ch4-太陽能電池材料和工藝gai

1、ch4 ch4 太陽能電池的材料太陽能電池的材料和工藝和工藝 太陽能電池對材料的要求太陽能電池對材料的要求半導(dǎo)體材料的禁帶不能太寬半導(dǎo)體材料的禁帶不能太寬要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率材料本身對環(huán)境不造成污染材料本身對環(huán)境不造成污染材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定按照材料分：按照材料分：一一.太陽電池的分類太陽電池的分類按照發(fā)展?fàn)顩r分：按照發(fā)展?fàn)顩r分：硅太陽能電池可分為硅太陽能電池可分為：單晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池多晶硅薄膜太陽能電池多晶硅薄膜太陽能電池非晶硅薄膜太陽能電池非晶硅薄膜太陽能電池1.1.單晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池 單晶硅太

2、陽能電池，是以高純的單晶硅棒為原料的太陽單晶硅太陽能電池，是以高純的單晶硅棒為原料的太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。高性能單晶硅能電池，其轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的熱加工處理工藝基電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的熱加工處理工藝基礎(chǔ)上。礎(chǔ)上。二二. .各類太陽能電池的制造方法及研究狀況各類太陽能電池的制造方法及研究狀況 生產(chǎn)工藝：生產(chǎn)工藝： 導(dǎo)電玻璃導(dǎo)電玻璃 膜切割膜切割 清洗清洗 檢測檢測 鍍鋁電極鍍鋁電極 沉積沉積PN結(jié)結(jié) 老化老化 檢測檢測 封裝封裝 成品檢測成品檢測p 德國費(fèi)萊堡太陽能系統(tǒng)研究所德國費(fèi)萊堡太陽能系統(tǒng)研究所

3、保持著世界領(lǐng)先水平保持著世界領(lǐng)先水平電池轉(zhuǎn)電池轉(zhuǎn)化效率超過化效率超過23%，最大值可達(dá)，最大值可達(dá)23.3。p Kyocera公司公司(日本京瓷公司日本京瓷公司)制備的大面積單電晶太陽能電制備的大面積單電晶太陽能電池轉(zhuǎn)換效率池轉(zhuǎn)換效率19.44%。p 北京太陽能研究所北京太陽能研究所研制的平面高效單晶硅電池研制的平面高效單晶硅電池（2cm2cm）轉(zhuǎn)換效率達(dá)）轉(zhuǎn)換效率達(dá)19.79%，刻槽埋柵電極晶體硅，刻槽埋柵電極晶體硅電池（電池（5cm5cm）轉(zhuǎn)換效率達(dá)）轉(zhuǎn)換效率達(dá)8.6%。 單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，由于受單晶硅材料單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，由于受單晶硅材料價(jià)格價(jià)格 及繁瑣的電池工藝

4、影響，致使單晶硅電池成本價(jià)格較及繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅電池成本價(jià)格較高，要想大幅度降低其成本是非常困難的。為了節(jié)省高質(zhì)高，要想大幅度降低其成本是非常困難的。為了節(jié)省高質(zhì)量材料，量材料，尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品，現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太，現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太陽能電池，其中多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽陽能電池，其中多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池就是典型代表。能電池就是典型代表。2.多晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池 多晶硅薄膜太陽電池是將多晶硅薄膜生長在低成本的多晶硅薄膜太陽電池是將多晶硅薄膜生長在低成本的襯底材料上，用相對薄的晶體硅層作為太陽電池的激活層襯底

5、材料上，用相對薄的晶體硅層作為太陽電池的激活層, , 不僅保持了晶體硅太陽電池的高性能和穩(wěn)定性不僅保持了晶體硅太陽電池的高性能和穩(wěn)定性, , 而且材料而且材料的用量大幅度下降的用量大幅度下降, , 明顯地降低了電池成本。多晶硅薄膜明顯地降低了電池成本。多晶硅薄膜太陽電池的工作原理與其它太陽電池一樣太陽電池的工作原理與其它太陽電池一樣, , 是基于太陽光是基于太陽光與半導(dǎo)體材料的作用而形成光伏效應(yīng)。與半導(dǎo)體材料的作用而形成光伏效應(yīng)。 常用制備方法：常用制備方法： 低壓化學(xué)氣相沉積法（低壓化學(xué)氣相沉積法（LPCVD） 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD） 液相外延法（液相外

6、延法（LPPE） 濺射沉積法濺射沉積法化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法反應(yīng)氣體反應(yīng)氣體SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或或SiH4 （一定保護(hù)氣氛下）一定保護(hù)氣氛下）硅原子硅原子沉積在加熱的襯底上沉積在加熱的襯底上 （ 襯底材料襯底材料為為Si、SiO2、Si3N4等等 ） 存在問題：存在問題：非硅襯底上很難形成較大的晶粒非硅襯底上很難形成較大的晶粒，容易在晶粒容易在晶粒間形間形 成空隙成空隙 解決方法：解決方法：先用先用 LPCVD 在襯底上沉熾一層較薄的非晶硅在襯底上沉熾一層較薄的非晶硅層層,再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在這再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在

7、這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜。層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜。 p 德國費(fèi)萊堡太陽能研究所采用區(qū)館再結(jié)晶技術(shù)在德國費(fèi)萊堡太陽能研究所采用區(qū)館再結(jié)晶技術(shù)在FZSiFZSi襯底襯底上制得的多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率為上制得的多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率為1919。p 日本三菱公司用上述方法制備的電池，效率達(dá)日本三菱公司用上述方法制備的電池，效率達(dá)16.42%16.42%。p 美國美國 Astropower 公司采用公司采用 LPPE 制備的電池效率達(dá)制備的電池效率達(dá) 12.2%12.2%。 多晶硅薄膜電池由于所使用的硅較單晶硅少，又無效多晶硅薄膜電池由于所使用的硅較單晶硅少，又無效率衰退問題，并且有可能在廉價(jià)襯底材料上

8、制備，其成本率衰退問題，并且有可能在廉價(jià)襯底材料上制備，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池，因此，遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池，因此，多晶硅薄膜電池不久將會在太陽能電地市場上占據(jù)主導(dǎo)地多晶硅薄膜電池不久將會在太陽能電地市場上占據(jù)主導(dǎo)地位。位。3.非晶硅薄膜太陽能電池非晶硅薄膜太陽能電池 非晶硅薄膜太陽能電池所采用的硅為非晶硅薄膜太陽能電池所采用的硅為a-Si。其基本結(jié)構(gòu)不其基本結(jié)構(gòu)不是是pn結(jié)而是結(jié)而是pin結(jié)結(jié)。摻硼形成。摻硼形成p區(qū)，摻磷形成區(qū)，摻磷形成n區(qū)，區(qū)，i為非為非雜質(zhì)或輕摻雜的本征層。雜質(zhì)或輕摻雜的本征層。突出特點(diǎn)：突出特點(diǎn)：材料和制造工藝成本低。材料

9、和制造工藝成本低。制作工藝為低溫工藝（制作工藝為低溫工藝（100-300），耗能較低。），耗能較低。易于形成大規(guī)模生產(chǎn)能力，生產(chǎn)可全流程自動化。易于形成大規(guī)模生產(chǎn)能力，生產(chǎn)可全流程自動化。品種多，用途廣。品種多，用途廣。存在問題：存在問題：光學(xué)帶隙為光學(xué)帶隙為1.7eV1.7eV對長波區(qū)域不敏感對長波區(qū)域不敏感轉(zhuǎn)換效率低轉(zhuǎn)換效率低光致衰退效應(yīng)光致衰退效應(yīng): :光電效率隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減光電效率隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減解決途徑：制備疊層太陽能電池，即在制備的解決途徑：制備疊層太陽能電池，即在制備的p p-i-i-n n單結(jié)太陽能，單結(jié)太陽能， 電池上再沉一個(gè)或多個(gè)電池上再沉一個(gè)或多個(gè)p-i

10、-np-i-n子電池制得。子電池制得。 生產(chǎn)方法：生產(chǎn)方法： 反應(yīng)濺射法、反應(yīng)濺射法、PECVD法、法、LPCVD法法。 反應(yīng)氣體：反應(yīng)氣體： H2稀釋的稀釋的SiH4 襯底材料：玻璃、不銹鋼等襯底材料：玻璃、不銹鋼等p 美國聯(lián)合太陽能公司（美國聯(lián)合太陽能公司（VSSC）制得的制得的單結(jié)太陽能電池單結(jié)太陽能電池最高最高轉(zhuǎn)換效率為轉(zhuǎn)換效率為9.3%，三帶隙三疊層電池三帶隙三疊層電池最高轉(zhuǎn)換效率為最高轉(zhuǎn)換效率為13(在小面積上在小面積上0. 5cm0.5cm)。p 日本中央研究院日本中央研究院采用一系列新措施，制得的非晶硅電池的轉(zhuǎn)采用一系列新措施，制得的非晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率為換效率為13.2。p

11、國內(nèi)關(guān)于非晶硅薄膜電池國內(nèi)關(guān)于非晶硅薄膜電池，尤其疊層太陽能電池的研究并不，尤其疊層太陽能電池的研究并不多，多，南開大學(xué)耿新華南開大學(xué)耿新華等用工業(yè)用材料等用工業(yè)用材料，以鋁電極制備出面積，以鋁電極制備出面積為為20cm20cm、轉(zhuǎn)換效率為、轉(zhuǎn)換效率為8.28的疊層太陽能電池。的疊層太陽能電池。 由于具有相對較高的轉(zhuǎn)換效率和較低的成本及重量輕等由于具有相對較高的轉(zhuǎn)換效率和較低的成本及重量輕等特點(diǎn)，有著極大的潛力。但其穩(wěn)定性不高，直接影響實(shí)際應(yīng)特點(diǎn)，有著極大的潛力。但其穩(wěn)定性不高，直接影響實(shí)際應(yīng)用。若進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題，非晶硅大用。若進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題，非晶硅

12、大陽能電池將是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。陽能電池將是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。三種硅基太陽能電池性能分析三種硅基太陽能電池性能分析種類種類優(yōu)勢優(yōu)勢劣勢劣勢轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率單晶硅太陽能單晶硅太陽能電池電池轉(zhuǎn)化效率最高，轉(zhuǎn)化效率最高，技術(shù)最為成技術(shù)最為成熟熟硅消耗量大，成本硅消耗量大，成本高，工藝復(fù)雜高，工藝復(fù)雜16%-20%16%-20%多晶硅太陽能多晶硅太陽能電池電池轉(zhuǎn)化效率較高轉(zhuǎn)化效率較高多晶硅生產(chǎn)工藝復(fù)多晶硅生產(chǎn)工藝復(fù)雜，供應(yīng)受限雜，供應(yīng)受限制制14%-16%14%-16%非晶硅薄膜太非晶硅薄膜太陽能電池陽能電池成本低，可大成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率不高，光轉(zhuǎn)換效率不高，

13、光致衰退效率致衰退效率9%-13%9%-13%非晶硅太陽能電池最終將取代單晶硅太陽能電池非晶硅太陽能電池最終將取代單晶硅太陽能電池太陽能發(fā)電宗旨：降低成本和提高效率多元化合物薄膜太陽能電池多元化合物薄膜太陽能電池 多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機(jī)鹽，其主要包括砷多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機(jī)鹽，其主要包括砷化鎵化鎵III-VIII-V族化合物、硫化鎘、碲化鎘及銅銦硒薄膜電池等。族化合物、硫化鎘、碲化鎘及銅銦硒薄膜電池等。 硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，電池效率高，成

14、本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，并不是晶但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產(chǎn)品。體硅太陽能電池最理想的替代產(chǎn)品。 砷化鎵砷化鎵III-VIII-V化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)28%28%，砷化鎵化合，砷化鎵化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強(qiáng)，對熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是砷化鎵能力強(qiáng)，對熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是砷化鎵材料的價(jià)格不菲，因而在很大程度上限制了用砷化鎵電池的普

15、材料的價(jià)格不菲，因而在很大程度上限制了用砷化鎵電池的普及。及。多元化合物薄膜太陽能電池多元化合物薄膜太陽能電池 銅銦硒薄膜電池（簡稱銅銦硒薄膜電池（簡稱CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退效應(yīng)的問題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價(jià)格低廉、性能良好和效應(yīng)的問題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太能電池的一個(gè)重要方向。唯一工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太能電池的一個(gè)重要方向。唯一的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。類電池

16、的發(fā)展又必然受到限制。金屬柵狀電極金屬柵狀電極減反射膜減反射膜窗口層窗口層(ZnO)過渡層過渡層(CdS)光吸收層光吸收層(CIS)金屬背電極金屬背電極(MO)玻璃襯底玻璃襯底有機(jī)化合物太陽能電池有機(jī)化合物太陽能電池 有機(jī)太陽能電池以有光敏性質(zhì)的有機(jī)物作為半導(dǎo)體材料，有機(jī)太陽能電池以有光敏性質(zhì)的有機(jī)物作為半導(dǎo)體材料，以光伏效應(yīng)而產(chǎn)生電壓形成電流。有機(jī)太陽能電池按照半導(dǎo)體以光伏效應(yīng)而產(chǎn)生電壓形成電流。有機(jī)太陽能電池按照半導(dǎo)體的材料可以分為單質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)、的材料可以分為單質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)、pnpn異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和染料敏化納米晶異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和染料敏化納米晶結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 根據(jù)有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)，根據(jù)有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)，有機(jī)太陽能電

17、池的成本平均只有硅太有機(jī)太陽能電池的成本平均只有硅太陽能電池的陽能電池的10%-20%10%-20%；然而，目前市場上的有機(jī)太陽能電池的；然而，目前市場上的有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高只有光電轉(zhuǎn)換效率最高只有10%10%，這是制約其全面推廣的主要問題。，這是制約其全面推廣的主要問題。因此，如何提高光電轉(zhuǎn)換率是今后應(yīng)該解決的重點(diǎn)問題。因此，如何提高光電轉(zhuǎn)換率是今后應(yīng)該解決的重點(diǎn)問題。有機(jī)化合物太陽能電池有機(jī)化合物太陽能電池2009年4月26日nature photonics上的高效單結(jié)電池敏化納米晶太陽能電池敏化納米晶太陽能電池 染料敏化染料敏化TiO2太陽電池實(shí)際上是一種光電化學(xué)電池。太陽

18、電池實(shí)際上是一種光電化學(xué)電池。1991年，瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)院年，瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)院(EPFL)的的 Michael Grtzel 教授領(lǐng)教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組用廉價(jià)的寬帶隙氧化物半導(dǎo)體導(dǎo)的研究小組用廉價(jià)的寬帶隙氧化物半導(dǎo)體TiO2制備成納米晶制備成納米晶薄膜薄膜,薄膜上吸附大量羧酸薄膜上吸附大量羧酸-聯(lián)吡啶聯(lián)吡啶Ru(II)的配合物的敏化染料，的配合物的敏化染料，并選用含氧化還原電對的低揮發(fā)性鹽作為電解質(zhì)，研制成一種并選用含氧化還原電對的低揮發(fā)性鹽作為電解質(zhì)，研制成一種稱為染料敏化納米晶太陽能電池稱為染料敏化納米晶太陽能電池 。 納米晶納米晶TiO2 太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的成本和簡單的太

19、陽能電池的優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在 10%以上，制作成本僅以上，制作成本僅為硅太陽電池的為硅太陽電池的 1/51/10 , 壽命能達(dá)到壽命能達(dá)到 20年以上。但此類電池年以上。但此類電池的研究和開發(fā)剛剛起步，估計(jì)不久的將來會逐步走上市場。的研究和開發(fā)剛剛起步，估計(jì)不久的將來會逐步走上市場?；驹恚夯驹恚?染料分子吸收太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電染料分子吸收太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子快速注入到緊鄰的子快速注入到緊鄰的TiO2 導(dǎo)帶，染料中失去的電子則很快從電導(dǎo)帶，染料中失去的電子則很快從電解質(zhì)中

20、得到補(bǔ)償，進(jìn)入解質(zhì)中得到補(bǔ)償，進(jìn)入 TiO2 導(dǎo)帶中的電于最終進(jìn)入導(dǎo)電膜導(dǎo)帶中的電于最終進(jìn)入導(dǎo)電膜 , 然然后通過外回路產(chǎn)生光電流。后通過外回路產(chǎn)生光電流。敏化納米晶太陽能電池聚合物多層修飾電極型太陽能電池聚合物多層修飾電極型太陽能電池 以有機(jī)聚合物代替無機(jī)材料是剛剛開始的一個(gè)太陽能電池以有機(jī)聚合物代替無機(jī)材料是剛剛開始的一個(gè)太陽能電池制造的研究方向。由于有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來制造的研究方向。由于有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本低等優(yōu)勢，從而對大規(guī)模利用太陽能，提供廉源廣泛，成本低等優(yōu)勢，從而對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價(jià)電能具有重要意義。價(jià)電能具有重要意義。 以有機(jī)材料制

21、備太陽能電池的研究僅僅剛開始，不論是使以有機(jī)材料制備太陽能電池的研究僅僅剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機(jī)材料特別是硅電池相比。用壽命，還是電池效率都不能和無機(jī)材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索能否發(fā)展為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索。各類太能能性能比較各類太能能性能比較010203040單晶硅多晶硅非晶硅砷化鎵碲化鎘硒化銅銦納米晶硅微晶硅聚合硅幾種材料能源轉(zhuǎn)換效率幾種材料能源轉(zhuǎn)換效率能源轉(zhuǎn)換效率（%）各類太陽能性能比較各類太陽能性能比較種類種類材料材料太陽能太陽能單電池單電池效率效率太陽能太陽能電池模電池模塊效率塊效率主要制備

22、方主要制備方法法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)硅系硅系太陽太陽能電能電池池單晶單晶硅硅1524%1320%表面結(jié)構(gòu)化表面結(jié)構(gòu)化發(fā)射區(qū)鈍化發(fā)射區(qū)鈍化分區(qū)摻雜分區(qū)摻雜效率最高效率最高技術(shù)成熟技術(shù)成熟工藝繁工藝繁瑣瑣成本高成本高多晶多晶硅硅1017%1015%化學(xué)氣相沉化學(xué)氣相沉積法積法液相外延法液相外延法濺射沉積法濺射沉積法無效率衰退無效率衰退問題問題成本遠(yuǎn)低于成本遠(yuǎn)低于單晶硅單晶硅效率低效率低于單晶于單晶硅硅非晶非晶硅硅813%510%反應(yīng)濺射法反應(yīng)濺射法PECVD法法LPCVD法法成本較低成本較低轉(zhuǎn)換效率較轉(zhuǎn)換效率較高高穩(wěn)定性穩(wěn)定性不高不高各類太陽能性能比較各類太陽能性能比較種類種類材料材料 單電池單電池效

23、率效率模塊效率模塊效率主要制備主要制備方法方法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)多元化合物多元化合物薄膜太陽能薄膜太陽能電池電池砷化鎵砷化鎵 19 32%2330%MOVPE和和LPPE技術(shù)技術(shù)效率較高效率較高成本較單成本較單晶硅低晶硅低易于規(guī)模易于規(guī)模生產(chǎn)生產(chǎn)原材料鎘原材料鎘有劇毒有劇毒碲化鎘碲化鎘 1015%710%銅銦硒銅銦硒 1012%810%真空蒸鍍真空蒸鍍法和硒化法和硒化法法價(jià)格低廉價(jià)格低廉性能良好性能良好工藝簡單工藝簡單原材料來原材料來源比較有源比較有限限納米晶化學(xué)太陽能電池納米晶化學(xué)太陽能電池811%58%溶膠凝膠溶膠凝膠法法水熱反應(yīng)水熱反應(yīng)濺射法濺射法成本低廉成本低廉工藝簡單工藝簡單性能穩(wěn)定性

24、能穩(wěn)定 聚合物多層修飾電極型太聚合物多層修飾電極型太陽能電池陽能電池 35% 處于研發(fā)處于研發(fā)當(dāng)中當(dāng)中易制作易制作材料廣泛材料廣泛成本低成本低壽命短壽命短各類太陽能市場份額各類太陽能市場份額Ch5 單晶硅太陽電池 單晶硅太陽能電池是最早發(fā)展起來的。單晶硅太陽能電池是最早發(fā)展起來的。1954年，恰賓和皮爾松在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室，首次制成了年，恰賓和皮爾松在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室，首次制成了實(shí)用的單晶太陽電池，效率為實(shí)用的單晶太陽電池，效率為6%，這也是世界上這也是世界上第一個(gè)實(shí)用的太陽能電池第一個(gè)實(shí)用的太陽能電池。目前，單晶硅電池是除。目前，單晶硅電池是除了了GaAs以外效率最高的太陽能電池，穩(wěn)定性好，以外

25、效率最高的太陽能電池，穩(wěn)定性好，并且實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)。并且實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)。單結(jié)晶硅太陽電池 SINGLE CRYSTAL 最新動態(tài)是單晶硅向超薄、高效發(fā)展。不久將來，可有100um左右甚至更薄的單晶硅電池問世。德國的研究已經(jīng)證40um的單晶硅電池的效率可達(dá)20%，有可能借助改進(jìn)的生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)超薄單晶硅電池的工業(yè)化生產(chǎn)，并可能達(dá)到已在實(shí)驗(yàn)室獲得的效率值。 單晶硅電池在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)24.7%，為澳大利亞南威爾士大學(xué)創(chuàng)造并保持。 熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅原子以金剛石晶格排列成三維空間長程有序的形式成為單晶硅。 單晶硅具有準(zhǔn)金屬的物理性質(zhì)，有較弱的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率隨溫度的升高而增加，有顯著

26、的半導(dǎo)電性。超純的單晶硅是本征半導(dǎo)體。在超純單晶硅中摻入微量的A 族元素，如硼可提高其導(dǎo)電的程度，而形成p型硅半導(dǎo)體；如摻入微量的A族元素，如磷或砷也可提高導(dǎo)電程度，形成n型硅半導(dǎo)體。 單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長出棒狀單晶硅。 單晶硅電池的基本結(jié)構(gòu)多為n+/p型，多以p型單晶硅片為基片，其電阻率范圍為1-3cm，厚度一般為200-300um。 由于單晶硅材料大都來自半導(dǎo)體工業(yè)退下的廢次品，因而一些廠家利用的硅片厚度達(dá)到0.5-0.7mm，由于這些硅片的質(zhì)量完全滿足太陽電池的要求，用來做太陽能電池可得到很好的效果，一般很容易達(dá)到15%以上。一、

27、單晶硅太陽電池的基本結(jié)構(gòu)一、單晶硅太陽電池的基本結(jié)構(gòu) 硅原子的外層硅原子的外層 電子殼層中有電子殼層中有4個(gè)電子。個(gè)電子。受到原子核受到原子核的束縛比較小，的束縛比較小，如果得到足夠的能量，如果得到足夠的能量，會擺脫原子會擺脫原子核的束縛而成為自由電子，并同時(shí)在原來位置留出核的束縛而成為自由電子，并同時(shí)在原來位置留出一個(gè)空穴一個(gè)空穴。電子帶負(fù)電；空穴帶正電。電子帶負(fù)電；空穴帶正電。 在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數(shù)目是相等在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數(shù)目是相等的。的。 二二. . 硅太陽電池的工作原理硅太陽電池的工作原理硅原子的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅原子的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)摻入摻入5價(jià)雜質(zhì)的價(jià)雜質(zhì)的4

28、價(jià)半導(dǎo)體，就價(jià)半導(dǎo)體，就成了電子導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體，成了電子導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體，也稱為也稱為n型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 因此摻入因此摻入3價(jià)雜質(zhì)的價(jià)雜質(zhì)的4價(jià)半導(dǎo)體，價(jià)半導(dǎo)體，也稱為也稱為p型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。單晶硅太陽電池的工作原理可以概括成下面幾個(gè)主要過程： 1. 必須有光的照射，可以是單色光、太陽光或模擬太陽光源等； 2. 光子注入到單晶硅半導(dǎo)體后，激發(fā)出電子-空穴對。這些電子-空穴應(yīng)有足夠的壽命，在它們被分離之前不會復(fù)合消失； 3. 必須有一個(gè)靜電場，在靜電場的作用下，電子-空穴對被分離，電子集中在一邊，空穴集中在另一邊。絕大部分單晶硅太陽電池利用PN結(jié)勢壘區(qū)的靜電場實(shí)現(xiàn)分離電子一空穴對的目的

29、，PN結(jié)是單晶硅太陽電池的“心臟”部分；4. 被分離的電子和空穴，經(jīng)由電極收集輸出到電池體外，形成電流。當(dāng)晶片受光后，當(dāng)晶片受光后，PN結(jié)結(jié)中，中，N型半導(dǎo)體的空型半導(dǎo)體的空穴往穴往P型區(qū)移動型區(qū)移動，而而P型區(qū)中的電子往型區(qū)中的電子往N型型區(qū)移動，區(qū)移動，從而形成從從而形成從N型區(qū)到型區(qū)到P型區(qū)的電流。型區(qū)的電流。然后在然后在PN結(jié)中形成電結(jié)中形成電勢差，這就形成了勢差，這就形成了電電源源。 單晶硅太陽電池其特征如下： (1) 原料硅的藏量豐富。由于太陽光的密度極低，故實(shí)用上需要大面積的太陽電池，因此在原材料的供給上相當(dāng)重要，且Si材料本身對環(huán)境影響極低。 (2) 單晶硅制造技術(shù)或p-n接合

30、制作技術(shù)，為電子學(xué)上Si集成電路的基礎(chǔ)技術(shù)，隨著技術(shù)成熟度增加而進(jìn)步神速。 (3) Si 的密度低，材料輕。特別是應(yīng)力相當(dāng)強(qiáng)，即使厚度在50m 以下的薄板，強(qiáng)度也夠。 (4) 與多晶硅及非晶硅太陽電池比較，其轉(zhuǎn)換效率較高。 (5) 發(fā)電特性極穩(wěn)定。在燈塔與人造衛(wèi)星實(shí)用上，約有20年耐久性。 (6) 由于能階構(gòu)造屬于間接遷移型，在太陽光譜的主區(qū)域上，光吸收系數(shù)只有103cm-1 程度，相當(dāng)小。故為吸收太陽光譜，需要100m 厚的硅。 三、單晶硅太陽電池的特點(diǎn)三、單晶硅太陽電池的特點(diǎn) 四、單晶硅光電池制備工藝流程四、單晶硅光電池制備工藝流程1.由砂還原為冶金級硅由砂還原為冶金級硅 硅是地殼中蘊(yùn)藏量

31、第硅是地殼中蘊(yùn)藏量第二豐富的元素。提煉硅二豐富的元素。提煉硅的原始材料是的原始材料是SiO2，它，它是砂的主要成分。然而，是砂的主要成分。然而，在目前工業(yè)提煉工藝中，在目前工業(yè)提煉工藝中，采用的是采用的是SiO2的結(jié)晶態(tài)，的結(jié)晶態(tài)，即石英巖。石英巖在大即石英巖。石英巖在大型電弧爐中用碳型電弧爐中用碳(木屑、木屑、焦炭和煤的混合物焦炭和煤的混合物)按照按照下列反應(yīng)方程式還原：下列反應(yīng)方程式還原： 詳細(xì)的工藝程序是，用詳細(xì)的工藝程序是，用HCl把細(xì)碎的冶金級磚顆粒變成流體。把細(xì)碎的冶金級磚顆粒變成流體。用銅催化劑加速反應(yīng)進(jìn)行：用銅催化劑加速反應(yīng)進(jìn)行：2.半導(dǎo)體級多晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉Ч杵雽?dǎo)體級多晶硅轉(zhuǎn)

32、變?yōu)閱尉Ч杵?五、制作電池五、制作電池工序一，硅片清洗制絨工序一，硅片清洗制絨: 機(jī)械切片以后會在硅片表面形成機(jī)械切片以后會在硅片表面形成1040微米的損傷微米的損傷層，且表面有油脂、松香、石蠟、金屬離子等雜質(zhì)。層，且表面有油脂、松香、石蠟、金屬離子等雜質(zhì)。 工藝目的；主要是去除油脂、松香、石蠟等雜質(zhì)。工藝目的；主要是去除油脂、松香、石蠟等雜質(zhì)。 工藝原理；超聲振動使油珠滾落，物理去油。工藝原理；超聲振動使油珠滾落，物理去油。 制作絨面，減少反射，提升硅片對光吸收效率。制作絨面，減少反射，提升硅片對光吸收效率。 在硅片表面制作絨面，形成減反射織構(gòu)，降低表面在硅片表面制作絨面，形成減反射織構(gòu)，降

33、低表面反射率反射率；利用；利用Si在稀在稀NaOH溶液中的各向異性腐蝕，溶液中的各向異性腐蝕，在硅片表面形成在硅片表面形成3-6 微米的金字塔結(jié)構(gòu)，這樣光照微米的金字塔結(jié)構(gòu)，這樣光照在硅片表面便會經(jīng)過多次反射和折射，增加了對光在硅片表面便會經(jīng)過多次反射和折射，增加了對光的吸收；的吸收； 條件；一定量的去離子水，溫度條件；一定量的去離子水，溫度6090，時(shí)間，時(shí)間1040min。生產(chǎn)常用生產(chǎn)常用NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%左右，左右，Na2SiO3 1.5%2%，乙醇或異丙醇每次約加，乙醇或異丙醇每次約加200400ml (50L混合液）。溫度混合液）。溫度855,時(shí)間時(shí)間1545min，具體工

34、藝據(jù)硅片種類、減薄后厚度和上次，具體工藝據(jù)硅片種類、減薄后厚度和上次生產(chǎn)情況而定。生產(chǎn)情況而定。 質(zhì)量目標(biāo)：絨面后硅片表面顏色深灰無亮點(diǎn)、均勻、質(zhì)量目標(biāo)：絨面后硅片表面顏色深灰無亮點(diǎn)、均勻、氣泡印小，無籃腳印、白花等現(xiàn)象。氣泡印小，無籃腳印、白花等現(xiàn)象。400倍顯微鏡下倍顯微鏡下大小符合標(biāo)準(zhǔn)，倒金字塔結(jié)構(gòu)均勻。大小符合標(biāo)準(zhǔn)，倒金字塔結(jié)構(gòu)均勻。表面絨面化表面絨面化 由于硅片用由于硅片用P P型（型（100100）硅）硅片，片，可利用氫氧化鈉溶液對單可利用氫氧化鈉溶液對單晶硅片進(jìn)行各向異性腐蝕的特晶硅片進(jìn)行各向異性腐蝕的特點(diǎn)來制備絨面點(diǎn)來制備絨面。當(dāng)各向異性因。當(dāng)各向異性因子子1010時(shí)（所謂各向

35、異性因子時(shí)（所謂各向異性因子就是（就是（100100）面與（）面與（111111）面單）面單晶硅腐蝕速率之比），可以得晶硅腐蝕速率之比），可以得到整齊均勻的金字塔形的角錐到整齊均勻的金字塔形的角錐體組成的絨面。體組成的絨面。絨面具有受光絨面具有受光面積大，反射率低的特點(diǎn)。可面積大，反射率低的特點(diǎn)?？商岣邌尉Ч杼栯姵氐亩搪冯娞岣邌尉Ч杼栯姵氐亩搪冯娏?，從而提高太陽電池的光電流，從而提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率。 金字塔形角錐體的表面積金字塔形角錐體的表面積S0S0等于等于四個(gè)邊長為四個(gè)邊長為a a正三角形正三角形S S之和之和 由此可見有絨面的受光面積比光由此可見有絨面的受光面積比光面

36、提高了面提高了1.7321.732倍。倍。20a3a23a214S絨面受光面積絨面受光面積 當(dāng)一束強(qiáng)度為當(dāng)一束強(qiáng)度為E0E0的光投射到圖中的的光投射到圖中的A A點(diǎn)，產(chǎn)生反射光點(diǎn)，產(chǎn)生反射光1 1和進(jìn)入硅中的折射光和進(jìn)入硅中的折射光2 2。反射光。反射光1 1可以繼續(xù)投射到另一方可以繼續(xù)投射到另一方錐的錐的B B點(diǎn)，產(chǎn)生二次反射光點(diǎn)，產(chǎn)生二次反射光3 3和進(jìn)入半導(dǎo)體的折射光和進(jìn)入半導(dǎo)體的折射光4 4；而對光面電池就不產(chǎn)生這第二次的入射。經(jīng)計(jì)算可知還有而對光面電池就不產(chǎn)生這第二次的入射。經(jīng)計(jì)算可知還有11%11%的二次反射光可能進(jìn)行第三次反射和折射，由此可算得的二次反射光可能進(jìn)行第三次反射和折射

37、，由此可算得絨面的反射率為絨面的反射率為9.04%9.04%。絨面反射率絨面反射率漂洗 目的；去除氧化層（目的；去除氧化層（SiO2）。）。 原理；原理；SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O 條件；條件；HF溶液溶液8%10%，時(shí)間，時(shí)間10min。注注清洗工藝每個(gè)環(huán)節(jié)清洗工藝每個(gè)環(huán)節(jié)完成完成之后，均需用去離子水之后，均需用去離子水將硅片沖洗干凈，以免殘留藥液影響下個(gè)環(huán)節(jié)的將硅片沖洗干凈，以免殘留藥液影響下個(gè)環(huán)節(jié)的正常進(jìn)行正常進(jìn)行。 去離子水是指純水，指的是將水中的強(qiáng)電解質(zhì)去去離子水是指純水，指的是將水中的強(qiáng)電解質(zhì)去除并且將弱電解質(zhì)去除到一定程度的水。其電阻除并且將弱電解質(zhì)去除到一定程度的

38、水。其電阻率越大，電導(dǎo)率約小則級別越高。率越大，電導(dǎo)率約小則級別越高。工序二，擴(kuò)散工序二，擴(kuò)散/制結(jié)：制結(jié)： 硅片的單硅片的單/雙面液態(tài)源磷擴(kuò)散，制作雙面液態(tài)源磷擴(kuò)散，制作N型發(fā)型發(fā)射極區(qū)，以形成光電轉(zhuǎn)換的基本結(jié)構(gòu)：射極區(qū)，以形成光電轉(zhuǎn)換的基本結(jié)構(gòu)：PN結(jié)。結(jié)。 POCl3 液態(tài)分子在液態(tài)分子在N2 載氣的攜帶下進(jìn)入載氣的攜帶下進(jìn)入爐管，在高溫下經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)磷原子被爐管，在高溫下經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)磷原子被置換，并擴(kuò)散進(jìn)入硅片表面，激活形成置換，并擴(kuò)散進(jìn)入硅片表面，激活形成N型摻型摻雜，與雜，與P型襯底形成型襯底形成PN結(jié)。主要的化學(xué)反應(yīng)式結(jié)。主要的化學(xué)反應(yīng)式如下：如下： 4POCl3+3

39、O22P2O5+6Cl2 2P2O5+5Si5SiO2+4P載氣通過液態(tài)三氯氧磷，混入少量氧后排放到有硅片的加熱爐載氣通過液態(tài)三氯氧磷，混入少量氧后排放到有硅片的加熱爐管，如此管，如此來，硅片表面就生成含磷的氧化層。在爐溫下來，硅片表面就生成含磷的氧化層。在爐溫下(800一一900)，磷從氧化層擴(kuò)散到硅中。約，磷從氧化層擴(kuò)散到硅中。約20min之后，靠近硅之后，靠近硅片表面的區(qū)域，磷雜質(zhì)的濃度超過硼雜質(zhì)，從而制得一層薄的、片表面的區(qū)域，磷雜質(zhì)的濃度超過硼雜質(zhì)，從而制得一層薄的、重?fù)诫s的重?fù)诫s的n型區(qū)，在往后的工序中，再除去氧化層和電池側(cè)面型區(qū)，在往后的工序中，再除去氧化層和電池側(cè)面及背面的結(jié)，

40、得到圖中所示的結(jié)構(gòu)。及背面的結(jié)，得到圖中所示的結(jié)構(gòu)。擴(kuò)散爐工序三工序三.等離子刻邊：等離子刻邊： 去除擴(kuò)散后硅片周邊形成的短路環(huán)； 刻蝕 目的；去除周邊短路環(huán)。 原理：在輝光放電條件下，CF4和O2生成等離子體，交替對周邊作用，使周邊電阻增大。 CF4C4+4F- O22O2- F+SiSiF4 SiF4揮發(fā)性高，隨即被抽走。 工藝條件：CF4O2=101 板流：0.350.4A 板壓：1.52KV 壓強(qiáng)：80120Pa 刻蝕時(shí)間：1016min質(zhì)量目標(biāo);刻邊電阻大于5K，刻邊寬度12mm間?？涛g過程的主要反應(yīng) 放電過程e-+CF4CF3+F+2e e-+CF4CF3+F+e-e-+CF3CF

41、2+F+e- O2+e-2O+e- 腐蝕過程Si+4FSiF4 3Si+4CF34C+3SiF42C+3OCO+CO2工序四工序四.去除磷硅玻璃：去除磷硅玻璃： 去除硅片表面氧化層及擴(kuò)散時(shí)形成的磷硅玻璃（磷硅玻璃是指摻有P2O5的SiO2層）。 洗磷 目的：去除硅片表面氧化層及擴(kuò)散時(shí)形成的磷硅玻璃(磷硅玻璃是指P2O5與SiO2的混合物）。 原理：P2O5溶于HF酸 SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O H2SiF6可溶于水 條件：HF濃度8-10 洗磷后需用去離子水將硅片沖洗干凈并甩干。 目的表面鈍化和減少光的反射，降低載流子復(fù)合速度和增加光的吸收。 PECVD即等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積

42、設(shè)備，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition； 制作減少硅片表面反射的SiN 薄膜（80nm）； 反應(yīng)氣體為SIH4和NH3 原理：硅烷與氨氣反應(yīng)生成氮化硅淀積在硅片表面形成減原理：硅烷與氨氣反應(yīng)生成氮化硅淀積在硅片表面形成減反射膜。反應(yīng)過程中有大量的氫離子注入，使硅片中懸掛反射膜。反應(yīng)過程中有大量的氫離子注入，使硅片中懸掛鍵飽和，達(dá)到表面鈍化和體鈍化的目的，有效降低了載流鍵飽和，達(dá)到表面鈍化和體鈍化的目的，有效降低了載流子的復(fù)合，提高了電池的短路電流和開路電壓。子的復(fù)合，提高了電池的短路電流和開路電壓。 SiH4+NH3Si3N4+10H2 工序五

43、，工序五，PECVD：PECVDPECVD鍍鍍SiNx:HSiNx:H薄膜薄膜- -平板式平板式P PECVDECVDPECVD（德）工藝步驟及條件 工藝步驟：分17步。進(jìn)舟慢抽真空快抽真空調(diào)壓恒溫恒壓檢漏調(diào)壓淀積淀積淀積抽真空稀釋尾氣清洗抽真空抽真空充氮退舟。 條件：溫度480，淀積壓強(qiáng)200Pa，射頻功率1800W，抽空設(shè)定壓強(qiáng)0.5pa，進(jìn)出舟設(shè)定15%。 質(zhì)量目標(biāo)：淀積后表面顏色深藍(lán)且均勻。管式PECVD工序六，絲網(wǎng)印刷：工序六，絲網(wǎng)印刷： 用絲網(wǎng)印刷的方法，完成用絲網(wǎng)印刷的方法，完成背場、背電極、正柵線電背場、背電極、正柵線電極的制作極的制作，以便引出產(chǎn)生的光生電流；，以便引出產(chǎn)生的

44、光生電流； 工藝原理：工藝原理： 給硅片表面印刷一定圖形的銀漿或鋁漿，通過燒結(jié)給硅片表面印刷一定圖形的銀漿或鋁漿，通過燒結(jié)后形成歐姆接觸，使電流有效輸出；后形成歐姆接觸，使電流有效輸出； 正面電極用正面電極用Ag金屬漿料，通常印成柵線狀，在實(shí)現(xiàn)金屬漿料，通常印成柵線狀，在實(shí)現(xiàn)良好接觸的同時(shí)使光線有較高的透過率；背面通常良好接觸的同時(shí)使光線有較高的透過率；背面通常用用Al金屬漿料印滿整個(gè)背面，一是為了克服由于電金屬漿料印滿整個(gè)背面，一是為了克服由于電池串聯(lián)而引起的電阻，二是減少背面的復(fù)合；池串聯(lián)而引起的電阻，二是減少背面的復(fù)合； 背電極印刷及烘干（銀漿或鋁漿）；背電場印刷及烘干背電極印刷及烘干（

45、銀漿或鋁漿）；背電場印刷及烘干（鋁漿）；正面電極印刷（銀漿）。（鋁漿）；正面電極印刷（銀漿）。絲網(wǎng)印刷工藝步驟及要求 工藝步驟：背極（銀漿） 烘干背場（鋁漿） 烘干柵極（銀漿) 烘干。 要求：背極厚度小于20微米，烘干溫度設(shè)定160 200。 背場厚度2035微米，具體根據(jù)片源而定。烘干溫度160240，具體根據(jù)漿料確定。 柵極要求印刷圖案完整、清晰、均勻、對稱，無 漏漿及較大斷線。烘干溫度160240，具體據(jù)漿料確定。印刷達(dá)標(biāo)的電池片工序七工序七. 烘干和燒結(jié)烘干和燒結(jié):目的及工作原理：目的及工作原理： 烘干金屬漿料，并將其中的添加料揮發(fā)（前烘干金屬漿料，并將其中的添加料揮發(fā)（前3個(gè)區(qū)）；在

46、個(gè)區(qū)）；在背面形成鋁硅合金和銀鋁合金，以制作良好的背接觸（中背面形成鋁硅合金和銀鋁合金，以制作良好的背接觸（中間間3個(gè)區(qū)）；鋁硅合金過程實(shí)際上是一個(gè)對硅進(jìn)行個(gè)區(qū)）；鋁硅合金過程實(shí)際上是一個(gè)對硅進(jìn)行P摻雜的摻雜的過程，需加熱到鋁硅共熔點(diǎn)（過程，需加熱到鋁硅共熔點(diǎn)（577）以上。經(jīng)過合金化）以上。經(jīng)過合金化后，隨著溫度的下降，液相中的硅將重新凝固出來，形成后，隨著溫度的下降，液相中的硅將重新凝固出來，形成含有少量鋁的結(jié)晶層，它補(bǔ)償了含有少量鋁的結(jié)晶層，它補(bǔ)償了N層中的施主雜質(zhì)，從而層中的施主雜質(zhì)，從而得到以鋁為受主雜質(zhì)的得到以鋁為受主雜質(zhì)的P層，達(dá)到了消除背結(jié)的目的。層，達(dá)到了消除背結(jié)的目的。 在

47、正面形成銀硅合金，形成良好的接觸和遮光率；在正面形成銀硅合金，形成良好的接觸和遮光率；Ag漿料漿料中的玻璃添加料在高溫（中的玻璃添加料在高溫（700度）下燒穿度）下燒穿SiN膜，使得膜，使得Ag金屬接觸硅片表面，在銀硅共熔點(diǎn)（金屬接觸硅片表面，在銀硅共熔點(diǎn)（760度）以上進(jìn)行合度）以上進(jìn)行合金化。金化。燒結(jié)工藝條件 燒結(jié)工藝較為靈活，設(shè)定時(shí)應(yīng)考慮以下因素： 燒結(jié)爐的特點(diǎn)，如燒結(jié)溫區(qū)數(shù)目，高溫區(qū)長度，帶速設(shè)定等等。 原始硅片的電阻率。 絨面后硅片厚度。 擴(kuò)散后方塊電阻 印刷背場厚度。網(wǎng)帶式燒結(jié)爐 工序八，檢驗(yàn)和分級: 用自動分選機(jī)將電池按轉(zhuǎn)化率分級 檢驗(yàn)并包裝六六.太陽能電池封裝成太陽能電池組件

48、太陽能電池封裝成太陽能電池組件 太陽能電池之所以需要封裝不僅僅是為了提供機(jī)械上的防護(hù)，而且也是為太陽能電池之所以需要封裝不僅僅是為了提供機(jī)械上的防護(hù)，而且也是為了提供電絕緣及一定程度的化學(xué)防護(hù)。這種封裝為支持易碎的電池及易彎了提供電絕緣及一定程度的化學(xué)防護(hù)。這種封裝為支持易碎的電池及易彎曲的互聯(lián)條提供了機(jī)械剛性，同時(shí)也為冰雹、鳥類以及墜落或投擲到組件曲的互聯(lián)條提供了機(jī)械剛性，同時(shí)也為冰雹、鳥類以及墜落或投擲到組件上的物體所可能引起的機(jī)械損傷提供了防護(hù)。上的物體所可能引起的機(jī)械損傷提供了防護(hù)。封裝還保護(hù)金屬電極及互聯(lián)封裝還保護(hù)金屬電極及互聯(lián)條免受大氣中腐蝕性元素的腐蝕條免受大氣中腐蝕性元素的腐蝕

49、。最后，。最后，封裝也為電池組合板產(chǎn)生的電從封裝也為電池組合板產(chǎn)生的電從提供電絕緣提供電絕緣。封裝的耐久性將決定組件的最終工作壽命，理論上，此壽命。封裝的耐久性將決定組件的最終工作壽命，理論上，此壽命可達(dá)可達(dá)20年或更長。年或更長。太陽能電池的品質(zhì)要求 盡可能高的轉(zhuǎn)換效率 表面狀況良好（顏色均勻，圖案完整、清晰、對稱）。 低損耗（硅片破損率低）。 彎曲度小。生產(chǎn)高效率電池片應(yīng)具備的條件 工藝有優(yōu)良的工藝并且與設(shè)備匹配。 設(shè)備穩(wěn)定性好，維修頻率低，日損耗小精確度高，便于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，操作簡單安全，配套設(shè)施齊全。 環(huán)境凈化級別達(dá)標(biāo)，避免產(chǎn)品污染。 操作按照SOP操作，避免污染。 原材料及輔助用料用料

50、品質(zhì)達(dá)標(biāo)。1 、硅片腐蝕、硅片腐蝕以去除硅片表面機(jī)械切痕與損傷，是太陽電池制造的第一道以去除硅片表面機(jī)械切痕與損傷，是太陽電池制造的第一道常規(guī)工序，目前主要是通過化學(xué)腐蝕，可有效的消除由于切常規(guī)工序，目前主要是通過化學(xué)腐蝕，可有效的消除由于切片造成的表面損傷，同時(shí)還可制作絨面表面構(gòu)造。片造成的表面損傷，同時(shí)還可制作絨面表面構(gòu)造。 p型硅片型硅片每面腐蝕深度可為每面腐蝕深度可為5-10um。、擴(kuò)散制結(jié)、擴(kuò)散制結(jié)多數(shù)廠家都選用型硅片來制作太陽電池，一般用多數(shù)廠家都選用型硅片來制作太陽電池，一般用POCl3液液態(tài)源作為擴(kuò)散態(tài)源作為擴(kuò)散源。磷擴(kuò)散形成型層。擴(kuò)散的最高溫度可達(dá)源。磷擴(kuò)散形成型層。擴(kuò)散的最

51、高溫度可達(dá)到到800-900OC。這種方法制出的結(jié)均勻性好，方塊電阻的。這種方法制出的結(jié)均勻性好，方塊電阻的不均勻性小于不均勻性小于10，少子壽命可大于，少子壽命可大于10um.、減反射膜制備、減反射膜制備單晶硅的減反射膜主要為單晶硅的減反射膜主要為SiOx或或TiO2 一般采用熱氧化法或一般采用熱氧化法或常壓常壓CVD工藝工藝.單晶硅光電池制備關(guān)鍵問題單晶硅光電池制備關(guān)鍵問題、表面金屬化、表面金屬化 太陽電池制造的最后一道工序是印刷電極，最早采用真太陽電池制造的最后一道工序是印刷電極，最早采用真空蒸鍍或化學(xué)電鍍技術(shù)，而現(xiàn)在普遍采用絲網(wǎng)印刷法。電空蒸鍍或化學(xué)電鍍技術(shù)，而現(xiàn)在普遍采用絲網(wǎng)印刷法。

52、電池正面的電極呈梳子狀形式或絲網(wǎng)樹枝狀結(jié)構(gòu)，其形式和池正面的電極呈梳子狀形式或絲網(wǎng)樹枝狀結(jié)構(gòu)，其形式和厚度是兩方面因素平衡的結(jié)果：一方面要有高的透過率；厚度是兩方面因素平衡的結(jié)果：一方面要有高的透過率；另一方面要保證柵網(wǎng)電極有一個(gè)盡可能低的接觸電阻。另一方面要保證柵網(wǎng)電極有一個(gè)盡可能低的接觸電阻。、檢測分級檢測分級 電極印刷后到高溫?zé)Y(jié)結(jié)束，整個(gè)太陽電池制造過程完電極印刷后到高溫?zé)Y(jié)結(jié)束，整個(gè)太陽電池制造過程完成。為保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，通常要對每個(gè)電池測試，成。為保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，通常要對每個(gè)電池測試，并按電流和功率大小進(jìn)行分類，可根據(jù)電池效率，每并按電流和功率大小進(jìn)行分類，可根據(jù)電池效

53、率，每0.4或或0.5分級包裝。但要使太陽電池能很好的滿足用戶發(fā)電分級包裝。但要使太陽電池能很好的滿足用戶發(fā)電需要，還需將太陽電池封裝成太陽電池組件。需要，還需將太陽電池封裝成太陽電池組件。電池片測試電池片測試 主要測試太陽電池的基本特性：主要測試太陽電池的基本特性： 開路電壓開路電壓VOC、短路電流、短路電流ISC、填充因子、填充因子FF、能量轉(zhuǎn)換效率、能量轉(zhuǎn)換效率。光電池的測試電路光電池的測試電路PN結(jié)兩端的電流結(jié)兩端的電流 光電池處于零偏時(shí)，光電池處于零偏時(shí)，V0，流過，流過PN結(jié)的電流結(jié)的電流IIP ；光電池；光電池處于反偏時(shí)，流過處于反偏時(shí)，流過PN結(jié)的電流結(jié)的電流I IP - Is

54、 ，當(dāng)光電池用作光電，當(dāng)光電池用作光電轉(zhuǎn)換器時(shí)，必須處于零偏或反偏狀態(tài)。轉(zhuǎn)換器時(shí)，必須處于零偏或反偏狀態(tài)。光電流光電流IP與輸出光功率與輸出光功率Pi 之間的關(guān)系之間的關(guān)系： R 為響應(yīng)率，為響應(yīng)率，R 值隨入射光波長的不同而變化，對不同材料制值隨入射光波長的不同而變化，對不同材料制作的光電池作的光電池R值分別在短波長和長波長處存在一截止波長。值分別在短波長和長波長處存在一截止波長。PKTevsIeII)1(/PiIRP光電池的伏安特性光電池的伏安特性 下圖顯示了光電池的典型下圖顯示了光電池的典型I-V曲線。曲線。Pm為最大功率點(diǎn)。它的確為最大功率點(diǎn)。它的確定可用從光電池定可用從光電池I-V曲

55、線上任意點(diǎn)向縱、橫坐標(biāo)引垂線，垂線與曲線上任意點(diǎn)向縱、橫坐標(biāo)引垂線，垂線與坐標(biāo)軸保衛(wèi)面積最大的點(diǎn)即為坐標(biāo)軸保衛(wèi)面積最大的點(diǎn)即為Pm。根據(jù)該特性曲線可以確定光根據(jù)該特性曲線可以確定光電池的電池的開路電壓、短路電流開路電壓、短路電流。太陽能電池是一種少數(shù)載流子工作器件，少數(shù)載流子在太陽能電池是一種少數(shù)載流子工作器件，少數(shù)載流子在電電池內(nèi)的壽命決定了電池的轉(zhuǎn)換效率。池內(nèi)的壽命決定了電池的轉(zhuǎn)換效率。少數(shù)載流子壽命定義為從其產(chǎn)生到其與空穴復(fù)合之間少數(shù)載流子壽命定義為從其產(chǎn)生到其與空穴復(fù)合之間所生所生存的時(shí)間。存的時(shí)間。要提高電池的轉(zhuǎn)換效率，就必須設(shè)法減少少數(shù)載流子要提高電池的轉(zhuǎn)換效率，就必須設(shè)法減少少數(shù)

56、載流子在在電池內(nèi)的復(fù)合，從而增加少數(shù)載流子的壽命。電池內(nèi)的復(fù)合，從而增加少數(shù)載流子的壽命。82如何提高單晶硅光電池的效率1）體內(nèi)復(fù)合。）體內(nèi)復(fù)合。 減少晶體硅體內(nèi)的復(fù)合，首先要選用適當(dāng)?shù)膿綔p少晶體硅體內(nèi)的復(fù)合，首先要選用適當(dāng)?shù)膿诫s濃度的雜濃度的襯底材料。提高晶體的質(zhì)量，減少缺陷和雜質(zhì)，是提高少襯底材料。提高晶體的質(zhì)量，減少缺陷和雜質(zhì)，是提高少數(shù)載流子壽命的重要手段。數(shù)載流子壽命的重要手段。吸雜吸雜(gettering)工藝能有效的提高材料的質(zhì)量工藝能有效的提高材料的質(zhì)量,鈍化鈍化 (passivation)工藝能有效地減少晶體缺陷對少數(shù)載流子工藝能有效地減少晶體缺陷對少數(shù)載流子壽命的影響。壽命

57、的影響。2）表面復(fù)合）表面復(fù)合 減少表面復(fù)合通常采用在硅表面生成一層介質(zhì)膜如二氧減少表面復(fù)合通常采用在硅表面生成一層介質(zhì)膜如二氧化硅化硅(SiO2)和氮化硅和氮化硅(SiN)。這種介質(zhì)膜完善了晶體表面的懸。這種介質(zhì)膜完善了晶體表面的懸掛鍵，從而達(dá)到表面掛鍵，從而達(dá)到表面 鈍化目的鈍化目的,另外一種表面另外一種表面 鈍化的方法是鈍化的方法是在電池表面形成高低結(jié)在電池表面形成高低結(jié)(high-lowjunction)。這種結(jié)在表。這種結(jié)在表面產(chǎn)生一個(gè)電場面產(chǎn)生一個(gè)電場,從而排斥了少數(shù)載流子空穴向表面移動。從而排斥了少數(shù)載流子空穴向表面移動。影響少數(shù)載流子壽命的因素有影響少數(shù)載流子壽命的因素有3）電

58、極區(qū)復(fù)合）電極區(qū)復(fù)合 減少電極區(qū)的復(fù)合可采用將電極區(qū)的摻雜濃減少電極區(qū)的復(fù)合可采用將電極區(qū)的摻雜濃度提高，從度提高，從而降低少數(shù)載流子在電極區(qū)的濃度。減少載流子在此區(qū)域而降低少數(shù)載流子在電極區(qū)的濃度。減少載流子在此區(qū)域的復(fù)合。的復(fù)合。 基于以上提高電池轉(zhuǎn)換效率的途徑，派生了多種高效晶基于以上提高電池轉(zhuǎn)換效率的途徑，派生了多種高效晶體硅太陽能電池的設(shè)計(jì)和制造工藝。其中包括體硅太陽能電池的設(shè)計(jì)和制造工藝。其中包括PESC電池電池（發(fā)射結(jié)鈍化太陽電池）和表面刻槽絨面（發(fā)射結(jié)鈍化太陽電池）和表面刻槽絨面PESC 電池；背電池；背面點(diǎn)接觸電池（前后表面鈍化電池）；面點(diǎn)接觸電池（前后表面鈍化電池）；PER

59、L電池（發(fā)射電池（發(fā)射結(jié)鈍化和背面點(diǎn)接觸電池）。由這些電池設(shè)計(jì)和工藝制造結(jié)鈍化和背面點(diǎn)接觸電池）。由這些電池設(shè)計(jì)和工藝制造出的電池的轉(zhuǎn)換效率均高于出的電池的轉(zhuǎn)換效率均高于20%，其中保持世界記錄，其中保持世界記錄（24.7%）的單晶硅和多晶硅電池（）的單晶硅和多晶硅電池（19.8%）的轉(zhuǎn)換效率均）的轉(zhuǎn)換效率均是由是由PERL電池實(shí)現(xiàn)的。電池實(shí)現(xiàn)的。844.2 多晶硅太陽電池 單晶硅太陽能電池雖有其優(yōu)點(diǎn)，但因價(jià)格昂貴，單晶硅太陽能電池雖有其優(yōu)點(diǎn)，但因價(jià)格昂貴，使得單晶硅太陽能電池在低價(jià)市場上的發(fā)展備受阻使得單晶硅太陽能電池在低價(jià)市場上的發(fā)展備受阻礙。而多晶硅太陽能電池則是以降低成本為優(yōu)先考礙。而

60、多晶硅太陽能電池則是以降低成本為優(yōu)先考慮，其次才是效率。多晶硅太陽能電池降低成本的慮，其次才是效率。多晶硅太陽能電池降低成本的方式主要有三個(gè)，一是純化的過程沒有將雜質(zhì)完全方式主要有三個(gè)，一是純化的過程沒有將雜質(zhì)完全去除，二是使用較快速的方式讓硅結(jié)晶，三是避免去除，二是使用較快速的方式讓硅結(jié)晶，三是避免切片造成的浪費(fèi)。因?yàn)檫@三個(gè)原因使得多結(jié)晶硅太切片造成的浪費(fèi)。因?yàn)檫@三個(gè)原因使得多結(jié)晶硅太陽能電池在制造成本及時(shí)間上都比單晶硅太陽能電陽能電池在制造成本及時(shí)間上都比單晶硅太陽能電池少，但因?yàn)檫@樣使得多晶硅太陽能電池的結(jié)晶構(gòu)池少，但因?yàn)檫@樣使得多晶硅太陽能電池的結(jié)晶構(gòu)造較差。造較差。 從工業(yè)化發(fā)展看，