光伏发电原理及光伏产业链

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,光伏发电原理及光伏产业链,1.,光伏发电历史简介,2.,太阳能发电优缺点,3.,光伏发电原理,4.,光伏产业链简介,5.,太阳能发电实际应用,提纲,1893年 法国科学家贝克勒尔发现“光生伏打效应，即“光伏效应。,1904: 爱因斯坦对光伏效应给出了理论解释,1932年 奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化镉太阳电池。,1941年 奥尔在硅上发现光伏效应。,1954年 恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳电池，效率为6%。同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳电池。,1.,光伏发电历史简介,1980年 单晶硅太阳电池效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。,1986年 美国建成6.5MWp光伏电站。,1997年 美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶方案，在2021年以前为100万户，每户安装35kWp。,1997年 日本“新阳光方案提出到2021年生产43亿Wp光伏电池,1998年 单晶硅光伏电池效率达25%。荷兰政府提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶方案，到2021年完成。,1.,光伏发电历史简介,光伏发电的光伏电的价格、组件效率，系统寿命和本钱变化情况,1.,光伏发电历史简介,年份,光伏电的价格,组件效率,%,光伏系统寿命,(,年,),光伏,系统成本,1991,4075,514,510,1020,1995,2550,717,1020,715,2000,1220,1020,20,37,2010,30,11.5,自1996年以来，世界光伏发电高速开展。表现在几种主要太阳电池效率不断提高，总产量年增幅保持在30%40%，1998年已达200MWp/a；应用范围越来越广，尤其是光伏技术的屋顶方案，为光伏发电展现了无限光明的前途。1998年在维也纳第二届全球光伏技术大会上，会议主席施密特教授指出：“光伏将在21世纪上半纪取代原子能而成为全球能源，唯一的问题是2030年还是2050年最终实现。如果施密特教授的预言得以实现，那么太阳能世纪将在21世纪到来。,1.,光伏发电历史简介,2.1优点：,取之不尽 用之不竭,平安可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净,不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势,无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电,能源质量高,建设周期短，获取能源花费的时间短,太阳能发电没有运动部件不易损坏，维护简单,2.,太阳能发电优缺点,2.2,缺点：,照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积，一般情况下，太阳强度为,1000W/m2,地面应用时有间歇性，在晚上或阴雨天不能或很少发电 ，受四季、昼夜及阴晴等气象条件影响,目前价格较高，为常规电价的,5-15,倍,2.,太阳发电能优缺点,3.1名词解释,单晶硅：硅的单晶体，晶核长成晶面取向相同的晶粒具有根本完整的点阵结构的晶体,多晶硅：晶核长成晶面取向不同的晶粒，那么这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在力学性质方面。,非晶硅：是一种直接能带半导体，它的结构内部有许多所谓的“悬键，也就是没有和周围的硅原子成键的电子，这些电子在电场作用下就可以产生电流，并不需要声子的帮助,3.,光伏发电原理,导带conduction band:金属都有着被电子局部占据的宽能带,其中的电子填充情况容易因电场作用而改变，因此表现出良好的导电性。即为导带,价带valence band ：对绝缘体或半导体而言，能带系列那么全被电子恰好填满，其中最高的满带称为价带。价带之上经过一定宽度的禁带过渡才是空着的导带。,3.1,名词解释,绝缘体的过渡禁带很宽，电场或光子很难改变其能带填充情况，因而不能产生电流或光活性；,半导体的过渡禁带较窄，可以借助杂质引入或光/热激发，使少数电子跃迁到空导带，或价带中出现少数空穴，电子或空穴可在未被填满的能带中运动，从而表现出一定的导电性和光热活性、,少子寿命：对于p型硅片，少子就是电子，所谓少子寿命就是当一定波长的光照射硅片后，硅片内就会出现电子-空穴对的别离，作为少数载流子的电子由于数量较少，在扩散过程中就会逐渐被复合掉，从产生到复合的时间即为少子寿命，一般单位为us微秒。,3.1,名词解释,N型半导体：导电的电子密度超过流动的空穴密度的非本征半导体。也称为电子型半导体。N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。,在纯洁的硅晶体中掺入族元素如磷、砷、锑等，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。这类杂质提供了带负电Negative的电子载流子，称他们为施主杂质或n型杂质。在N型半导体中，自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电。自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，多子自由电子的浓度就越高，导电性能就越强。,3.2,半导体导电类型,N,型,:A,族元素掺杂,3.2,半导体导电类型,P型半导体：流动的空穴密度超过导电的电子密度的非本征半导体。也称为空穴型半导体。P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。,在纯洁的硅晶体中掺入三价元素如硼，使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P型半导体。在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。掺入的杂质越多，多子空穴的浓度就越高，导电性能就越强。,3.2,半导体导电类型,P,型,:,A,族元素掺杂,3.2,半导体导电类型,3.3,太阳能电池原理,PN,结,P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场，从而阻止扩散进行。到达平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是PN结。,3.4,太阳能电池工作原理,3.4,太阳能电池工作原理,3.5,太阳能电池结构组成,d:,200um,4.,光伏产业链,硅粉,多晶硅,单晶硅,硅片,电池片,太阳能电池组件,4.,光伏产业链,4.1,工业硅生产,改进西门子法工艺：,1955年，西门子公司成功开发了利用氢气复原三氯硅烷SiHCl3在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术，并于1957年开始了工业规模的生产，这就是通常所说的西门子法。,在西门子法工艺的根底上，通过增加复原尾气干法回收系统、SiCl4氢化工艺，实现了闭路循环，于是形成了改进西门子法闭环式SiHCl3氢复原法,4.2,多晶硅生产,制氢,TCS精馏,TCS 在CVD中复原,STC的冷氢化,CDI尾气回收,4.2.2,多晶硅生产的主要环节,4.3.1,单晶硅生产简介,将多晶硅料或单晶硅料在石英坩埚内融化，待化料稳定后，,降低籽晶使其预热一段时间后,，在进行拉晶。,经过,引晶,、,缩晶,、,放肩,、,转肩,、,等径生长,、收尾过程，即可生成单晶硅棒。,4.3,单晶硅铸锭,法单晶生产流程,4.3.3,单晶车间设备简介,单晶硅炉,4.3.4,单晶车间设备简介,石英坩埚 石墨坩埚,4.3.4,单晶车间设备简介,提渣：降低炉料稳定，,使硅料中的杂质熔点,较高的会先冷凝结晶,，降低,籽晶,，将杂质,物提起，并在上炉室中,取出。,4.3.5,拉晶过程简介,引晶,：,下降籽晶使之与液面接触,4.3.5,拉晶过程简介,缩晶 调节拉速和温度，使籽晶拉出的晶体直径在46mm左右，保持一定时间，拉出100150mm长的细颈。,放肩 通过不时降温，使熔硅生长速度减缓，注意防止产生位错。如果放肩失败那么提渣一次，将细颈下部除去，从新引晶、放肩。放好的肩外观光滑平整，有同心圆装的起伏，晶向线连续。,转肩 当直径快长到适宜的大小时，需进行转肩，转肩在距目标直径还差18mm左右时进行，直径一般在1692mm.,拉晶过程简介,4.3.5,拉晶过程简介,等径生长：,控制好适合,的温度和提速，使硅棒,按一定的直径慢慢生长。,收尾：,当坩埚中熔硅,剩料,10%,时，开始收尾,出炉的单晶硅,4.3.5,拉晶过程简介,4.4.1 切片原理,Si的摩氏硬度为6.5，SiC的摩氏硬度为，钢丝摩氏硬度为5，因此靠钢丝缺乏以切断硅棒。,钢丝:是砂浆的载体，提供研磨挤压作用力和方向引导作用,切割液：悬浮碳化硅和冷却切割产生的热量，不是润滑剂。,碳化硅：是切割硅棒的刃料，微粒呈菱形不是三角形。,4.4,单晶硅切片,4.4.1,切片原理,4.4.2,切片机,数字控制屏,加工仓,主辊,排气孔,绕线仓,地络,日本,NTC,公司的线切设备,4.5,电池片生产,太阳能电池结构,外表洗栅格线,外表主栅线,绒面,蓝色氮化硅,扩散层,硅基体,铝硅形成反面,4.5.2,太阳能电池片工艺流程,分选测试,PECVD,清洗与制绒,去磷硅玻璃,烧结,印刷电极,边缘蚀刻,检验入库,扩散,太阳能电池组件定义,具有外部封装及内部连接、能单独提供直流电输出的最小不可分割的太阳能电池组合装置，叫太阳能电池组件，即多个单体太阳能电池互联封装后成为组件。,4.6,太阳能电池组件生产,4.6.2,太阳能电池片生产流程,电池检测,(,分片,),正面焊接,反面串接,层压,中道检验,叠层,外观检验,组件测试,焊接接线盒,高压测试,包装入库,装边框,5.,太阳能发电实际应用,-,送电到乡工程,西班牙太阳能方阵,德国,Goettelborn,4 MW,光伏电站,西班牙,20MW,光伏电站,南京南站太阳屋顶,THE END,