太阳能电池概况10-18.ppt

太阳能电池概况,陈坤电池项目部,目录,引言太阳能辐射太阳电池结构太阳电池制作,未来能源供应结构预测图,引言,传统能源的现状,引言,人类社会面临的问题及光伏发展的契机,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。人类社会可持续发展。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,环境压力,引言,相关的政策,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2005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,太阳能发电整个产业链,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,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)多晶硅薄膜,引言,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,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,太阳辐射穿过大气层的情况,AM0AM1.5,太阳能辐射,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,单晶与多晶硅片,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,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,太阳电池结构,太阳电池等效电路,太阳电池结构,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,并联电阻,边缘漏电体内杂质和微观缺陷PN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均匀性,太阳电池结构,太阳能电池片生产工艺流程,太阳电池制作,太阳电池制造过程1-清洗.制绒,NaOH去除表面损伤层和制备绒面（陷光）HCL去除硅片表面的金属离子HF去除硅片表面的硅酸钠和氧化物,一次清洗,化学腐蚀的原理,热的NaOH溶液去除硅片表面机械损伤层：,HF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Pt2+、Au3+、Ag+、Cu+、Cd2+、Hg2+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：,一次清洗,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PN结,P型半导体硅,扩散的目的：形成PN结,扩散,PN结太阳电池的心脏,扩散,扩散装置示意图,扩散,POCl3磷扩散原理,POCl3在高温下（600）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），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：,扩散,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,刻蚀,等离子体刻蚀反应,刻蚀,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。,刻蚀,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,二次清洗,在扩散过程中发生如下反应：POCl3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：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。,什么是磷硅玻璃？,二次清洗,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,二次清洗,PECVD=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5-PECVD,PECVD,PECVD的反应过程,PECVD,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、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,SiNxHy膜作用,优良的表面钝化效果高效的光学减反性能（厚度和折射率匹配）低温工艺（有效降低成本）体内的氢钝化,PECVD,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,丝网印刷,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,丝网印刷,太阳电池制造过程8-前电极印刷,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,丝网印刷,光强：1000W/m2光谱分布：AM1.5电池温度：25,太阳电池制造过程9-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,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,分选测试,短路电流（Isc）：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15