进行应用太阳能电池供电的试验，开始了太阳能电池的地面应用。我国光伏电池到主要产品是单晶硅电池、多晶硅电池和非晶硅电池。商品单晶硅电池的转换效率为14%16%，商品多晶硅光伏电池的转换效率为13%15%，商品非晶硅光伏电池的转换效率为6%8%。与发达国家相比，我国光伏发电技术及其产业还有很大差距，存在的主要问题如下：硅材料紧缺，生产规模小，产业链不完整，技术水平低，平衡设备薄弱落后，专用材料的国产化程度不高，成本尚高，标准规范不够健全等。四、太阳能光伏发电的工作原理太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池，又称光伏电池。太阳能电池发电的原理是光生伏打效应。当太阳光照射到太阳能电池上时，电池吸收光能，产生电子-空穴对。在电池内建电场作用下，电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的累积，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，负载就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。这样，太阳能就变成了可以付诸实用的电能。可以把上述工作原理概括成如下3个主要过程：(1) 太阳能电池吸收一定能量的光子后，半导体内产生电子-空穴对，称为“光生载流子”，两者的电性相反，电子带负电，空穴带正电；（2）电性相反的载流子被半导体P-N结所产生的静电场分离开；（2）电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极所收集，并在外电路中产生电流，从而获得电能。五、太阳能光伏发电的运行方式通过太阳能电池将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能电池发电系统（又称太阳能光伏发电系统）。地面太阳能光伏发电系统的运行方式，主要可分为离网运行和联网运行两大类。未与公共电网连接的太阳能光伏发电系统称为离网太阳能光伏发电系统，又称独立光伏发电系统，主要应用于远离公共电网的无电区和一些特殊处所。与公共电网相连接的太阳能光伏发电系统称为联网太阳能光伏发电系统，它是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段、成为电力工业组成部分之一的重要方向，是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势。特别是光伏电池与建筑结合联网屋顶太阳能光伏发电系统，是众多发达国家竞相发展的热点，发展迅速，市场广阔，前景诱人。（一）离网太阳能光伏发电系统的组成离网太阳能光伏发电系统根据负载的特点，可分为直流系统、交流系统和交直流混合系统。其主要区别是系统中是否带有逆变器。一般来说离网太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器组成。1、太阳能电池方阵单体太阳能电池是光电转换的最小单元，一般不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串并联并封装就成为太阳能电池组件，其功率一般为几十瓦至百余瓦，是可单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，可以满足负载所要求的输出功率。2、蓄电池组其作用是贮存太阳能电池方阵所发出的电能并随时向负载供电。3、控制器是光伏发电的核心部件之一。它提供信号检测、放电管理、设备保护、故障诊断定位等功能。4、逆变器逆变器是将直流电变换成交流电的设备。（二）联网太阳能光伏发电系统联网太阳能光伏发电系统可分为集中式大型联网光伏系统和分散式小型联网光伏系统。大型联网光伏电站的主要特点是所发电能直接输送到电网上，由电网统一调配向用户供电。小型联网光伏系统主要特点是所发的电能直接分配到住宅的用电负载上，多余或不足的电力通过连接电网来调节。根据联网光伏系统是否配置储能装置