太阳能电池工艺培训.ppt

太阳能电池工艺培训,目录,一、引言二、太阳电池的结构三、太阳电池片的生产工艺流程,人类社会面临的能源现状,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。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。,一、引言,太阳能电池发电的优点,太阳能发电无污染、安全、寿命长、维护简单、资源永不枯竭等特点，使得太阳能产业自20世纪80年代以来得到了迅速发展。全球光伏电池的生产持续高速增长，每年以30-40%的速度递增。,一、引言,太阳能电池的市场,太阳能电池供不应求，形成了目前太阳能行业在世界范围内特有的“卖方市场”格局。庞大的市场需求量强烈刺激着国际、国内太阳能产业的发展。,一、引言,太阳能电池的应用范围,上世纪50年代太阳能电池的出现为太阳能利用带来了质的飞跃，从卫星、飞船，到高山、海岛，以及偏远的山村、牧场、沙漠，到建筑物的屋顶，光伏电池板将阳光转化为电流，以满足照明、电子仪器和动力用电等多种需要。从制造出第一块太阳能电池以来，太阳能光电应用已从简单的照明，发展到航天、通讯、石油、交通、电力和国防等领域。,一、引言,相关的政策,欧洲、美国、日本都制订了强有力的扶持太阳能发展的政策，使得光伏市场得到了快速发展。2005年3月我国正式颁布了中华人民共和国可再生能源法，2006年开始实施。,一、引言,太阳能发电整个产业链,一、引言,太阳电池的历史,1839年法国实验物理学家EdmundBacquerel（贝克勒尔）发现了光生伏特效应1941年奥尔在硅上发现了光伏效应1954年Chaipin（恰宾）和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1959年第一个光电转换效率为5的多晶硅太阳电池问世1960年硅太阳电池发电首次并入常规电网1975年，美国科学家制作出非晶硅太阳电池80年代初，太阳电池开始规模化生产,一、引言,太阳电池按材料分类,太阳电池将太阳光能直接转换为电能的半导体器件种类硅太阳电池1)硅太阳电池1)单晶硅电池2)化合物太阳电池2)多晶硅电池3)染料敏化电池3)非晶硅薄膜电池4)硒光电池4)多晶硅薄膜电池,一、引言,单晶与多晶硅片,单晶和多晶硅片的生产工艺不一，多晶是正方的，单晶硅片的四个角是有弧度的,准方片对于成品电池更好区分：单晶电池表面状态均一，而多晶表面有花纹。尺寸:103x103,125x125,150 x150,156x156,二、太阳电池的结构与工作过程,二、太阳电池的结构与工作过程,单晶与多晶硅片,单晶硅片,多晶硅片,正电极,铝背场,负电极主栅线,负电极子栅线,二、太阳电池的结构与工作过程,多晶电池片,太阳电池的工作过程光生伏特效应,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,二、太阳电池的结构与工作过程,太阳能电池片的生产工艺流程,三、太阳能电池片的生产工艺流程,太阳电池制造过程1-制绒,1.单晶：制绒：NaOH、Na2SiO3、IPA(异丙醇)清洗：HCl、HF2.多晶：制绒：HNO3、HF清洗：HCl、HF制绒的作用：减少光的反射,三、太阳能电池片的生产工艺流程,制绒的原理,IPA：消泡剂Na2SiO3：控制反应速度HCl：氯离子能与Pt2+、Au3+、Ag+、Cu+、Cd2+、Hg2+等金属离子形成可溶于水的络合物，达到去除硅片表面的金属离子的作用。HF：去除硅片表面的硅酸钠和氧化物,三、太阳能电池片的生产工艺流程,单晶硅绒面（400倍）,三、太阳能电池片的生产工艺流程,多晶硅绒面（400倍）,三、太阳能电池片的生产工艺流程,太阳电池制造过程2-扩散,在P型半导体表面掺杂五价元素磷在硅片表面形成P-N结,P型半导体硅,扩散的目的：形成P-N结,三、太阳能电池片的生产工艺流程,扩散装置示意图,三、太阳能电池片的生产工艺流程,扩散原理,POCl3在高温下（600）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），有充足的氧气时，其反应式如下：,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：,三、太阳能电池片的生产工艺流程,太阳电池制造过程3-等离子体刻蚀,目的：去除边缘PN结，防止上下短路,三、太阳能电池片的生产工艺流程,首先，母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团或离子。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。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。,三、太阳能电池片的生产工艺流程,太阳电池制造过程4-去磷硅玻璃,用HF酸把上下表面的磷硅玻璃去除,P型硅,N型硅,N型硅,三、太阳能电池片的生产工艺流程,扩散过程中在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。,什么是磷硅玻璃？,三、太阳能电池片的生产工艺流程,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。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。总反应式为：,磷硅玻璃的去除,三、太阳能电池片的生产工艺流程,PECVD=PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition即“等离子增强化学气相沉积”。它是借助微波使气体（硅烷，氨气）电离，而在硅片上沉积薄膜（氮化硅）的一种方法。,太阳电池制造过程5-PECVD,三、太阳能电池片的生产工艺流程,PECVD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、阻挡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。,三、太阳能电池片的生产工艺流程,PECVD的反应过程,三、太阳能电池片的生产工艺流程,太阳电池制造过程6-背电极印刷,在太阳电池背面丝网印刷印上引出电极使用浆料是银铝浆,三、太阳能电池片的生产工艺流程,太阳电池制造过程7-背电场印刷,在太阳电池背面丝网印刷铝浆通过烧结穿透背面PN结和P型硅形成良好的接触,三、太阳能电池片的生产工艺流程,太阳电池制造过程8-正电极印刷,在太阳电池正面丝网印刷银浆，形成负电极正面电极有主栅线和副栅线组成,三、太阳能电池片的生产工艺流程,丝网印刷的原理,刮刀推挤浆料,并借由网版刮刀面起伏之网结阻拦,使浆料呈逆向滚动状态,当浆料行进至版膜图文区时即往下穿透网孔接触硅片,刮刀继续往前推移时,则因网版张力及离版间距,使浆料脱离网版附着于硅片上,达成印刷的目的。,三、太阳能电池片的生产工艺流程,太阳电池制造过程9-烧结,硅片从炉子的入口处进入干燥区，随着温度的升高，硅片上的浆料中的溶剂释放出来，环境气体吸收从浆料溢出的有机溶剂，释放出来的有机溶剂通过废气抽气管排出干燥区；,三、太阳能电池片的生产工艺流程,太阳电池制造过程9-烧结,硅片由干燥区进入快速烧结区，随着温度的继续升高，浆料的有机粘合剂成分将被耗尽，浆料中的银或铝单质渗入硅片表面形成电极或电场；,三、太阳能电池片的生产工艺流程,光强：1000W/m2光谱分布：AM1.5电池温度：25,太阳电池制造过程10-测试分选,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,三、太阳能电池片的生产工艺流程,太阳光谱分布,太阳电池制造过程10-测试分选,三、太阳能电池片的生产工艺流程,太阳电池电性能参数,太阳电池的电性能参数：Isc、VocImpVmp、Pmax、Rs、Rsh、FF、EFF,三、太阳能电池片的生产工艺流程,短路电流（Isc）：理想情况下，等于光生电流IL。影响因素：面积、光