光伏發(fā)電簡介光伏發(fā)電主要在硅電池P極區(qū)和N極區(qū)形成的P-N結(jié)中進(jìn)行，電池受到光照，就會產(chǎn)生電子-空穴對，電子向N區(qū)移動，空穴向P區(qū)運(yùn)動，帶負(fù)電的N區(qū)和帶正電的P區(qū)就會形成內(nèi)建電場，從而P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生電壓。對晶體硅太陽能電池來說，開路電壓的典型數(shù)值一般為0.5V左右。通過光照在電池表面產(chǎn)生的電子－空穴對越多，電流越大。電池面積越大，在太陽能電池中形成的電流也越大。.光伏一材料光伏發(fā)電(Photovoltaic)是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)，而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。理解光伏發(fā)電原理,就要先從材料說起。光伏電池使用的半導(dǎo)體材料是硅材料，因?yàn)楣杈w內(nèi)部的硅原子僅占內(nèi)部晶格空間的34%,所以晶體硅內(nèi)部大部分都是空的,電子容易在晶體內(nèi)運(yùn)動，正因?yàn)槿绱耍谥谱骶w硅時(shí)，可以在硅材料中添加一定量的硼元素，制造基體硅，既不影響Si晶格的完整性，也有利于形成淺結(jié)。晶體硅核原子外有四個(gè)電、磷）滲入后，在硅面兩邊就易形成P區(qū)和N區(qū)。子，在外來雜質(zhì)（一般為硼晶體硅也有很好的力學(xué)性能，它可以被切成很薄的硅片，且硅片在加工過程中不易翹曲，其硬度與屈服強(qiáng)度都高。另外，晶體硅是無毒害的；正因?yàn)楣钃碛腥绱肆己玫男阅埽攀沟霉璨牧媳淮笠?guī)模用于光伏發(fā)電。二.硅材料提純2.1冶金級硅的生產(chǎn)冶金級硅時(shí)利用SiO2與C作為原材料，在大型電弧爐中進(jìn)行反應(yīng)，溫度在1500℃時(shí)，液態(tài)硅（純度98%-99%）出爐。其反應(yīng)式為：SiO2+2C=Si+2CO冶金級硅需要進(jìn)一步提純后才能制成太陽能級硅。2.2高純多晶硅的制取1.三氯氫硅氫還原法（1）制取三氯氫硅,氯化氫氣體發(fā)生反應(yīng)，生成SiHCL3其反應(yīng)在沸騰爐中，使Si和干燥的式為：+Si+3HCL=SiHCLH32在沸騰爐中，冶金級硅中的雜質(zhì)也會反應(yīng)產(chǎn)生一系列的氯化物，為了得SiHCL3進(jìn)行提純。到高純度的硅，必須將（2）提純?nèi)葰涔枞葰涔璧奶峒兪抢酶鹘M分的揮發(fā)度之差，在蒸餾塔中進(jìn)行的與SiHCL3相差較大的物質(zhì)較容易被分離出去，而某些與三氯氫硅揮發(fā)度相近的物質(zhì)，則需要經(jīng)過多級精蒸餾來提高三氯氫硅的純度。。揮發(fā)度（3）三氯氫硅氫還原在還原爐中，裝好用高純硅制取的硅晶體細(xì)棒，即為硅芯，作為發(fā)熱體，通入高純的三氯氫硅和H，將硅芯加熱到1100攝氏度左右，三氯氫硅和氫氣發(fā)2生反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為：SiHCL+H=Si+3HCL32生成物沉積在硅芯上，使硅芯不斷長大，直徑可達(dá)200毫米以上。用這種方法制造的多晶硅，其純度已經(jīng)足夠太陽能級硅的使用要求。2.硅烷熱分解法硅烷熱分解法的反應(yīng)式為：SiH4=Si+2H2用硅烷熱分解法制多晶硅，其雜質(zhì)含量比三氯氫硅氫還原法制造的多晶硅雜質(zhì)含量少，但硅烷易爆炸，生產(chǎn)安全性差，且綜合成本高。相比電子級高純多晶硅，太陽能級硅的要求比較低，生產(chǎn)太陽能級硅的原料一般都是單晶硅制取時(shí)產(chǎn)生的頭尾料，回收料，甚至是電子級硅的廢料等。三.太陽能電池片的制作工藝簡介3.1.單晶硅和多晶硅的制造1.單晶硅的制造：單晶硅錠的制作方法一般分為：直拉法、區(qū)熔法等，將太陽能級硅（純度99.9999%以上）經(jīng)過高溫融化之后，采用直拉法或懸浮區(qū)熔法獲得單晶硅錠。直拉法與區(qū)熔法相比較，直拉法使用更為廣泛，因?yàn)橹崩ㄍ读隙啵a(chǎn)的單晶直徑大，設(shè)備自動化程度高，工藝相對簡單，直拉法制造的單晶硅占世界單晶硅產(chǎn)量的70%以上。直拉法制造單晶硅，直拉法又稱CZ法，它是在1917年由切克勞斯基（Czochralski）建立起來的一種晶體生長方法，CZ法是利用石墨電阻加熱，將裝在高純石英坩堝中的多晶硅融化，然后將籽晶插入硅熔體表面進(jìn)行固-熔對接，籽晶開始融化，同時(shí)轉(zhuǎn)動籽晶過引晶、縮頸、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑生長、收尾各過程詳細(xì)步驟如下：，再反向轉(zhuǎn)動坩堝，籽晶緩慢向上提升，經(jīng)等過程，單晶硅棒就生長完成。1.種晶：將籽晶插入硅溶液，待籽晶融化在硅液中，緩慢向上提升籽晶，并旋轉(zhuǎn)引出晶體，石英坩堝里面的硅溶液溫度略高于硅熔點(diǎn)。圖2.1種晶2.縮頸：籽晶拉出晶體之后，為了防止籽晶中的位錯(cuò)延伸到晶體中，需要拉出一定長度的細(xì)長晶體。圖2.2縮頸3.放肩：放慢晶體的提升速度，將拉上來的單晶硅棒直徑控制在理想尺寸，此過程稱之為放肩。圖2.3放肩4.等徑生長：根據(jù)生產(chǎn)需求，控制拉升的單晶硅棒的長度。圖2.4等徑生長5.收尾：此為直拉法制造單晶硅的結(jié)尾工序，當(dāng)單晶硅棒長度已達(dá)到生產(chǎn)要至離開熔硅面。求，便可以進(jìn)行收尾，單晶硅棒的尾部直徑呈錐形減小，直圖2.5收尾直拉法完成的單晶硅棒，需要采取降級降溫，然后取出晶體，待后續(xù)加工。當(dāng)一根單晶硅棒生長完成之后，迅速移出爐外，在籽晶軸上裝上一根多晶硅棒，待多晶硅棒全部熔化后，可以進(jìn)行新單晶硅的生長，這種方式稱為重裝料直拉硅單晶生長，這種生產(chǎn)方式可以節(jié)省大量的時(shí)間和高純石英坩堝的費(fèi)用，使晶體硅的制作成本大大降低，這種方法在太陽電池單晶硅的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于不斷加入多晶硅，硅熔體中的雜質(zhì)濃度增加，隨著時(shí)間的增加，石英坩堝的腐蝕也越來越嚴(yán)重，所以，在進(jìn)行重裝料直拉單晶硅的生產(chǎn)次數(shù)受到了一定的限制。也可以通過連續(xù)加料的方式，保持生長爐內(nèi)的熔硅單晶生長，但是這種生產(chǎn)方式的生產(chǎn)設(shè)備較復(fù)雜，需要較高的設(shè)備成本，目前應(yīng)用并不廣泛。液面高度不變，以利于另外一種重要的單晶硅制造方法--懸浮區(qū)熔法；也叫區(qū)熔法（CF法），是繼直拉法之后的一種提純半導(dǎo)體硅的方法。區(qū)熔法制備的單晶硅純度很高，光電轉(zhuǎn)換效率高，但是生產(chǎn)出來的單晶硅直徑小，機(jī)械加工性能差，一般情況下，區(qū)熔單晶硅不應(yīng)用于大規(guī)模的生產(chǎn)上，只在某些需要高光電轉(zhuǎn)換效率的特殊情況下才會使用。區(qū)熔法是將多晶硅棒用卡具卡住上端，下端對準(zhǔn)籽晶，高頻電流通過線圈與多晶硅棒耦合，產(chǎn)生渦流，使多晶硅棒部分熔化，接好籽晶，自下而上使多晶硅棒熔化進(jìn)行單晶生長，此方法得到的硅單晶叫做區(qū)熔單晶。圖2.6區(qū)熔單晶硅生長過程2.多晶硅的制造制作多晶硅錠的過程相對簡單，主要有兩種工藝。一種是，即在坩堝內(nèi)將原料融化，然后澆鑄到另外一速率，采用定向凝固技術(shù)制備大晶粒的多晶硅。另一種是直熔法，即直接在坩堝內(nèi)將原料融化，然后經(jīng)過坩堝底部的熱交換方式，使熔硅冷卻。前一種方法在生產(chǎn)中很少使用，直熔法應(yīng)用較為廣泛。個(gè)經(jīng)過預(yù)熱的坩堝內(nèi)冷卻，通過控制冷卻1.直熔法制備多晶硅的原材料：半導(dǎo)體級的高純多晶硅。2.鑄造多晶硅的坩堝：在鑄造多晶硅時(shí)，一般選用性能較好的石英坩堝，由于熔硅和坩堝長時(shí)間接觸，會產(chǎn)生黏滯作用，由于兩者熱膨脹系數(shù)不同，在晶體冷卻時(shí)，可能會造成坩堝或者晶體硅破裂，為了解決這個(gè)問題，工藝上一般利用Si3n4或SiO/SiN等材料作為涂層，附加在石英坩堝的內(nèi)壁上，從而避免了硅熔體和坩堝的直接接觸，也使坩堝可能得到重復(fù)使用。3.晶體生長工藝：a.裝料，將石英坩堝放在熱交換臺上，安裝好設(shè)備，將爐內(nèi)抽真空，并充入氬氣作為保護(hù)氣體。b.加熱，利用石墨加熱器給爐體加熱，緩慢加溫，使石英坩堝的溫度達(dá)到1200-1300℃。c.化料，充入氬氣作為保護(hù)氣體，；爐內(nèi)壓力保持在400-600bar，逐漸增加加熱器溫度，使溫度達(dá)到并保持在1500℃左右，直至硅料全部融化。d.晶體生長，化料結(jié)束后，右，然后石英坩堝開始向下移動，使坩堝慢慢脫離加熱區(qū)，同時(shí)，冷卻板開始通水，自底部開始降低，晶體硅首先在底部形成，并降低加熱功率，使溫度降到1420-1440℃，即硅熔點(diǎn)左熔體的溫度呈柱狀向上生長。e.退火，晶體生長完成后，晶體底部和上部存在較大的溫度梯度，晶在熱應(yīng)力，導(dǎo)致在后續(xù)的加工硅所以在晶錠生長完成后，使晶錠溫度保持在熔點(diǎn)附近幾個(gè)小時(shí)，減少熱應(yīng)力。錠中可能存片容易破裂，f.冷卻，退火完成后，關(guān)閉加熱模塊，爐內(nèi)充入大流量氬氣，使晶錠溫度逐漸降至室溫附近。直熔法鑄造出的多晶硅錠為一個(gè)方形的鑄錠。

3.2電池片的制作工藝1.切片得到單晶硅錠和多晶硅錠之后，單晶硅錠需要切掉由于引晶和收尾時(shí)頭尾部產(chǎn)生的不可利用的硅料；由于晶體在生長過程中的各種因素，晶體表面并不是光滑的，需要進(jìn)一步加工滾圓、倒角，使硅棒的截面尺寸達(dá)到生產(chǎn)所需的電池片尺寸，也有利于切片時(shí)產(chǎn)生崩邊。而多晶硅錠則需要開方，平時(shí)使用的晶硅電池片都是方形的。處理好硅錠之后，將硅錠切片，通常采用內(nèi)圓切割機(jī)或線切割機(jī)。內(nèi)圓切割機(jī)是用高強(qiáng)度圓環(huán)狀刀片，環(huán)內(nèi)邊緣有堅(jiān)硬的顆粒狀金剛石，切片時(shí)，刀子高速旋轉(zhuǎn)，，這中切割方法，刀片穩(wěn)定性好，硅片表面平整度好，但是刀片有厚度，致使在切割過程中，有接近一半的硅料會變成鋸末，而且切割速度慢，效率低。線切割，即通過粘有金剛石顆粒的金屬絲線的金屬線直徑比切割機(jī)刀片的厚度小，因此，線切割可以使材料損耗降低25%左右，使用金剛石帶鋸條將硅錠切割成電池片，太陽能電池片厚度為左右但是線切割的硅片表面平整度稍差，正因?yàn)樘栯姵夭粚ζ秸鹊囊蟛⒉桓撸虼?，線切割非常適合太陽電池用的切片。運(yùn)動達(dá)到切片目的，線切割的。同于微電子用的硅片，硅片2.清洗和表面腐蝕切割后的硅片表面有10μ-20μ的切割損壞層,須去除,然后再表面制備絨面結(jié)構(gòu)，即表面織構(gòu)化，單晶硅片清洗使用的是80‐90攝氏度的20%‐30%的，NaOH溶液或KOH溶液，生成物Na2SiO3溶于水被去除從而硅片表面被腐蝕，其反應(yīng)式為:Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+H2由于堿液的各向異性，多晶硅不宜使用堿液清洗，一般多晶硅使用的清洗溶液為硝酸或氫氟酸。其反應(yīng)式為：3Si+4HNO3=3SiO2+2H2O+4NOSiO2+6HF=H2(SiF6)+2H2O圖2.1制絨之后的電池絨面3.擴(kuò)散制結(jié)擴(kuò)散的目的是為了形成有效的P-N結(jié)，有利于電池電極的形成。晶體硅電池一般利用摻硼的P型硅作為基底材料，通常通過氮?dú)鈱⒁簯B(tài)的POCL3輸送到高溫的半導(dǎo)體表面，雜質(zhì)元素的擴(kuò)散深度為幾百納米，通過擴(kuò)散五價(jià)的磷原子形成N型半導(dǎo)體，構(gòu)成P-N結(jié)。其反應(yīng)式為：5POCL=PO+3PCL32552PO+5Si=5SiO+4P2524.鋁背場和金屬電極為了改善太陽電池的效率，在P-N結(jié)制備完成后，往往在硅片的背面沉積一層鋁膜，制備p+層，即為鋁背場，其作用是減少載流子復(fù)合的概率，同時(shí)也作為背面電極。為了將晶體硅產(chǎn)生的電流引導(dǎo)到外加負(fù)載，需要在P-N結(jié)兩邊連接金屬電極，目前，制造金屬電極主要是利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)，在太陽電池的兩面制備成梳齒狀的金屬電極。圖2.2電池片結(jié)構(gòu)5.減反射層晶體硅電池的絨面結(jié)構(gòu)可以減少硅片表面的太陽光反射，增加電池對光的吸收，除此之外，在硅片表面增加一層減反射膜也是一種有效減少太陽光反射的方法，常用減反射層的材料有TiO、SnO、SiO、SiNx（x≥2）等，減反射膜厚度一般222在60-100nm左右，制備減反射層的方法有化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子化學(xué)氣相沉積（PECVD）、濺射、蒸發(fā)等。其中多用PECVD制備減反射膜，這樣制備的薄膜對多晶硅中的載流子壽命影響較小，而且生產(chǎn)成本相對較低、沉積速度快、生成效率高，一般使用PECVD制備減反射膜反應(yīng)溫度在300-400攝氏度，通常反應(yīng)氣體為硅烷和高純氨氣，其反應(yīng)式為：3SiH+4NH=SiN+12H24334四.光伏組件生產(chǎn)工藝簡介1.電池片的分類由于電池片在制作的隨機(jī)性，生產(chǎn)出的電池性能不盡相同，在進(jìn)行組件制造之前，需要根據(jù)電池參數(shù)，將性能不同的電池片進(jìn)行分類，以提高電池片利用率。在生產(chǎn)過程中，由于不同客戶要求的訂單規(guī)格不同，有時(shí)候需要將完整的電池片切割成尺寸更小的電池片，以便滿足組件的參數(shù)要求，電池片劃片使用激光劃片機(jī)，電池片功率的計(jì)算公式：功率=（電池片面積電池片效率）÷1000╳功率單位：W電池片面積單位：mm2單體電池片的開路電壓在生產(chǎn)上一般默認(rèn)為0.5V，組件電壓計(jì)算公式：電壓=電池片數(shù)╳0.5不同規(guī)格的多晶硅組件舉例：組件規(guī)格電池片尺（mm)片數(shù)3.5W/7V156*10.415W/18V156*19.580W/18V156*78130W/18V1563.12.單焊切片房配組完成的電池片，一般按照組件所需片數(shù)為一組，單獨(dú)區(qū)分。在單焊過程中，使用電烙鐵，將銅錫合金制造的焊帶焊在電池片負(fù)極面的主柵線上，焊帶一般為電池片長度的兩倍，焊接不露柵線，不堆錫，不虛焊，焊帶不曲折。3.串焊將單焊完成的電池片鋪設(shè)在治具上，用電烙鐵將單焊留出的焊帶焊在下一片的正極面上，完成負(fù)極-正極-負(fù)極-正極…的串接，將單個(gè)電池片串焊成電池串，完成單體電池片之間的串聯(lián)。4.敷設(shè)疊層串焊完成的電池串，經(jīng)過定位、焊導(dǎo)流條、疊層等工序，方能進(jìn)入下一工序。組件在疊層時(shí)，各材料的鋪設(shè)順序（從下往山上）：鋼化玻璃—EVA—電池串—EVA—背板在敷設(shè)工段，疊層好之后，在電池板的上方貼條形碼和客戶要求的LOGO，一般都貼在焊好的匯流條上。5.EL測試敷設(shè)完成的組件在進(jìn)入層壓工序之前，需要對組件進(jìn)行EL測試，檢驗(yàn)組件中是否有裂片、虛焊、缺角等不良；組件在層壓之后，如果出現(xiàn)不良，其返修過程比較繁瑣，所以在組件進(jìn)入層壓之前，需要進(jìn)行必要的EL測試，但部分經(jīng)濟(jì)組件除外。6.層壓將疊層敷設(shè)完成的組件放入層壓機(jī)內(nèi)，通過抽