光伏电池制备工艺课件(-45张)

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,*,光伏电池制备工艺,1,光伏电池制备工艺1,光伏电池制备的准备,任务二,晶硅电池产业链工艺流程,2,光伏电池制备的准备任务二晶硅电池产业链工艺流程2,目 录,一,.,相关概念,二,.,产业链结构,三,.,主要工艺流程,1.,原生多晶硅,2.,单晶硅拉制工艺,3.,多晶铸锭工艺,4.,准单晶工艺,5.,电池片生产工艺,四,.,总结,3,目 录3,定义,:,光伏组件是一种暴露在阳光下便会产生,直流电,的发电装置，几乎全部由半导体物料（例如硅）制成的固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗,(,电池板使用寿命,20,年以上,),。简单的光伏电池可以为手表及计算器提供能源，较复杂的光伏系统可以为房屋提供照明，并入电网供电。,太阳能电池,4,定义:光伏组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置,太阳能电池,晶硅电池,多元化合物薄膜电池,单晶硅电池,多晶硅电池,种类,非晶硅薄膜电池,硫化镉,砷化镓,铜铟硒薄膜电池,5,太阳能电池晶硅电池多元化合物薄膜电池单晶硅电池多晶硅电池种类,多晶硅,:,是单质硅的一种形态,.,熔融的单质硅在过冷的条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就形成多晶硅,.,单晶硅,：,熔融的单质硅在过冷的条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就形成单晶硅,.,6,多晶硅:是单质硅的一种形态.熔融的单质硅在过冷的条件下凝固时,二,.,产业链结构,7,二.产业链结构7,硅矿石,silica,太阳能级多晶硅,SoG:67N,工业硅,MS-Si,12N,单晶硅棒,多晶铸锭,化学法：改良西门子,冶炼,SiO2+C Si+CO2,Si+HClSiHCl3+H2,SiHCl3+H2Si+HCl,铸锭炉,直拉或区熔（,CZ or FZ,）,准单晶硅锭,单晶硅片,单晶硅太阳能电池,多晶硅片,铸锭炉,切片机,切片机,多晶硅太阳能电池,太阳能光伏发电系统,切片机,二,.,产业链结构,8,硅矿石太阳能级多晶硅工业硅单晶硅棒多晶铸锭化学法：改良西门子,1.,原生多晶硅,三,.,主要流程介绍,9,1.原生多晶硅三.主要流程介绍9,三,.,主要流程介绍,三大主要生产方法,多晶硅,改良西门子法,硅烷法,冶金法,注,:,前两种方法为化学方法,后一种为物理方法,国内改良西门子法占比,95%,以上,10,三.主要流程介绍 三大主要生产方法多晶硅改良西门子法硅烷法,改良西门子法,三,.,主要流程介绍,.,主要反应原理：,Si+HCl SiHCl,3,+H,2,+,SiCl,4,+SiH,2,Cl,2,（三氯氢硅合成炉）,SiHCl,3,+H,2,Si+HCl,（还原炉）,SiCl,4,+H,2,SiHCl,3,+HCl(,氢化炉,),四氯化硅还原生产三氯氢硅一直是全球多晶硅生产企业广泛关注的焦点问题，此方法不但处理了副产物四氯化硅，同时还重新得到了生产多晶硅的原料三氯氢硅，氯化氢也可以自身利用，能显著地降低生产成本，各个生产企业都花费了大量的人力物力进行研究。,11,改良西门子法三.主要流程介绍.主要反应原理：SiCl,氯化氢,硅粉,氯化,分离,冷凝,粗馏,精馏,冷凝,还原尾气,还原,氢净化,多晶硅,水电解,四氯化硅,冷凝,四氯化硅,氢气、三氯氢硅,氯化氢,三氯氢硅,氢还原,改良西门工艺流程,三,.,主要流程介绍,12,氯化氢硅粉氯化分离冷凝粗馏精馏冷凝还原尾气还原氢净化多晶硅水,氢化方法：热氢化与冷氢化,热氢化技术,利用以下反应,:2SiCl,4,+H,2,2SiHCl,3,+2HCl,反应,温度为,1200,1250,压力范围,1.5,2.5,个大气压力,三氯氢硅的,单程收率,大约为,17%,20%,左右,.,工艺优点,：压力比较缓和,对设备要求低,安全性好,且氢气和四氯化硅比值较小,因此还原炉内四氯化硅浓度较高,保证了还原反应的速率以及充分性,且降低了后期分离的难度,.,工艺缺点,：反应温度高，电耗高，,TCS,单耗,2.2,3KWh/kg,，加热片为易耗材料，运行费用较高，有碳污染的可能。,三,.,主要流程介绍,13,氢化方法：热氢化与冷氢化热氢化技术三.主要流程介绍13,热氢化改良西门子法多晶硅生产工艺流程简图,三,.,主要流程介绍,14,热氢化改良西门子法多晶硅生产工艺流程简图三.主要流程介绍14,冷氢化技术,利用以下反应,:SiCl,4,+2H,2,+3Si 4SiHCl,3,反应温度为,450,压力范围,1.5,1.8MPa,转化率大约为,20%,25%,左右,.,需要催化剂,NiO,工艺优点,：反应温度低，电耗低，,TCS,单耗,1KWh/kg,工艺缺点,：气固反应，操作压力较高，对设备密封性要求高，操作系统较复杂，提纯工作量大。,三,.,主要流程介绍,15,冷氢化技术三.主要流程介绍15,冷氢化改良西门子法多晶硅生产工艺流程简图,16,冷氢化改良西门子法多晶硅生产工艺流程简图16,TCS:,三氯化硅,STC,：四氯化硅,DCS,：二氯二氢硅,17,TCS:三氯化硅17,（,3,）硅烷法,最终用硅烷热解制得多晶硅的方法,其中制备硅烷的方法：硅镁合金工艺、氯硅烷歧化工艺、金属氢化物工艺,三,.,主要流程介绍,18,（3）硅烷法最终用硅烷热解制得多晶硅的方法其中制备硅烷的方法,（,4,）冶金法,工业硅,酸洗,氧化精炼,真空处理,凝固精炼,太阳能级硅,添加,Ca,去除,Ti,、,Fe,除,B,、,C,去除,P,、,O,、,Ca,、,Al,三,.,主要流程介绍,19,（4）冶金法工业硅酸洗氧化精炼真空处理凝固精炼太阳能级硅添加,1.,光伏产业带动多晶硅产业的迅速发展，生产,1MW,太阳能电池约需要,10,吨多晶硅，晶体硅材料是主要的光伏材料，其市场占有率在,80%,以上，而且在今后相当长一段时期，也依然是太阳能的主流材料。,2.,西门子法是目前多晶硅生产的主流技术，约,90%,的多晶硅由此技术生产，短期内这种局面不会改变,.,3.,多晶硅生产气体使用情况,氮气的消耗量是跟你的工艺设计、用途有关，一般年产一千吨的多晶硅，经验统计，,消耗每小时在,500,700,方，主要是用在尾气、置换气、压料气、擦洗气氩气的消耗主要是硅芯方面,小 结：,三,.,主要流程介绍,20,1.光伏产业带动多晶硅产业的迅速发展，生,2.,单晶硅拉制工艺,三,.,主要流程介绍,21,2.单晶硅拉制工艺三.主要流程介绍21,（,1,）拉制方法及拉制过程：,直拉单晶（,CZ,）和区熔（,FZ,）,化料,引晶,放肩,等径,收尾,冷却,装炉,直拉单晶拉制过程图,三,.,主要流程介绍,化料,引晶,放肩,等径,收尾,装炉,22,（1）拉制方法及拉制过程：直拉单晶（CZ）和区熔（FZ）化,直拉单晶炉,23,直拉单晶炉23,三,.,主要流程介绍,24,三.主要流程介绍24,（,2,）,氩气使用情况,：整个热场系统，包括两大部分，加热器发热，其它部分主耍是保温、导流，形成一定的温度梯度，使座落在石墨托里的石英坩埚中的熔料能按要求的晶向结晶生长。,SiO,2,2C,SiC2CO,SiCSiO,2,SiO CO+Si SiO,2,siO,2,拉制单晶需全程通氩，一边抽空,炉内压力控制在20乇左右。通过合理的热场结构，能迅速带走挥发物。减压有利于,sio,的挥发及防止,co,返回熔体，达到降氧和降碳的目的。,氩气流量：,35-55L/min(,联创炉,),，投料公斤，耗气量约,170,立方,三,.,主要流程介绍,25,（2）氩气使用情况：整个热场系统，包括两大部分，,3.,多晶铸锭工艺,（,1,）多晶铸锭炉发展趋势：,a,装料多,b,周期短,C,品质高,d,功率低,三,.,主要流程介绍,26,3.多晶铸锭工艺（1）多晶铸锭炉发展趋势：a装料多,（,2,）工艺周期,加热,熔化,长晶,退火,冷却,出炉,1540,约,10-15h,1430,1370,900,约,4h,整个工艺周期,三,.,主要流程介绍,加热,熔化,长晶,退火,27,（2）工艺周期加热熔化长晶退火冷却出炉1540 约10,28,28,（,3,）多晶铸锭炉主要生产厂家,国外主要厂商,：美国,GT SOLAR,、德国,ALD,、普法拓普等，其中,GT,占据中国多晶铸锭炉市场约,50%,。,国内主要厂商,：绍兴精工、中电,48,所、华盛天龙、京运通等,三,.,主要流程介绍,氩气主要使用量：,不需全程吹氩，,450,铸锭炉单锭氩气耗量为,70,90,方,29,（3）多晶铸锭炉主要生产厂家国外主要厂商：美国GT SOLA,4.,准单晶工艺,（,1,）准单晶定义：准单晶（,Mono Like,）是基于多晶铸锭的工艺，在长晶时通过部分使用,单,籽晶，获得外观和电性能均类似单晶的多晶硅片。,三,.,主要流程介绍,30,4.准单晶工艺（1）准单晶定义：准单晶（Mono Like,（,2,）,籽晶铺设方式,三,.,主要流程介绍,31,（2）籽晶铺设方式三.主要流程介绍31,（,3,）工艺线路,三,.,主要流程介绍,32,（3）工艺线路三.主要流程介绍32,（,4,）准单晶产品的优势,1.,转换效率高于普通多晶，接近直拉单晶电池片,18.3%,。,2.,直拉单晶投料量约为,100KG,，准单晶铸锭投料量达,430KG.,3.,比起普通多晶，组件,功,率,提升明显，单位成本降低。,4.,可封装,250,瓦（,60,片排布），或,300,瓦（,72,片排布）的大组件。,5.,工艺成本上，直拉单晶成本为,160,元人民币,/,公斤，准单晶铸锭的成本仅为,60,人民币,/,公斤,三,.,主要流程介绍,33,（4）准单晶产品的优势三.主要流程介绍33,(5),准单晶技术研发要点,1.,温度梯度改进,。针对热场研发以改良温度梯度，同时还要注意热场,2.,晶种制备,。研究发现，准单晶晶种制备方向将朝着超大超薄的方向发展,3.,精确熔化控制。,这一环节非常难以控制，它决定准单晶是否能够稳定生产，因此需要一个与之对应的精准熔化控制设备。据了解，为获得稳定的控制工艺，凤凰,光,伏开发了一套针对准单晶专用的晶种融化控制设备，可以在,0.5mm,的时候进入长晶阶段；,4.,位错密度。,在很多生产过程中，效率衰减总是不可避免，为此把位错密度控制到最低，是此项工艺的关键；,5.,籽晶的重复利用技术,6.,铸锭良率提升。,目前良率大约在,40%60%,之间，还有待提高。,三,.,主要流程介绍,34,(5)准单晶技术研发要点1.温度梯度改进。针对热场研发以改良,6.,电池片生产工艺,硅片检测,表面绒面,丝网印刷,烧结,扩散制结,去磷硅玻璃,镀减反射膜,等离子刻蚀,三,.,主要流程介绍,硅片检测,表面绒面,扩散制结,去磷硅玻璃,等离子刻蚀,35,6.电池片生产工艺硅片检测表面绒面丝网印刷烧结扩散制结去磷硅,表面绒面,：单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米硅表面形成几百万个四面方锥体也即金字塔结构。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。,工艺槽提通过氮气鼓泡来搅拌溶液以满足工艺要求，,100MW,生产线氮气消耗量约,24m3/h,（,1,）工艺所需氮气环节,三,.,主要流程介绍,36,表面绒面：单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘,扩散工艺,：太阳能电池需要一个大面积的,PN,结以实现光能到电能的转换，而扩散炉即为制造太阳能电池,PN,结的专用设备。,在进舟、升温、稳定、通源、恒温、冷却、出舟过程中氮气消耗量约,28m3/h(100MW),三,.,主要流程介绍,37,扩散工艺：太阳能电池需要一个大面积的PN结以实现光能到电能的,去磷硅玻璃：,该工艺用于太阳能电池片生产制造过程中，通过化学腐蚀法也即把硅片放在氢氟酸溶液中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性的络和物