太阳能光伏入门——晶硅组件篇

1、目录一、光伏产品的应用41.1、什么是光伏？41.2、光伏发电的应用4二、光伏产业链的介绍82.1、光伏产业链8三、产业链各环节介绍93.1、硅片93.1.1、硅片规格113.1.2、单晶硅片与多晶硅片的外观区别113.1.3、生产方法113.1.4、清洗硅料113.1.5、装料123.1.6、铸锭133.1.7、破锭133.1.8、多线切割143.1.9、硅片清洗153.1.10、包装153.1.11、硅片性能参数163.2、电池173.2.1、晶体硅太阳电池区别173.2.2、晶体硅太阳电池结构173.2.3、太阳电池工作原理183.2.4、晶体硅太阳电池的生产工艺流程183.2.5、晶体

2、化学表面处理(清洗制绒)193.2.6、多晶硅片的酸腐蚀清洗203.2.7、磷扩散213.2.8、背面及周边刻蚀233.2.9、PECVD镀氮化硅(SiN)薄膜243.2.10、丝网印刷与烧结273.2.11、晶体硅太阳电池的电流一一电压特性283.2.12、太阳电池的性能参数293.3、组件303.3.1、组件线303.3.2、组件结构303.3.3、材料晶体硅太阳电池313.3.4、材料EVA313.3.5、材料一一TPT323.3.6、材料钢化玻璃323.3.7、材料一一铝型材边框323.3.8、材料涂锡铜带333.3.9、工艺流程333.3.10、工艺划片339m丽吕It舉MH9m坦艇

3、WHLxwmsm強漏WHvrmCYSsmffi册EaWHmTm.m寸mffistEHIWH0.m.mmmK暑曲WHm.xObKw#:WHYCXIMm6m佃述!WHw.m.m8m轻聚WHoz.m.m8m盘迤WHz-m出映WHooTm.m帀Kw&l-fl-WH一、光伏产品的应用1.1、什么是光伏？1839年，法国的Becqueral第一次发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差，这种现象后来被称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”1954年，贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单晶硅太阳电池，现代硅太阳电池时代从此开始1.2、光伏发电的应用神舟五号飞船上的太阳能帆板空间站上的天阳能

4、帆板太阳能汽车太阳能飞行器光伏发电站通过光伏供电的通讯基站太阳能电池充电器太阳能路灯二光伏产业链的介绍2.1、光伏产业链多晶硅料多晶硅片太阳电池光伏组件光伏系统三、产业链各环节介绍3.1、硅片LoadinCrucibleMelt&StarttoGrowContinuetoGrowCutintoBricksFrnishedIngotCornersFreezeLastVMultigrainWaferSolarCellProcessShoeintoWafers生产多晶硅片的工艺流程多晶硅料（棒状、块状、粒状）多晶硅硅锭多晶硅硅片单晶硅硅棒单晶硅硅片3.1.1、硅片规格目前晶体硅太阳电池硅片分为单晶硅

5、硅片和多晶硅硅片，单晶硅硅片主要是125mmx125mm,多晶硅硅片主要是125mmx125mm或156mmx156mm3.1.2、单晶硅片与多晶硅片的外观区别多晶硅硅片相对于单晶硅硅片，有明显的多晶特性，表面有一个个晶粒形状，而单晶硅硅片表面颜色均匀一致，单晶硅硅片因为实用硅棒的原因，四角有圆形大倒角，而多晶硅硅片一般采用小倒角3.1.3、生产方法单晶硅硅棒提拉法区熔法浇铸法多晶硅硅锭热交换法及布里曼法电磁铸锭法3.1.4、清洗硅料除去硅料表面的石英，金属离子等先使用碱液去除石英等，再使用酸混合液酸洗，再用等离子水冲洗浸泡至中性，最后烘干分类存放设备、工具模:硅料清洗机、硅料花篮、温度计、P

6、H测量计、电阻率测量仪、量杯、电子称、防护服等材料：硅料、NaOH、HF、HCL、去离子水硅料清洗机3.1.5、装料装料前需对坩埚进行坩埚涂喷、坩埚烧结处理，在坩埚内表面形成均匀厚度的氮化硅为避免硅料与坩埚接触污染硅锭装料时按照坩埚底大块硅料、上面细硅料的原则，硅料缝隙间用细小硅料填充坩埚涂喷烧结设备、工具模、材料：坩埚喷涂站、坩埚烧结炉、恒温箱、红外测温枪、防护服、电动吸雷英坩埚、氮化硅粉、纯水、压缩空气装料设备、工具模、材料：硅锭运转车、石墨护板、防护服、电子称、工业吸尘器石英坩埚、硅料、硼母合金3.1.6、铸锭在上面工艺流程中的熔化、定向生长、冷却凝固、硅锭出炉都是在铸锭炉内完成生成完整

7、的多晶硅锭我公司使用的铸锭炉原理方法是上面介绍的热交换法及布里曼法设备、工具模：定向凝固炉(DSS)、装卸料电瓶车、工业吸尘器、耐高温手套、硅锭转运车等材料：真空油脂、氩气、压缩空气铸锭炉3.1.7、破锭将硅锭切割成一定尺寸的硅块，去除硅锭四周边皮料，再对硅块四角轮流进行倒角，最后去头尾边皮料、头尾料中含有较高的碳、氧、金属杂质等，严重影响硅片性能设备、工具模:多线切割剖锭机、倒角机、数控金刚石带锯床、防护服、吊车材料：粘接剂、钢线、砂浆、金刚石带锯多线切割剖锭机3.1.8、多线切割将处理好的硅块进行粘接、切割，切割成设定厚度的硅片目前硅片厚度一般为180um和200um粘接时，对硅块粘接面、

8、金属模板、玻璃进行清洗，使用粘接剂粘接在一起设备、工具模：超声波清洗机、多线切割机、电瓶堆垛车、吹风机、铲刀、电子称等材料：硅块、粘接剂、卷纸、酒精、钢线、砂浆等多线切割机3.1.9、硅片清洗在硅片清洗前，对切割后的硅片进行预清理，将硅片从模板下清洗下来硅片清洗使用清洁剂、醋酸、纯水清洗，去除粘接剂和各种表面杂质，得到清洁的硅片设备、工具模、材料：硅片预清洗设备、硅片清洗机、清洗剂、醋酸、纯水多晶硅片、硅片盒等3.1.10、包装使用硅片检测设备对硅片进行测试、分选，测试出每片硅片的性能参数，根据性能分类测试数据包括厚度、电阻率、少子寿命等相同分类的硅片包装在一起m盘ft症1G申萝迪sEtf(硼

9、Ngdm硼dga)血硼執的耀魁直世WIg32、电池3.2.1、晶体硅太阳电池区别两者最大差别在于硅片，多晶硅片是许多硅晶粒的集合体单晶硅太阳电池多晶硅太阳电池322、n型硅p型硅正面申极减反射膜、pn结背面电极*正面和背面的金属电极用来收集光激发的自由电子和空穴，对外输出电流；减反射薄膜的作用是减小入射太阳光的反射率；pn结的作用是将光激发的自由电子输送给n型硅，将自由空穴输送给p型硅3.2.3、太阳电池工作原理Frwitelectrode-)Anfi-fUcliane两in夺CurrentN-frypesilicon(P+J*TMio|P-typesilicon(B-当太阳光照射到太阳电池表

10、面时，由于光生伏特效应，太阳电池的正面电极和背面电极之间产生电压，用金属导线接上电灯、电器等负载，可为这些负载提供电流3.2.4、晶体硅太阳电池的生产工艺流程3.2.5、晶体化学表面处理（清洗制绒）硅片机械损伤层约10微米清洗在硅片的切割生产过程中会形成厚度达10微米左右的损伤层，且可能引入一些金属杂质和油污如果损伤层去除不足，残余缺陷在后续的高温处理过程中向硅片深处继续延伸，会影响到太阳电池的性能清洗目的：清洗硅片表面的机械损伤层清除表面油污和金属杂质形成起伏不平的绒面，咸小太阳光的反射晶硅片的清洗采用碱液腐蚀的技术，碱液与硅反应生成可溶于水的化合物同时在表面形成金字塔状的绒面结构多晶硅片的

11、清洗则采用酸液腐蚀的技术酸液与硅反应生成可溶于水的化合物，同时形成的绒面结构是不规则的半球形或者蚯蚓状的凹陷”由于绒面结构的存在，入射光经绒面第一次反射后，反射光并非直接射入到空气中，而是遇到邻近绒面，经过临近绒面的二次反射甚至第三次反射后，才射入到空气中，这样对入射光线就有了多次利用从而减小了反射率表面没有绒面结构的硅片对入射光的反射率大于30%，有绒面结构的硅片对入射光的反射率减小到了12%左右3.2.6、多晶硅片的酸腐蚀清洗通常应用的硅的酸腐蚀液包含氧化剂（如HN03）和络和剂（如HF）两部分一方面通过HNO3与硅的氧化作用在硅的表面生成SiO2另一方面通过HF对SiO2的络合作用生成可

12、溶性的络合物除HCI外，HF、HNO3、KOH都是强酸腐蚀性的化学药品，其中HF腐蚀最为强烈，他们的固体颗粒、溶液，蒸汽会伤害到人的皮肤、眼睛、呼吸道多晶硅片清洗设备327、磷扩散磷扩散的目的：制备太阳电池的核心pn结吸出硅片内部的部分金属杂质磷扩散的方法:三氯氧磷（POCI3）液态源扩散（常用，效率高、pn结均匀、平整和扩散层表面良好）喷涂磷酸水溶液后链式扩散丝网印刷磷浆料后链式扩散三氯氧磷液态源扩散原理三氯氧磷介绍：三氯氧磷是目前磷扩散用得较多的一种杂质源，为无色透明液体并具有刺激性气味，纯度不高为红黄色；比重为1.67，熔点2弋，沸点107弋，在潮湿空气中发烟；很容易挥发或水解，升温下与

13、水接触会反应释放出腐蚀有毒易燃气体管式扩散炉328、背面及周边刻蚀扩歆后的硅片斗n型磋p型硅扩散后的硅片除了表面的一层n型硅外，在背面以及周边都有n型硅薄层，而晶体硅太阳电池实际只需要表面的n型硅，因此需去除背面以及周边的n型硅薄层背面及周边刻蚀的目的：去除硅片背面和周边的pn结去除表面的磷硅玻璃（PSG）磷硅玻璃是扩散过程中的反应产物，是一层含磷原子的二氧化硅背面及周边刻蚀的方法：酸液腐蚀（湿法刻蚀）等离子体刻蚀（干法刻蚀）背面及周边刻蚀原理：硝酸/亚硝酸将硅氧化成二氧化硅（主要是亚硝酸将硅氧化）；二氧化硅和氢氟酸反应（快反应），生成四氟化硅和水（快反应），四氟化硅又和水化合成氟硅酸进入溶液

14、；硫酸不参与反应，仅仅是增加氢离子浓度，加快反应，增加溶液黏度增大溶液与PSG薄层间的界面张力)和溶液密度湿法刻蚀设备329、PECVD镀氮化硅(SiN)薄膜PECVDn型硅D卑硅SiN薄膜PECVD镀氮化硅的目的：氮化硅薄膜作为减反射膜可减小入射光的反射在氮化硅薄膜的沉淀过程中，反应产物氢原子进入到氮化硅薄膜内以及硅片内，起到了钝化缺陷的作用SiN薄膜的物理性质和化学性质：结构致密硬度大能抵御金属离子的侵蚀介电强度高耐湿性好耐一般的酸碱，除HF和热H3PO4SiN薄膜的优点:优良的表面钝化效果高效的光学减反射性能（厚度和折射率匹配）低温工艺（有效降低成本）含氢SiNx:H可以对mc-Si提供

15、体钝化a入射光在SiN薄膜表面发生一次反射，在SiN薄膜和硅片界面发生的二次反射，通过适当选取SiN薄膜的厚度和折射率，可以使一次反射光和二次反射光相抵消，从而减小了反射沉淀SiN减反射膜后，硅片表面对入射光的平均反射率可进一步减小到5%左右PECVD镀膜设备3210、丝网印刷与烧结n栗社SiN薄慎银浆料担!館象料丝网印刷的目的：印刷背面电极浆料，银铝浆，并烘干印刷背面场浆料，铝浆，并烘干印刷正面电极浆料，银奖，并烘干烧结的目的：燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好金属的电极正面电极Akjjmlnlurkiull背面电极巻詈=豈g莘丝网印刷设备烧结炉3.2.11、晶体硅太阳电池的电流电压特

16、性将太阳电池接上负载在光照条件下，改变负载的电阻，太阳电池的输出电压V、输出电流I和输出功率P将随之变化记录下V、I、P的变化情况，并将数据绘成曲线，将得到上图的曲线，称为太阳电池的电流电压特性3212、太阳电池的性能参数短路电流Isc:负载的电阻为零时，太阳电池的输出电流开路电压Voc:负载电阻无穷大时，太阳电池的输出电压最大功率点Pm:太阳电池的最大输出功率最大功率点电流Im:输出功率最大时，太阳电池的输出电流最大功率点电压Vm:输出功率最大时，太阳电池的输出电压转换效率n：太阳电池的最大输出功率Pm与入射光功率的比值填充因子FF:太阳电池的最大输出功率Pm与短路电流Isc、开路电压Voc

17、乘积的比值串联电阻Rs:由体电阻、表面电阻、电极导体电阻、电极与硅表面的接触电阻组成并联电阻Rsh:为旁漏电阻，他是由硅片的边缘不清洁或硅片表面缺陷引起3.3、组件产品实图3.3.1、组件线组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，殳有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证而且还增强了电池的抗击强度产品的高质量和高寿命是赢得客户满意的关键所以组件版的封装质量非常重要组件作为晶体硅太阳能行业的最终产品，应用于光伏系统发电，即直接面向客户其质量最为关键目前，优良的组件产品拥有25年的质量保证，即十年内功率衰减减小小于等于10%，二十五年内功率

18、减小少于等于20%332、组件结构333、材料晶体硅太阳电池晶体硅太阳电池是组件最重要的部分，直接影响组件的电性能334、材料EVAEVA是一种热熔胶粘剂，常温下无粘性且具有抗粘性，便于操作，经一定条件热压发生熔融粘接与交联固化，并变得完全透明，长期的实践证明：它在太阳电池封装与户外使用均获得相当满意的效果固化后的EVA能承受大气变化且具有弹性，他将晶体硅片组上盖下垫，将硅晶片组包封，并和上层保护材料玻璃，下层保护材料TPT（聚氟乙烯复合膜），利用真空层压技术粘合为一体另一方面，它和玻璃粘和后能提高玻璃的透光率，起着增透的作用，并对太阳电池组件的输出有增益作用3.3.5、材TPTTPT（聚氟乙

19、烯复合膜），用在组件背面，作为背面保护封装材料、用于封装的TPT至少应该有三层结构：外层保护层PVF具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层为聚酯薄膜具有良好的绝缘性能，内层PVF需经表面处理的EVA具有良好的粘接性能太阳电池背面覆盖物一一氟塑料膜为白色，对阳光起反射作用，因此对组件的效率略有提高，并因此具有较高的红外发射率，还可降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率当然，此氟塑料膜首先具有太阳电池封装材料应具有的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求336、材料钢化玻璃采用低铁钢化绒面玻璃（又称为白玻璃），在太阳电池光谱响应范围内（320-11OOnm）透光率达到91%以上，对于大于1200nm的红外

20、光有较高的反射率此玻璃能同时耐太阳紫外光线的辐射，透光率不下降337、材料铝型材边框平板组件必须有边框以保护组件和组件与方阵的连接固定边框为粘结剂构成对组件边缘的密封338、材料涂锡铜带涂锡带由无氧铜剪切拉拨或轧制而成所有外表面都有热度涂层涂锡带用于太阳能组件生产时太阳能电池片的串焊接和汇流焊接，要求涂锡带具有较高的焊接操作性及牢固性3.3.9、工艺流程划片电池检修正面焊接+检验背面串接+检验敷设（玻璃清洗、材料切割、敷设）一一中间测试一一层压去毛边（去边、清洗）一一装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）焊接接线盒一一组件测试+外观检验包装入库3.3.10、工艺一一划片根据需要进行划片，

21、将太阳电池切成需要的小尺寸所需设备：激光划片机材料：太阳电池片、破碎太阳电池片3311、工艺一一电池测试由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类：电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类以提高电池的利用率，做出质量合格的光伏组所需设备：太阳能电池单体测试分选仪材料：电池片电池测试3.3.12、工艺一一正面焊接是将焊带焊接到电池正面（负极）的主栅线上焊带为镀锡的铜带，长度约为电池边长的2倍多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连所需设备：恒温焊台（手工焊）、自动串焊机（机

22、械焊）材料：电池片、焊带（助焊剂浸泡）辅助工具：烙铁头、酒精、无尘布工装：焊接工作台3.3.13、工艺一一背面串接背面焊接是将12片电池串接在一起形成一个组件串，电池的定位主要靠一个模具板，上面有12个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的电池片使用不同的模板，操作者实用电烙铁和焊锡丝将前面电池的正面电极（负极）焊接到后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将12片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线所需设备：恒温焊台（手工焊）、自动串焊机（机械焊）材料：电池片、焊带（助焊剂浸泡）辅助工具：烙铁头、酒精、无尘布工装：焊接工作台3.3.14、工艺一一敷设背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA、背板按照一定的层次敷设好，准备层压敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础所需设备：恒温焊台材料：电池串，焊锡丝，切割好的EVA、TPT，清洗干净的钢化玻璃，汇流条辅助工具：烙铁头、手术刀工装：敷设台敷设3.3.15、工艺一一玻璃清洗用自来水清洗玻璃，去除表面污渍、杂质等所需设备