太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)課程報(bào)告：太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展學(xué)院名稱：機(jī)電學(xué)院專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)班級(jí)：姓名：MHY學(xué)號(hào)：二0一八年七月太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展隨著全球工業(yè)化的進(jìn)程，煤炭、石油等常規(guī)能源的頻頻告急，人們將目光紛紛投向了各種可再生能源的利用上。其中，太陽(yáng)能可說(shuō)是取之不盡、用之不竭。因此，太陽(yáng)能光伏技術(shù)極有可能成為21世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ墓怆娂夹g(shù)之一。所謂光伏，是指通過(guò)太陽(yáng)能電池為媒介將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程。然而我們清晰的意識(shí)到，由于太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝技術(shù)復(fù)雜、生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于目前穩(wěn)定能源的市場(chǎng)價(jià)格，轉(zhuǎn)換效率難以突破、能耗高等難題影響了太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，如何在提高

2、轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)降低生產(chǎn)成本已成當(dāng)今世界光伏技術(shù)研究工作的重中之重。中國(guó)漁光風(fēng)能源基地太陽(yáng)能電池一種把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器，太陽(yáng)能電池工作原理的基礎(chǔ)，是太陽(yáng)能電池的光生伏打效應(yīng)。首先，太陽(yáng)能電池吸收陽(yáng)光，只有當(dāng)光量子能量是半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg的數(shù)倍時(shí)才會(huì)產(chǎn)生多個(gè)電子-空穴對(duì)，其間的差值則轉(zhuǎn)化為熱量。然而，在電子-空穴對(duì)產(chǎn)生的同時(shí)也發(fā)生了電子-空穴的再?gòu)?fù)合；最后，利用外加電場(chǎng)使電子-空穴對(duì)相互分離形成擴(kuò)散電流；簡(jiǎn)而言之，主要分三個(gè)過(guò)程：太陽(yáng)光吸收過(guò)程、電子-空穴對(duì)激發(fā)過(guò)程、分離光生載流子過(guò)程。由于不同的材料可以吸收的太陽(yáng)光源的光譜能量不同，不同種類的太陽(yáng)能電池是決定能量轉(zhuǎn)換效率大小的一

3、個(gè)重要因素。表1為目前不同材料太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。由表1可知，按材料種類分，常用的太陽(yáng)能電池主要有如下五類：（a）單晶硅太陽(yáng)能電池（b）多晶硅太陽(yáng)能電池（c）非晶硅太陽(yáng)能電池（d）神化錢（GaAs）化合物太陽(yáng)能電池（e）有機(jī)太陽(yáng)能電池種類常用半導(dǎo)體材料能量轉(zhuǎn)換效率站楠硅太陽(yáng)能電池單晶硅26.7±0.5彩晶硅223±0.4非晶硅太陽(yáng)能電池a-Si10.2±0.3化合物太陽(yáng)能電池GaAs28.8±09CIGS21.7±0.5有機(jī)太陽(yáng)能電池半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池。表1太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率由于單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率為較高，單硅晶電池成為目前在太陽(yáng)能光伏市場(chǎng)

4、中最為主流的產(chǎn)品，在市場(chǎng)中的占比例達(dá)到80%左右，所以從未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行觀察，可以斷言在未來(lái)的5-10內(nèi)單晶硅電池還將會(huì)繼續(xù)在太陽(yáng)能電池市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。在此背景下,本文圍繞單晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝為中心，對(duì)制絨、擴(kuò)散制結(jié)、等離子邊緣刻蝕、去磷硅玻璃、PECVD鍍減反射膜、絲網(wǎng)印刷電極、燒結(jié)幾種單晶硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝展開(kāi)分析。制絨在單晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中制絨是第一步，其過(guò)程是采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的堿液放置于八十?dāng)z氏度的環(huán)境中，對(duì)單晶硅太陽(yáng)能電池的硅片進(jìn)行表面的處理，進(jìn)而達(dá)到去除硅片損傷層的目的。在制絨過(guò)程中，單晶硅硅片表面可形成一個(gè)角錐形的外表，其具體的反應(yīng)過(guò)程為：2NaOH+Si

5、+2H2O-2H2>Na2SiO3而對(duì)于單晶硅片上表面生成的二氧化硅則可以是氟氫酸給以去除，其反應(yīng)的方程為：6HF+SiO2-2H2O+H2SiF6最后再使用鹽酸進(jìn)行硅片的表面處理工作，即可在水中溶解變成絡(luò)合物，最后在采用噴淋的方式將其表面的雜質(zhì)給以去除，烘干處理后即完成了制絨環(huán)節(jié)。通威太陽(yáng)能自動(dòng)化生產(chǎn)線擴(kuò)散制結(jié)擴(kuò)散制結(jié)其擴(kuò)散源為三氯氧磷，而三氯氧磷在高溫的環(huán)境下會(huì)發(fā)生分解生成五氧化二磷和無(wú)氯化磷。而分解產(chǎn)物中的五氧化二磷會(huì)和單晶硅太陽(yáng)能電池中的硅片發(fā)生反應(yīng)生成二氧化硅和磷單質(zhì)。而當(dāng)環(huán)境中有外來(lái)的氧氣時(shí)，就會(huì)和擴(kuò)散源分解出的無(wú)氯化磷進(jìn)一步反應(yīng)生成五氧化二磷和氯氣，因此在擴(kuò)散制結(jié)環(huán)節(jié)中，可

6、以通入適量的氧氣來(lái)促進(jìn)擴(kuò)散制結(jié)的進(jìn)行。而在三氯氧磷的分解過(guò)程中也會(huì)在單晶硅片的表面不斷累積下五氧化二磷，進(jìn)而和硅片發(fā)生反應(yīng)生成一層磷硅玻璃，并且磷還會(huì)不斷向外進(jìn)行擴(kuò)散。等離子邊緣刻蝕對(duì)于單晶硅片而言，其在經(jīng)過(guò)了擴(kuò)散處理之后，在其正面以及邊緣處都形成一個(gè)擴(kuò)散層，而該擴(kuò)散層在正面存在是十分必要，而在邊緣存在則是需要去掉的，因此進(jìn)行單晶硅太陽(yáng)能電池的邊結(jié)絕緣刻蝕對(duì)于降低單晶硅太陽(yáng)能電池的漏電量是單晶硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中一個(gè)十分必要的環(huán)節(jié)。在單晶硅太陽(yáng)能電池的邊緣刻蝕環(huán)節(jié)上是通過(guò)高頻的輝光放電進(jìn)行反應(yīng)，從而使反應(yīng)氣體被激活為活性粒子，而這些活性粒子則是需要刻蝕的地方。等離子在和這些部位接觸后，就會(huì)

7、和硅片發(fā)生反應(yīng)，繼而將揮發(fā)性反應(yīng)物四氟化硅去除，達(dá)到邊緣腐蝕的效果。去磷硅玻璃在去磷硅玻璃環(huán)節(jié)需要現(xiàn)將槽內(nèi)的液體給以替換為清水，然后在氟氫酸槽放入80升的水，然后在向槽中添加含量密度在48.9-19.25之間的氟氫酸。而隨著去磷硅玻璃環(huán)節(jié)的不斷進(jìn)行，氟氫酸會(huì)不斷被消耗，進(jìn)而其濃度會(huì)逐漸降低。因此在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，為了保障去磷硅玻璃能夠順利的進(jìn)行，需要每經(jīng)過(guò)六小時(shí)向槽內(nèi)的液體進(jìn)行一次替換，而噴淋槽以及清洗槽的純水則需要每12小時(shí)更換一次。PECV撤減反射膜PECVD鍍減反射膜是單晶電池生產(chǎn)中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，PECVD所指的是化學(xué)氣相沉積減反射膜，具體而言即SiNx減反射膜。在單晶硅電池太陽(yáng)

8、能電池上鍍上一層SiNx減反射膜可以極大程度上提升單晶硅太陽(yáng)能電池的太陽(yáng)能吸收效率，此外還可以在氫原子的鈍化效果下，實(shí)現(xiàn)單晶硅太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓以及短路電流的大幅度提升，是單晶電池環(huán)節(jié)中提升電池性能的一個(gè)重要措施。單晶電池生產(chǎn)過(guò)程中的化學(xué)氣相沉積減反射膜其工作的原理是使用低溫等離子體作為鍍膜的動(dòng)力提供者，并且在此基礎(chǔ)上將石墨加入到硅片中，通過(guò)加熱反應(yīng)條件進(jìn)行加熱，并且需要在化學(xué)氣相沉積減反射膜的過(guò)程中通入一定量的其他成分與其中，具體的成分為氮?dú)?、暗器以及四氫化硅氣體，并且采用輝光放電技術(shù)在鍍膜中產(chǎn)生等離子體。在經(jīng)過(guò)一系列的離子反應(yīng)以及化學(xué)反應(yīng)后，就會(huì)在單晶硅太陽(yáng)能電池硅片的表面形成一層十分穩(wěn)定

9、的固態(tài)薄膜，該過(guò)程的具體反應(yīng)式為：NH3+SiH4-SixNyHz+H2T通威太陽(yáng)能無(wú)塵生產(chǎn)車間絲網(wǎng)印刷電極絲網(wǎng)印刷電極環(huán)節(jié)的基本原理為使用網(wǎng)版上的網(wǎng)口作為滲透孔，進(jìn)而在施加外界壓力的條件下，使?jié){料能夠通過(guò)滲透孔進(jìn)一步滲透到單晶硅太陽(yáng)能電池的硅片上。而在對(duì)電極進(jìn)行絲網(wǎng)印刷的過(guò)程中主要需要使用到的材料有刮刀、網(wǎng)版、印刷機(jī)、漿料以及硅片幾者。印刷步驟為首先使用Ag/AL的背印刷電極并且給以烘干，進(jìn)而使用Ag/AL漿背電場(chǎng)并烘干，最后使用Ag/AL漿印刷正電極。燒結(jié)燒結(jié)環(huán)節(jié)是單晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。燒結(jié)環(huán)節(jié)就是為了降低系統(tǒng)內(nèi)的自由能，在燒結(jié)的過(guò)程中顆粒會(huì)出現(xiàn)一系列的變化：接觸一結(jié)合一自由收縮一空隙排除一晶體性能提升等。而在經(jīng)過(guò)燒結(jié)的這一系列環(huán)節(jié)之后，單晶硅太陽(yáng)能電池體系內(nèi)的自由能便可以最大程度上的實(shí)現(xiàn)降低，系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步的提升，其中厚膜粉系統(tǒng)也經(jīng)過(guò)燒結(jié)環(huán)節(jié)后變得更為密實(shí)?；谀壳拔覈?guó)低碳經(jīng)濟(jì)和綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展主軸，發(fā)展太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)是未來(lái)我國(guó)的能源發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)，而在太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)中單晶硅電池又是其中占比最大，最有前景的一個(gè)分支。從目前太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的發(fā)展方向來(lái)看，柔性太陽(yáng)能電池將成為未來(lái)光伏領(lǐng)域的重要應(yīng)用，這種太陽(yáng)能電池可以制