光伏電池制備工藝光伏電池制備的準(zhǔn)備任務(wù)二·晶硅電池產(chǎn)業(yè)鏈工藝流程

目錄一.相關(guān)概念二.產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)三.主要工藝流程1.原生多晶硅2.單晶硅拉制工藝3.多晶鑄錠工藝4.準(zhǔn)單晶工藝5.電池片生產(chǎn)工藝四.總結(jié)定義:光伏組件是一種暴露在陽(yáng)光下便會(huì)產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置，幾乎全部由半導(dǎo)體物料（例如硅）制成的固體光伏電池組成。由于沒(méi)有活動(dòng)的部分，故可以長(zhǎng)時(shí)間操作而不會(huì)導(dǎo)致任何損耗(電池板使用壽命20年以上)。簡(jiǎn)單的光伏電池可以為手表及計(jì)算器提供能源，較復(fù)雜的光伏系統(tǒng)可以為房屋提供照明，并入電網(wǎng)供電。太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池晶硅電池多元化合物薄膜電池單晶硅電池多晶硅電池種類(lèi)非晶硅薄膜電池硫化鎘砷化鎵銅銦硒薄膜電池多晶硅:是單質(zhì)硅的一種形態(tài).熔融的單質(zhì)硅在過(guò)冷的條件下凝固時(shí),硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核,如這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒,則這些晶粒結(jié)合起來(lái),就形成多晶硅.單晶硅：熔融的單質(zhì)硅在過(guò)冷的條件下凝固時(shí),硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核,如這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒,則這些晶粒結(jié)合起來(lái),就形成單晶硅.12-1月-237二.產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)硅礦石silica太陽(yáng)能級(jí)多晶硅SoG:6~7N工業(yè)硅MS-Si1~2N單晶硅棒多晶鑄錠化學(xué)法：改良西門(mén)子冶煉SiO2+C→Si+CO2↑Si+HCl→SiHCl3+H2SiHCl3+H2→Si+HCl鑄錠爐直拉或區(qū)熔（CZorFZ）準(zhǔn)單晶硅錠單晶硅片單晶硅太陽(yáng)能電池多晶硅片鑄錠爐切片機(jī)切片機(jī)多晶硅太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)切片機(jī)二.產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)1.原生多晶硅三.主要流程介紹12-1月-2310三.主要流程介紹⑴三大主要生產(chǎn)方法多晶硅改良西門(mén)子法硅烷法冶金法注:前兩種方法為化學(xué)方法,后一種為物理方法,國(guó)內(nèi)改良西門(mén)子法占比95%以上12-1月-2311⑵改良西門(mén)子法三.主要流程介紹①.主要反應(yīng)原理：Si+HCl→SiHCl3+H2+SiCl4+SiH2Cl2（三氯氫硅合成爐）SiHCl3+H2→Si+HCl（還原爐）SiCl4+H2→SiHCl3+HCl(氫化爐)四氯化硅還原生產(chǎn)三氯氫硅一直是全球多晶硅生產(chǎn)企業(yè)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，此方法不但處理了副產(chǎn)物四氯化硅，同時(shí)還重新得到了生產(chǎn)多晶硅的原料三氯氫硅，氯化氫也可以自身利用，能顯著地降低生產(chǎn)成本，各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)都花費(fèi)了大量的人力物力進(jìn)行研究。12-1月-2312氯化氫硅粉氯化分離冷凝粗餾精餾冷凝還原尾氣還原氫凈化多晶硅水電解四氯化硅冷凝四氯化硅氫氣、三氯氫硅氯化氫三氯氫硅氫還原②改良西門(mén)工藝流程三.主要流程介紹12-1月-2313③氫化方法：熱氫化與冷氫化熱氫化技術(shù)利用以下反應(yīng):2SiCl4+H2﹦2SiHCl3+2HCl反應(yīng)溫度為1200～1250℃,壓力范圍1.5～2.5個(gè)大氣壓力,三氯氫硅的單程收率大約為17%～20%左右.

工藝優(yōu)點(diǎn)：壓力比較緩和,對(duì)設(shè)備要求低,安全性好,且氫氣和四氯化硅比值較小,因此還原爐內(nèi)四氯化硅濃度較高,保證了還原反應(yīng)的速率以及充分性,且降低了后期分離的難度.

工藝缺點(diǎn)：反應(yīng)溫度高，電耗高，TCS單耗2.2～3KWh/kg，加熱片為易耗材料，運(yùn)行費(fèi)用較高，有碳污染的可能。三.主要流程介紹12-1月-2314熱氫化改良西門(mén)子法多晶硅生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖三.主要流程介紹12-1月-2315冷氫化技術(shù)利用以下反應(yīng):SiCl4+2H2+3Si→4SiHCl3反應(yīng)溫度為450℃,壓力范圍1.5～1.8MPa,轉(zhuǎn)化率大約為20%～25%左右.需要催化劑NiO工藝優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)溫度低，電耗低，TCS單耗≤1KWh/kg工藝缺點(diǎn)：氣固反應(yīng)，操作壓力較高，對(duì)設(shè)備密封性要求高，操作系統(tǒng)較復(fù)雜，提純工作量大。三.主要流程介紹12-1月-2316冷氫化改良西門(mén)子法多晶硅生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖TCS:三氯化硅STC：四氯化硅DCS：二氯二氫硅12-1月-2318（3）硅烷法最終用硅烷熱解制得多晶硅的方法其中制備硅烷的方法：硅鎂合金工藝、氯硅烷歧化工藝、金屬氫化物工藝三.主要流程介紹12-1月-2319（4）冶金法工業(yè)硅酸洗氧化精煉真空處理凝固精煉太陽(yáng)能級(jí)硅添加Ca去除Ti、Fe除B、C去除P、O、Ca、Al↓↓↓↓三.主要流程介紹12-1月-23201.光伏產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)多晶硅產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)1MW太陽(yáng)能電池約需要10噸多晶硅，晶體硅材料是主要的光伏材料，其市場(chǎng)占有率在80%以上，而且在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期，也依然是太陽(yáng)能的主流材料。2.西門(mén)子法是目前多晶硅生產(chǎn)的主流技術(shù)，約90%的多晶硅由此技術(shù)生產(chǎn)，短期內(nèi)這種局面不會(huì)改變.3.多晶硅生產(chǎn)氣體使用情況

氮?dú)獾南牧渴歉愕墓に囋O(shè)計(jì)、用途有關(guān)，一般年產(chǎn)一千噸的多晶硅，經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，消耗每小時(shí)在500～700方，主要是用在尾氣、置換氣、壓料氣、擦洗氣

氬氣的消耗主要是硅芯方面小結(jié)：三.主要流程介紹12-1月-23212.單晶硅拉制工藝三.主要流程介紹12-1月-2322（1）拉制方法及拉制過(guò)程：直拉單晶（CZ）和區(qū)熔（FZ）化料引晶放肩等徑收尾冷卻裝爐直拉單晶拉制過(guò)程圖三.主要流程介紹化料引晶放肩等徑收尾裝爐直拉單晶爐12-1月-2324三.主要流程介紹12-1月-2325（2）氬氣使用情況：整個(gè)熱場(chǎng)系統(tǒng)，包括兩大部分，加熱器發(fā)熱，其它部分主耍是保溫、導(dǎo)流，形成一定的溫度梯度，使座落在石墨托里的石英坩堝中的熔料能按要求的晶向結(jié)晶生長(zhǎng)。

SiO2﹢2C＝SiC﹢2CO

SiC﹢SiO2＝SiO﹢CO+SiSiO2→si﹢O2拉制單晶需全程通氬，一邊抽空,爐內(nèi)壓力控制在20乇左右。通過(guò)合理的熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，能迅速帶走揮發(fā)物。減壓有利于sio的揮發(fā)及防止co返回熔體，達(dá)到降氧和降碳的目的。氬氣流量：35-55L/min(聯(lián)創(chuàng)爐)，投料公斤，耗氣量約170立方三.主要流程介紹12-1月-23263.多晶鑄錠工藝（1）多晶鑄錠爐發(fā)展趨勢(shì)：a裝料多b周期短C品質(zhì)高d功率低三.主要流程介紹12-1月-2327（2）工藝周期加熱熔化長(zhǎng)晶退火冷卻出爐1540℃約10-15h1430℃1370℃900℃約4h整個(gè)工藝周期三.主要流程介紹加熱熔化長(zhǎng)晶退火12-1月-2329（3）多晶鑄錠爐主要生產(chǎn)廠家國(guó)外主要廠商：美國(guó)GTSOLAR、德國(guó)ALD、普法拓普等，其中GT占據(jù)中國(guó)多晶鑄錠爐市場(chǎng)約50%。國(guó)內(nèi)主要廠商：紹興精工、中電48所、華盛天龍、京運(yùn)通等三.主要流程介紹氬氣主要使用量：不需全程吹氬，450鑄錠爐單錠氬氣耗量為70～90方12-1月-23304.準(zhǔn)單晶工藝（1）準(zhǔn)單晶定義：準(zhǔn)單晶（MonoLike）是基于多晶鑄錠的工藝，在長(zhǎng)晶時(shí)通過(guò)部分使用單籽晶，獲得外觀和電性能均類(lèi)似單晶的多晶硅片。三.主要流程介紹12-1月-2331（2）籽晶鋪設(shè)方式三.主要流程介紹（3）工藝線(xiàn)路三.主要流程介紹12-1月-2333（4）準(zhǔn)單晶產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)

1.轉(zhuǎn)換效率高于普通多晶，接近直拉單晶電池片18.3%。

2.直拉單晶投料量約為100KG，準(zhǔn)單晶鑄錠投料量達(dá)430KG.

3.比起普通多晶，組件功率提升明顯，單位成本降低。

4.可封裝250瓦（60片排布），或300瓦（72片排布）的大組件。5.工藝成本上，直拉單晶成本為160元人民幣/公斤，準(zhǔn)單晶鑄錠的成本僅為60人民幣/公斤三.主要流程介紹12-1月-2334(5)準(zhǔn)單晶技術(shù)研發(fā)要點(diǎn)1.溫度梯度改進(jìn)。針對(duì)熱場(chǎng)研發(fā)以改良溫度梯度，同時(shí)還要注意熱場(chǎng)2.晶種制備。研究發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)單晶晶種制備方向?qū)⒊蟪〉姆较虬l(fā)展3.精確熔化控制。這一環(huán)節(jié)非常難以控制，它決定準(zhǔn)單晶是否能夠穩(wěn)定生產(chǎn)，因此需要一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的精準(zhǔn)熔化控制設(shè)備。據(jù)了解，為獲得穩(wěn)定的控制工藝，鳳凰光伏開(kāi)發(fā)了一套針對(duì)準(zhǔn)單晶專(zhuān)用的晶種融化控制設(shè)備，可以在0.5mm的時(shí)候進(jìn)入長(zhǎng)晶階段；4.位錯(cuò)密度。在很多生產(chǎn)過(guò)程中，效率衰減總是不可避免，為此把位錯(cuò)密度控制到最低，是此項(xiàng)工藝的關(guān)鍵；5.籽晶的重復(fù)利用技術(shù)6.鑄錠良率提升。目前良率大約在40%~60%之間，還有待提高。三.主要流程介紹12-1月-23356.電池片生產(chǎn)工藝硅片檢測(cè)表面絨面絲網(wǎng)印刷燒結(jié)擴(kuò)散制結(jié)去磷硅玻璃鍍減反射膜等離子刻蝕三.主要流程介紹硅片檢測(cè)表面絨面擴(kuò)散制結(jié)去磷硅玻璃等離子刻蝕12-1月-2336表面絨面：?jiǎn)尉Ч杞q面的制備是利用硅的各向異性腐蝕，在每平方厘米硅表面形成幾百萬(wàn)個(gè)四面方錐體也即金字塔結(jié)構(gòu)。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了電池的短路電流和轉(zhuǎn)換效率。

工藝槽提通過(guò)氮?dú)夤呐輥?lái)攪拌溶液以滿(mǎn)足工藝要求，100MW生產(chǎn)線(xiàn)氮?dú)庀牧考s24m3/h（1）工藝所需氮?dú)猸h(huán)節(jié)三.主要流程介紹擴(kuò)散工藝：太陽(yáng)能電池需要一個(gè)大面積的PN結(jié)以實(shí)現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，而擴(kuò)散爐即為制造太陽(yáng)能電池PN結(jié)的專(zhuān)用設(shè)備。在進(jìn)舟、升溫、穩(wěn)定、通源、恒溫、冷卻、出舟過(guò)程中氮?dú)庀牧考s28m3/h(100MW)三.主要流程介紹去磷硅玻璃：該工藝用于太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)制造過(guò)程中，通過(guò)化學(xué)腐蝕法也即把硅片放在氫氟酸溶液中浸泡，使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸，以去除擴(kuò)散制結(jié)后在硅片表面形成的一層磷硅玻璃。氮?dú)庾鳛閯?dòng)力源之一，消耗量為12m3/h三.主要流程介紹三.主要流程介紹等離子刻蝕：由于在擴(kuò)散過(guò)程中，即使采用背靠背擴(kuò)散，硅片的所有表面包括邊緣都將不可避免地?cái)U(kuò)散上磷。PN結(jié)的正面所收集到的光生電子會(huì)沿著邊緣擴(kuò)散有磷的區(qū)域流到PN結(jié)的背面，而造成短路。因此，必須對(duì)太陽(yáng)能電池周邊的摻雜硅進(jìn)行刻蝕，以去除電池邊緣的PN結(jié)。

此工藝消耗的氮?dú)庵饕怯糜诔檎婵蘸蠊ぷ髑粌?nèi)壓力平衡和真空泵的氮?dú)獗Ｗo(hù)，氮?dú)庀牧考s8m3/h三.主要流程介紹甩干機(jī)氮?dú)夂牧浚?/p>

在清洗制絨和去磷硅玻璃之后都需要使用甩干機(jī)，氮?dú)庵饕糜谒Ω傻倪^(guò)程中將硅片吹干，此過(guò)程氮?dú)獾南牧考s100m3/h三.主要流程介紹鍍減反射膜:拋光硅表面的反射率為35%,為了減少表面反射,提高電池的轉(zhuǎn)換效率,需要沉積一層氮化硅減反射膜?，F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中常采用PECVD設(shè)備制備減反射膜。PECVD設(shè)備有四處需要使用氮?dú)猓旱谝皇沁M(jìn)出舟是需要用氮?dú)獯祾撸乐故郾晃廴?，第二是抽真空后平衡工藝管?nèi)外壓力，第三是稀釋尾氣中硅烷的濃度，第四是真空泵的氮?dú)獗Ｗo(hù)。氮