晶硅太阳能电池介绍ppt课件

变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分晶硅太阳能电池介绍晶硅太阳能电池介绍1内容晶硅太阳能电池简介与分类晶硅太阳能电池发展晶硅太阳能电池工艺新型晶硅太阳能电池硅基太阳能电池发展方向及前景内容晶硅太阳能电池简介与分类2晶硅太阳能电池简介与分类 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用中；太阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生内光电效应，将光能转换为电能。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅基太阳能电池和薄膜电池，目前产业化主要以硅基太阳能电池为主，其中单晶硅太阳能电池受到了广泛关注与应用晶硅太阳能电池简介与分类 太阳能是人类取之不尽用之不竭3晶硅太阳能电池简介与分类硅基太阳能电池产业化模式晶硅太阳能电池简介与分类硅基太阳能电池产业化模式4晶硅太阳能电池简介与分类 太阳能电池发电的原理主要是半导体的内光电效应，一般的半导体主要结构如下：当硅晶体中掺入其他的杂质，如当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形中就会存在着一个空穴，它的形成可以成可以参照上图参照上图 同样，掺入磷原子以后，因为同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形有一个电子变得非常活跃，形成成N N型半导体。黄色的为磷原子型半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子核，红色的为多余的电子。如。如上图上图 图中，正电荷表示硅原子，图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。旁边的四个电子。晶硅太阳能电池简介与分类 太阳能电池发电的原理主要是半导体5晶硅太阳能电池简介与分类当P型和N型半导体材料结合时，P 型（N型）材料中的空穴（电子）向N 型（P 型）材料这边扩散，扩散的结果使得结合区形成一个势垒，由此而产生的内电场将阻止扩散运动的继续进行，当两者达到平衡时，在PN结两侧形成一个耗尽区（即PN结）。当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。晶硅太阳能电池简介与分类当P型和N型半导体材料结合时，P 型6晶硅太阳能电池简介与分类硅基太阳能电池是指以硅为基本原料制造的太阳电池，其中包括:1.单晶硅太阳能电池2.多晶硅太阳能电池3.冶晶硅太阳电池4.非晶硅薄膜太阳能电池5.非晶/微晶硅叠层太阳能电池6.多晶硅薄膜太阳能电池2013-2020年全球光伏市场规模走势图晶硅太阳能电池简介与分类硅基太阳能电池是指以硅为基本原料制造7晶硅太阳能电池发展1839年，法国科学家贝克雷尔发现液体的光生伏特效应1917年，波兰科学家切克劳斯基发明CZ技术，后经改良发展成为太阳能用单晶硅的主要制备方法。1941年，奥尔在硅材料上发现了光伏效应。1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳能电池。1955-1975年，由于单晶电池成本较高，产业界不断致力于降低晶体制造成本，并提出铸锭单晶工艺1976年，铸锭单晶技术失败，德国瓦克公司率先将铸锭多晶用于太阳能电池生产，牺牲晶体品质以降低发电成本。2005-2010年，多晶电池技术基于相对便宜的成本快速扩大份额。2013年，松下HIT单晶电池转换效率达到25.6%，突破了光伏产业界最高理论效率极限，人们再次评估各种技术的性能和成本区间2013-2015年，采用单晶组件与采用多晶组件的电站单位投资成本持平。晶硅太阳能电池发展1839年，法国科学家贝克雷尔发现液体的光8晶硅太阳能电池工艺 制造太阳电池片，首先要对经过清洗的硅片，在高温石英管扩散炉对硅片表面作扩散掺杂，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。目的是在硅片上形成P/N结。然后采用丝网印刷法，用精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射膜，单晶硅太阳电池的单体片就制成了。单体片经过检测，即可按所需要的规格组装成太阳电池组件（太阳电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和装材料进行封装，组成各种大小不同太阳电池阵列。目前大规模生产的单晶硅太阳电池的光电转换效率为20左右，实验室成果也有24以上的。晶硅太阳能电池工艺 制造太阳电池片，首先要对经过清9晶硅太阳能电池工艺-制绒制绒的目的制绒的目的1.去除硅片表面的机械损伤层 2.清除表面油污和金属杂质 3.形成起伏不平的绒面，增加硅片对太阳光的吸收。单晶制绒原理：单晶制绒原理：单晶硅片在一定浓度范围的碱溶液中被腐蚀时是各向异性的，不同晶向上的腐蚀速率不一样。利用这一原理，将特定晶向的单晶硅片放入碱溶液中腐蚀，即可在硅片表面产生出许多细小的金字塔状外观，这一过程称为单晶碱制绒。晶硅太阳能电池工艺-制绒制绒的目的1.去除硅片表面的机械损伤10晶硅太阳能电池工艺-制绒晶硅太阳能电池工艺-制绒11晶硅太阳能电池工艺-扩散扩散的目的：形成散的目的：形成P-N结采用携带法将POCl3液态源代入扩散炉内，在高温加热的情况下实现扩散：5POCl3 3PCl5+P2O5(600）2P2O5+SiO2 5SiO2+4P氧气（O2）：对三氯氧磷进行氧化大氮（N2）：保护气体，防止硅片氧化，维持扩散炉管内的气体均匀流动小氮（N2）：将三氯氧磷吹进石英管，控制P源浓度三氯氧磷（POCl3）：扩散P源，温度控制在20晶硅太阳能电池工艺-扩散扩散的目的：形成P-N结氧气（O2）12单晶硅太阳能电池的工艺-扩散插片进舟回温氧化预沉积升温推井降温出舟外观检查卸片注意事项：1.卸片时要注意是否有隐裂片和偏磷酸片，要及时测试硅片方阻2.一旦发现三氯氧磷泄露，操作人员迅速脱离现场，由专业人员对现场进行处理。单晶硅太阳能电池的工艺-扩散插片进舟回温氧化预沉积升温推井降13单晶硅太阳能电池的工艺-扩散单晶硅太阳能电池的工艺-扩散14单晶硅太阳能的工艺-刻蚀刻刻蚀的的作用作用：去除：去除扩散后硅片四周的散后硅片四周的N型硅，磷硅玻璃（目前采用湿法刻型硅，磷硅玻璃（目前采用湿法刻蚀）湿法刻蚀原理：HNO3氧化生成SiO2，HF再去除SiO2，水在张力的作用下吸附在硅片表面：4HNO3+3Si 3SiO2+4NO+2H2O SiO2 +4HF SiF4+2H2O SiF4+2HF H2SiF6上片操作方向，带速1.34 m/min单晶硅太阳能的工艺-刻蚀刻蚀的作用：去除扩散后硅片四周的N型15单晶硅太阳能电池的工艺-刻蚀单晶硅太阳能电池的工艺-刻蚀16单晶硅太阳能电池的工艺-PECVD采用采用PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）技）技术沉沉积SiNx薄薄膜可以膜可以显著减少光的反射，且著减少光的反射，且对硅片表面和体内硅片表面和体内进行行钝化。化。优点：（点：（1）折射率大（）折射率大（2）掩蔽作用好（）掩蔽作用好（3）沉）沉积温度低（温度低（4）增）增强钝化效果；化效果；原理：利用原理：利用辉光放光放电产生低温等离子体，在低气生低温等离子体，在低气压下将硅片置于下将硅片置于辉光放光放电的阴极的阴极上，借助上，借助辉光放光放电加加热硅片，使硅片达到硅片，使硅片达到预定温度，然后通入适量的反定温度，然后通入适量的反应气体，气体，气体气体经过一系列反一系列反应，在硅片表面形成固体薄膜。，在硅片表面形成固体薄膜。PECVD：2NH3 2NH22-+NH-+3H+3SiH4 3SiH3-+SiH22-+6H+SiH4+NH3 SixNyHz+H2等离子体，350-450PECVD可分为直接式和间接式两种，直接式PECVD装置一般为微波激发，激发频率为2.45G HZ，间接式PECVD装置一般为射频激发，车间所用该装置频率为40KHz单晶硅太阳能电池的工艺-PECVD采用PECVD（Plasm17单晶硅太阳能电池工艺-PECVD空气或玻璃n0=1 or 1.5SiN减反膜的最佳折射率n1为1.9或2.3硅n2=3.87 在左图中示出了四分之一波长减反射膜的原理。从第二个界面返回到第一个界面的反射光与从第一个界面的反射光相位相差180度，所以前者在一定程度上抵消了后者。即n1d1=/4单晶硅太阳能电池工艺-PECVD空气或玻璃 n0=1 or 18单晶硅太阳能电池发展单晶硅太阳能电池发展19单晶硅太阳能电池工艺-丝网印刷上料背电极印刷烘干背电场印刷烘干正电极印刷烘干烧结质检测试分选注意事项：（1）监控湿重，注意栅线的宽度（2）保证印刷台面平整度和清洁（3）合理设置印刷参数（4）浆料粘度合适，网版清洁单晶硅太阳能电池工艺-丝网印刷上料背电极印刷烘干背电场印刷烘20晶硅太阳能电池工艺-丝网印刷Al背电场：由于光生载流子受到背电场加速，增加了载流子的有效扩散长度，同时还能驱使少数载流子离开表面，降低复合率，其结果既增加了短路电流，又降低了暗电流，同时还减小了接触电阻 Ag电极：能与硅形成欧姆接触，接触性好，导电率高，接触牢固和化学稳定性好浆料烧结原理：当电极浆料里的金属材料和半导体硅材料加热到共晶温度以上时，晶体硅原子以一定比例溶入熔融的电极合金材料中。合晶温度升高到一定值后，温度开始降低，溶入电极金属材料中的硅原子重新再结晶，在金属和晶体的接触面上生长一层外延层，当外延层内含有足够的与基质硅材料导电类型相同的杂质量时，杂质浓度将高于基质硅材料的杂质浓度，则可以形成PP+或NN+浓度结，外延层与金属接触处形成欧姆接触。晶硅太阳能电池工艺-丝网印刷Al背电场：由于光生载流子受到背21新型晶硅太阳能电池黑硅电池黑硅电池 黑黑硅硅电电池池，就就是是颜颜色色比比常常规规的的蓝蓝色色晶晶硅硅电电池池要要深深很很多多，呈呈黑黑色色的的太太阳阳电电池池，其其核核心心是是通通过过刻刻蚀蚀技技术术在在常常规规硅硅片片表表面面制制绒绒的的基基础础上上，形形成成类类似似锥锥状状结结构构的的纳纳米米级级小小绒绒面面，表表面面形形貌貌见见下下图图，从从而而加加大大陷陷光光的的效效果果，降降低低反反射射率率，这也是电池呈现黑色的原因。这也是电池呈现黑色的原因。常常规多晶制多晶制绒后后表面形貌表面形貌 黑硅黑硅电池的刻池的刻蚀技技术分分为两两类，干法刻，干法刻蚀和湿法刻和湿法刻蚀，干法刻，干法刻蚀主要包括主要包括RIE(反反应离子刻离子刻蚀）、激光）、激光刻刻蚀；湿法主要包括；湿法主要包括MCCE(金属离子金属离子辅助刻助刻蚀）、）、电子化学刻子化学刻蚀。目前黑硅电池使用的主要是目前黑硅电池使用的主要是RIE法和法和MCCE法，可将电池效率法，可将电池效率提高提高0.5%-0.8%。新型晶硅太阳能电池黑硅电池 黑硅电池，就是颜色比常规的22新型晶硅太阳能电池PERC电池池与与传统电池池相相比比较，在在电池池背背面面增增加加了了Al2O3/SiNx绝缘钝化化层，然然后后利利用用激激光光在在钝化化层上上形形成成接接触触图形形，实现与与背背面面电极极的的接接触。触。PERC电池池 PERC电池池结构构图 Al2O3与与SiO2等等钝化化膜膜层不不同同的的是是，它它具具有有大大量量固固定定负电荷荷，对于于p型型层来来说，除除了了具具有有良良好好的的化化学学钝化化外外，还有有显著著的的场钝化化作作用用。因因此此这种种结构构可可以以极极大大的的减减小小背背面面复复合合速速率率，有有效效提提高高电池池的的开路开路电压和短路和短路电流。使最流。使最终转换效率有明效率有明显提升提升。新型晶硅太阳能电池PERC电池与传统电池相比较，在电池背面增23新型晶硅太阳能电池PERT/PERL电池池 在在电池池的的背背面面和和正正面面进行行相相反反类型型的的全全扩散散，形形成成钝化化发射射极极背背面面全全扩散散的的PERT电池池，在在电池池的的背背面面定定域域掺杂，即即在在电极极与与衬底底的的接接触触处进行行浓掺杂，不不接接触触区区域域不不掺杂。得得到到钝化化发射射极极背背面定域面定域扩散散电池，也就是池，也就是PERL电池。池。背面全背面全扩散散局部定域局部定域扩散散新型晶硅太阳能电池PERT/PERL电池 在电池的背24新型晶硅太阳能电池 IBC电池池也也就就是是叉叉指指形形背背接接触触电池池，是是一一种种背背结背背接接触触的的电池池。它它是是在在电池池背背面面分分别进行行磷磷和和硼硼的的局局部部掺杂，形形成成叉叉指指形形交交叉叉排排列列的的p+发射射极极和和n+背背表表面面场。同同时发射射区区电极极和和基基区区电极极也也呈交叉排列在背面。呈交叉排列在背面。IBC电电池池制制作作的的难难点点和和核核心心是是如如何何在在电电池池背背面面制制备备出出质质量量好好、呈呈叉叉指指状状间间隔排列的隔排列的p区和区和n区区IBC电池池新型晶硅太阳能电池 IBC电池也就是叉指形背接触电池，是25新型晶硅太阳能电池 HIT电池池是是日日本本三三洋洋公公司司推推出出的的一一种种结构构对称称，工工艺设备和和步步骤较少少的的电池池。主主要要工工艺包包括括硅硅片片的的正正面面沉沉积很很薄薄的的本本征征-Si:H层和和p型型-Si:H，然然后后在在硅硅片片的的背背面面沉沉积薄薄的的本本征征-Si:H层和和n型型-Si:H层；利利用用溅射射技技术在在电池池的的两两面面沉沉积透明氧化物透明氧化物导电薄膜薄膜（TCO）。）。HIT电池池HIT电池池结构构图虽然虽然HIT电池的工艺流程较简单，但是由于采用了薄膜沉积的技术，需要用到高要求的真空设备，投资较高。电池的工艺流程较简单，但是由于采用了薄膜沉积的技术，需要用到高要求的真空设备，投资较高。另外，要获得优良低界面态的非晶硅另外，要获得优良低界面态的非晶硅/晶体硅界面，对工艺环境和操作要求也较高。晶体硅界面，对工艺环境和操作要求也较高。新型晶硅太阳能电池 HIT电池是日本三洋公司推出的26新型晶硅太阳能电池 TOPcon电池池由由Fraunhofer研研究究所所研研制制成成功功，它它主主要要是是在在n型型硅硅片片的的背背表表面面生生长一一层1.4nm1.4nm左左右右的的隧隧道道SiOxSiOx层，然然后后沉沉积掺杂磷磷的的非非晶晶硅硅或或者者多多晶晶硅硅薄薄层，退退火火后后，两两者者共共同同形形成成钝化化接接触触结构。构。TOPCon电池池 TOPCon电池池结构构图 新型晶硅太阳能电池 TOPcon电池由Fraunhof27硅基太阳能电池发展方向及前景光光伏伏在在过往往的的几几年年取取得得了了巨巨大大的的发展展，而而且且在在未未来来十十年年必必将将有有更更大大的的发展展，会会有有现在在1010倍的倍的规模。模。现在不同的技在不同的技术，在市面上有不同的市，在市面上有不同的市场占有率。占有率。除除了了传统的的继续提提高高光光伏伏电池池盒盒组件件的的效效率率，降降低低成成本本之之外外，新新的的研研究究课题，包包括括如如何何更更多多地地关关注注光光伏伏的的度度电成成本本，更更多多地地关关注注组件件的的可可靠靠性性和和实际的的发电量量。到到20202020年年，光光伏伏的的组件件目目标成成本本低低于于0.30.3美美元元每每瓦瓦，相相比比旧旧的的时代代，光光伏伏电池池的的转换效效率是非常重要的，只有效率提升才能率是非常重要的，只有效率提升才能带来整个光伏器件成本的下降和度来整个光伏器件成本的下降和度电成本的下降成本的下降。20202020年年之之后后，在在多多晶晶电池池之之后后，P P型型或或者者N N型型的的单晶晶电池池及及现在在更更新新技技术的的超超过21%21%组件件技技术将将会会逐逐渐在在市市场上上得得到到广广泛泛的的应用用。在在接接下下来来的的几几年年，SERISSERIS技技术将将会会取取得突破，得突破，SERISSERIS专利有非常好的利有非常好的选择。硅基太阳能电池发展方向及前景光伏在过往的几年取得了巨大的发展28变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分谢谢谢谢29