太阳能电池125单晶工艺原理
太阳能电池单晶硅
太阳能电池单晶硅
太阳能电池单晶硅是目前最常见的太阳能电池类型之一。
它由单晶硅制成，具有较高的转换效率和较长的使用寿命，广泛应用于家庭光伏发电系统、商业光伏电站、太阳能灯、太阳能电池板等领域。
太阳能电池单晶硅的制作工艺比较复杂，需要经过多个步骤才能完成。
下面是太阳能电池单晶硅的制作过程：
1. 硅单晶体生长：将硅原料熔化，然后通过种晶的方式让硅原子在晶体种子上逐渐生长，最终形成硅单晶体。
2. 切割硅片：将硅单晶体切割成厚度为0.3-0.4mm的硅片，通常采用金刚石线锯进行切割。
3. 清洗硅片：用酸洗液对硅片进行清洗，去除表面的氧化物和杂质。
4. 晶体硅片制备：将硅片放入炉中，在高温下进行扩散、氧化等处理，形成PN结。
5. 制作电极：在硅片表面涂上铝等金属，形成正负极。
6. 焊接：将多个硅片按照一定方式组合起来，形成太阳能电池板。
太阳能电池单晶硅的转换效率在20%左右，比其他太阳能电池类型高。
但由于制作过程复杂，成本较高，因此在大规模应用中仍存在一定的限制。
太阳能电池板及其工作原理
太阳能电池板及其工作原理性能及特点：太阳能电池分为单晶硅太阳电池〔坚固耐用，使用寿命一般可达20年。
光电转换效率为15％。
〕多晶硅太阳电池〔其光电转换效率约14.5％，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低非晶硅太阳电池。
〕非晶硅太阳能电池〔其光电转换率为10%，成本低，重量轻，应用方便。
〕太阳能发电原理：太阳能不象煤和石油一样用交通工具进行运输，而是应用光学原理，通过光的反射和折射进行直接传输，或者将太阳能转换成其它形式的能量进行间接传输。
直接传输适用于较短距离。
基本上有三种方法：基本上有三种方法：通过反射镜及其它光学元件组合，改变阳光的传播方向，到达用能地点；通过光导纤维，可以将入射在其一端的阳光传输到另一端，传输时光导纤维可任意弯曲；采用外表镀有高反射涂层的光导管，通过反射可以将阳光导入室内。
间接传输适用于各种不同距离。
将太阳能转换为热能，通过热管可将太阳能传输到室内；将太阳能转换为氢能或其它载能化学材料，通过车辆或管道等可输送到用能地点；空间电站将太阳能转换为电能，通过微波或激光将电能传输到地面。
太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程，通常叫做"光生伏打效应”,太阳电池就是利用这种效应制成的。
当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被外表反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。
被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子-空穴对。
这样，光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能、如果半导体内存在P-n结，则在P型和n型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向n区，空穴驱向P区，从而使得n区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P-n结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。
光生电场的一部分除抵销势垒电场外，还使P型层带正电，n型层带负电，在n区与p 区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。
假设分别在P型层和n型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。
太阳能电池片工艺流程及原理
太阳能电池片工艺流程及原理一、简介太阳能电池片，作为太阳能光伏发电系统的核心组成部分，能够将太阳能转换为直流电能。
其工艺流程涉及多个复杂步骤，每个步骤都对最终的性能和效率有着重要影响。
了解太阳能电池片的工艺流程及工作原理，有助于更好地优化生产过程，提高光电转换效率。
二、太阳能电池片工艺流程1.硅片准备：首先，通过切割硅锭得到硅片，并进行清洗，去除表面的杂质和尘埃。
硅片的品质和厚度对电池片的性能有着至关重要的影响。
2.磷掺杂：在硅片上施加磷元素，通过扩散技术将磷元素掺入硅片中，形成n型半导体。
磷的掺杂浓度决定了电池片的导电性能。
3.镀膜：在硅片表面镀上一层减反射膜，以减少表面反射，提高光吸收效率。
常用的减反射膜材料包括二氧化硅和氮化硅。
4.印刷电极：使用丝网印刷技术在硅片背面印刷电极，并烘干。
电极的形状和尺寸影响电池片的电流收集能力。
5.烧结：通过高温烧结使电极材料与硅片紧密结合，提高电极的导电性能。
6.测试和分选：对电池片进行电性能测试，并根据测试结果进行分选。
合格的电池片进入下一道工序，不合格的则进行回收处理。
7.包装：将合格的电池片进行包装，以保护其在运输和存储过程中的性能。
包装材料一般选用防潮、防震的材料。
三、工作原理太阳能电池片的工作原理基于光伏效应，即光子照射到半导体材料上时，光子能量使电子从束缚状态进入自由状态，从而产生电流。
具体来说，当太阳光照射到硅片上时，光子能量激发硅中的电子，使电子从价带跃迁到导带，从而在价带和导带之间产生电子-空穴对。
在电场的作用下，电子和空穴分别向电池片的负极和正极移动，形成光生电流。
此时，如果将电池片的正负极短路，则会有电流流过电路，从而实现光电转换。
四、发展趋势随着技术的不断进步和应用需求的增长，太阳能电池片的发展趋势主要体现在以下几个方面：1.高效率：通过改进生产工艺、研发新型材料和优化电池结构，不断提高太阳能电池的光电转换效率，以满足日益增长的能源需求。
太阳能电池制绒原理以及问题处理
多晶制绒原理及相应对策
多晶硅织构化应使用各项同性织构技术
湿法各项同性腐蚀
使用HF/HNO3/H2O
• HNO3在硅表面形成SiO层 • HF将氧化层除去
两者形成竞争
效率增加： 电池片：7% 组件： 4.8%
温度与腐蚀速度的关系
100
HNO3:HF:CH3COOH 4.5 : 2 : 3.5
Etch-rate, m/min
表面油脂去除方案
有机溶剂+超声——有机溶剂溶解有机物质 酸性液体去除法——如RCA工艺：热硫酸煮硅片
表面活性剂
NaOCl热处理——利用O自由基的强腐蚀性
方案一、利用NaOCl预清洗
实验条件
1 传统织构化工艺 新工艺条件 NaOH (8%，75C，2min) NaOCl(12%，80C，15min) 2 NaOH(2%)+IPA(7%) NaOH(2%)+IPA(7%)
等离子体法刻蚀形貌图
怎样是“好”的金字塔
小而均匀 布满整个硅片表面
Low density texture
High density texture
怎样得到“好”的金字塔 关键：降低硅片表面/溶液的界面能
两个方面实现：
1、提高硅片表面的浸润能力，如添加IPA或者把硅片进行酸或碱的 腐蚀。
{111}
各向异性的原因
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2
1、水分子的屏蔽效应（screening effect）阻挡了硅原子与OH根离子的 作用，而水分子的屏蔽效应又以原子 排列密度越高越明显。
2、在{111}晶面族上，每个硅原子具 有三个共价健与晶面内部的原子健结 及一个裸露于晶格外面的悬挂健， {100}晶面族每一个硅原子具有两个共 价健及两个悬挂健，当刻蚀反应进行 时，刻蚀液中的OH－会跟悬挂健健 结而形成刻蚀，所以晶格上的单位面 积悬挂健越多，会造成表面的化学反 应自然增快。
单晶硅太阳能电池制造加工
单晶硅太阳能电池制造加工随着能源需求的不断增加，太阳能作为一种无污染的、可持续的新能源，备受各国政府和市场的青睐。
而太阳能电池就是实现太阳能直接转化成电能的重要装置。
而其中最常见的单晶硅太阳能电池，具备效率高、稳定性好、寿命长等优点，在市场上占据了重要地位。
一、单晶硅太阳能电池制造的基本原理单晶硅太阳能电池是利用单晶硅作为光电转化器材料，将光线转化成电流的装置。
硅是一种半导体材料，能够将光子激发电子，形成电流。
这个过程中，需要在硅片表面涂上PN结，通过PN结的电场效应，在两侧产生不同电势差，从而促使电子沿特定的方向运动。
而单晶硅太阳能电池的制作，就是要利用各种加工方法，制成其中的PN结和电极，并对其进行优化调整，使得电池的效率和稳定性都能达到最佳状态。
二、单晶硅太阳能电池制造的主要工艺流程单晶硅太阳能电池制造的工艺流程主要包括硅片生长、切割、扩散、清洗和装配等几个阶段。
1.硅片生长阶段首先，要选择高品质的单晶硅材料，制成小型的硅单晶根。
这些硅单晶根会在高温的熔融硅池中按照特定方向去生长，成长成硅棒。
之后，将硅棒切割成含有厚度约200微米的硅片，并将这些硅片清洗干净。
这些硅片就是单晶硅太阳能电池的基本材料。
2.扩散阶段在硅片上涂布浓度为10^16/cm3的磷酸盐，这样在高温下进行扩散，便会将磷酸盐掺杂到硅板表层，形成N型硅片。
同理，再涂布一层浓度为10^20/cm3的硼酸盐，扩散后得到具有P型性质的硅片。
将N型硅片和P型硅片交错排列，就可以得到皮尔逊式光电转换器件。
3.退火阶段在硅片的扩散过程中，需要进行热处理。
热处理的目的是促使掺杂ATOM尽可能地分布在硅片的表层，并消除掺杂榨菜带来的欠载流子，从而减少电阻。
对于硅片而言，热处理的最佳温度约为900℃左右。
4.清洗阶段在完成扩散和退火之后，需要对硅片进行严格的清洗，以去除由加工过程引进的各种污染物。
常用的清洗方法包括音波清洗和氢氟酸清洗等。
5.装配阶段将清洗好的硅片装入太阳能电池的金属盒子中，加上电极，最终完成电池的制作。
太阳能电池的结构和原理
太阳能电池的结构和原理太阳能电池是一种直接将太阳光转化为电能的装置，因其无需外部能源输入，且环保可再生，成为新能源的热门发展方向之一。
那么，太阳能电池的结构和原理是怎样的呢？一、太阳能电池结构太阳能电池的结构主要包括以下几个部分：1.衬底层衬底层是太阳能电池的主体结构之一，其位于电极上方，通过它将光电转换成为可用电能。
目前，太阳能电池的衬底材料主要有：单晶硅、多晶硅、非晶硅、铜铟镓硒等，它们具有较高的光吸收性和电导率，能有效提高电池的效率。
2.电极层太阳能电池的另一个重要结构层是电极，其作用是将衬底层产生的电子导出，供外部使用。
目前太阳能电池使用的最常见的电极有两种，一种是以金属丝或箔条制成的导电纵线，即常见的“前电极”，另一种则是用金属薄膜制成的导电层，即“后电极”。
3.连结层连结层主要是将前后电极连接起来，方便电池的使用。
4.辅助电路辅助电路通常用于调节电池输出的电流和电压，可以使电能更好地应用在实际生产和生活中。
二、太阳能电池原理太阳能电池的原理基于光电效应，当光线照射在某一物质上时，光子与物质相互作用，使物质中的电子获得足够能量跃迁到离子带，并导出使之形成电流。
太阳能电池即是将这一原理应用于太阳能转化的电池。
具体的，太阳能电池由p型和n型半导体层组成，两种半导体之间形成p-n结。
当有光线照射在p-n结上时，由于p型半导体中被光子激发分离出的电子流向n型半导体，形成一定大小的电流。
这时，电极层与衬底层之间形成电势差，使电子流向电极，形成电路，从而产生电能。
三、太阳能电池应用目前，太阳能电池广泛应用于日常生活、交通运输和电网等领域。
例如，家庭使用的太阳能系统、公共建筑的太阳能供电设施和路灯、船只和太空舱等都采用了太阳能电池，为人类带来更为清洁、安全和节能的生产和生活方式。
总的来说，太阳能电池是一种能将太阳光转化为电能的新型装置，具有环保、可再生等特点，将是未来新能源的重要发展方向之一。
随着科技的不断进步，太阳能电池的效率和性能将得到不断提高，其应用前景也将更为广泛。
单晶硅电池生产工艺
单晶硅电池生产工艺单晶硅电池是一种常见的太阳能电池，它由纯度很高的单晶硅制成。
单晶硅电池的生产工艺可以分为以下几个主要步骤：1. 制备硅单晶体：首先需要制备高纯度的硅单晶体。
通常采用Czochralski法来制备纯度达到99.9999%以上的硅单晶体。
该方法是将高纯度的硅原料加热到液态，并通过旋转和拉升的过程，使硅单晶体逐渐形成。
形成的硅单晶体被称为硅锭。
2. 切割硅锭：硅锭经过一段时间的冷却和稳定后，可以进行切割。
切割硅锭的方法通常使用的是磨锯法，将硅锭切割成很薄的硅片，即硅片。
3. 清洗硅片：硅片切割完毕后，通常会在清洗液中进行清洗，去除表面的杂质和污渍。
清洗液一般使用酸性溶液，例如盐酸或硝酸等。
4. 表面处理：清洗过后的硅片进行表面处理，以去除可能对电池效率有影响的氧化层。
常用的表面处理方法有酸洗、碱洗和氢氟酸腐蚀等。
5. 去除硅片边角：硅片的边角较为尖锐，不利于后续的加工和组装。
因此需要通过切割或高温烧结的方法去除硅片的边角，使其变得光滑。
6. 电池片制备：经过上述步骤的硅片可以进行电池片的制备。
在电池片制备的过程中，需要在硅片上涂覆抗反射膜，以提高光吸收效率。
然后将导电网格层和金属背电极层刻蚀在硅片的正面和背面，以便收集和传导电流。
7. 检测和测试：制备完成的单晶硅电池需要进行各种测试和检测，以确保其质量和性能达到要求。
常用的测试参数包括开路电压、短路电流、填充因子和转换效率等。
8. 封装和组装：最后一步是将单晶硅电池进行封装和组装，以便将其用于太阳能电池板或其他应用中。
封装和组装的过程包括将电池片与透明材料和支撑材料粘合在一起，以保护电池片，并确保其正常工作。
以上是单晶硅电池的主要生产工艺。
随着技术的不断发展和改进，制备单晶硅电池的工艺也在不断优化，以提高电池的效率和质量。
太阳能电池板原理
随着全球能源日趋紧张，太阳能成为新型能源得到了大力的开发，其中我们在生活中使用最多的就是太阳能电池了。
太阳能电池是以半导体材料为主，利用光电材料吸收光能后发生光电转换，使它产生电流，那么太阳能电池的工作原理是怎么样的呢？太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。
当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。
被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子—空穴对。
这样，光能就以产生电子—空穴对的形式转变为电能。
一、太阳能电池的物理基础当太阳光照射ｐ－ｎ结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子——空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向型区，空穴被驱向Ｐ型区，从而使凡区有过剩的电子，Ｐ区有过剩的空穴。
于是，就在ｐ－ｎ结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。
如果半导体内存在P—N结，则在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P—N结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。
制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。
目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。
下面我们以硅太阳能电池为例，详细介绍太阳能电池的工作原理。
1、本征半导体物质的导电性能决定于原子结构。
导体一般为低价元素，它们的最外层电子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子，在外电场的作用下产生定向移动，形成电流。
高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如橡胶），它们的最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子，所以导电性极差，成为绝缘体。
常用的半导体材料硅（Si）和锗（Ge）均为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚的那么紧，因而其导电性介于二者之间。
将纯净的半导体经过一定的工艺过程制成单晶体，即为本征半导体。
单晶硅太阳能电池详细工艺
单晶硅太阳能电池1.基本结构指电极图1太阳能电池的基本结构及工作原理2,太阳能电池片的化学清洗工艺切片要求：①切割精度高、表面平行度高、翘曲度和厚度公差小。
②断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。
③提高成品率，缩小刀（钢丝）切缝，降低原材料损耗。
④提高切割速度，实现自动化切割。
具体来说太阳能硅片表面沾污大致可分为三类：1、有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合兆声波清洗技术来去除。
2、颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或兆声波清洗技术来去除粒径；0.4仙颗粒，利用兆声波可去除>0.2飘粒。
3、金属离子沾污：该污染必须采用化学的方法才能将其清洗掉。
硅片表面金属杂质沾污又可分为两大类：（1）、沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。
（2）、带正电的金属离子得到电子后面附着（尤如电镀”）到硅片表面。
1、用H2O2作强氧化剂，使电镀”附着到硅表面的金属离子氧化成金属，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。
2、用无害的小直径强正离子(如H+),一般用HCL作为H+的来源，替代吸附在硅片表面的金属离子，使其溶解于清洗液中，从而清除金属离子。
3、用大量去离子水进行超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。
由于SC-1是H2O2和NH40H的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除；同时溶液具有强氧化性和络合性，能氧化Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等，使其变成高价离子，然后进一步与碱作用，生成可溶性络合物而随去离子水的冲洗而被去除。
因此用SC-1液清洗抛光片既能去除有机沾污，亦能去除某些金属沾污。
在使用SC-1液时结合使用兆声波来清洗可获得更好的清洗效果。
另外SC-2是H2O2和HCL的酸性溶液，具有极强的氧化性和络合性，能与氧化以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。
被氧化的金属离子与CL-作用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除。
单晶硅太阳能电池工作原理
单晶硅太阳能电池工作原理
太阳能电池是将太阳能转化成电能的一种装置，它的工作原理是光电效应。
单晶硅太
阳能电池是太阳能电池中普遍使用的一种类型，其主要材料为硅元素。
单晶硅太阳能电池的结构由多个硅片组成，硅片内部由多个PN结叠加而成。
当阳光照射到硅片表面时，光子在硅片内部被吸收并激发出电子，电子离开原子成为自由电子，同
时在原子内部也产生空穴，形成空穴电子对。
由于PN结的存在，空穴和自由电子会被分离，并在不同的电极上聚集起来，形成电势差，这就是太阳能电池产生电能的原理。
通常情况下，单片硅太阳能电池可以产生0.5-0.6伏特电压，这并不足够满足需要，
因此多个单片硅太阳能电池需要串联或并联连接成为太阳能电池阵列，以增加输出电压和
电流。
其中，串联电池的电压可以得到有效提升，但当前会受影响的最小电压（如某些条
件下的阴天、晚上等）不能低于一定值，否则电池不能正常工作；并联电池的电流可以得
到有效提升，但也将增大功耗。
太阳能电池是一种形成直流电的装置，不适合直接供电交流用电设备，所以需要通过
逆变器将其转换为交流电。
经过逆变器转换后的电能可以直接供应到家庭用电设备中，或
者输出到电网上，以供其他用户使用。
由于太阳能电池具有环保、可再生、安全可靠等优点，近年来受到越来越多的关注和
广泛应用。
尽管单晶硅太阳能电池的制造成本较高，而且在阴天或晚上的时候无法产生电能，但其稳定性和高效性依旧受到认可，并且被广泛用于太阳能发电系统、太阳能电灯及
其他太阳能设备中。
125单晶硅电池片的组件设计及应用
125单晶硅电池片的组件设计及应用
一、任务
某企业承接了一批单晶硅组件订单，客户要求企业为其提供88W/17V太阳能庭院灯用单晶硅电池组件，并提供太阳能庭院灯的电气安装技术支持。
请你用125*125单晶硅电池片完成设计任务，并完成太阳能庭院灯的电气系统的安装。
125*125单晶硅电池片的尺寸为125mm*125mm±1mm，厚度为200±20μm，其电性能参数如表1-1-3所示。
表1-1-3 125*125 电池片电性能参数
二、工作要求
1.根据125*125单晶硅电池片的性能参数设计88W/17V光伏组件，确定组串的串联数与并联数；
2.用AUTOCAD画出电池片组串的电气连接图；
3.用AUTOCAD画出88W/17V光伏组件外形图及电池片排布图；
4.用所提供的光伏组件、控制器、蓄电池、LED灯等安装太阳能庭院灯的电气系统，并能实现白天（打开模拟光源）自动储能，晚上（用布盖住电池组件来模拟）自动亮灯。
三、实施条件
1.场地、设施设备及软件环境条件
设施设备及软件要求
2.考点提供的器件及工具清单
四、考核时量:120分钟
五、评价标准（应包含技能与素养要求，其中素养要求分值原则上不超过20%）。
太阳能电池片主流工艺
太阳能电池片主流工艺
太阳能电池片的主流工艺有以下几种：
1. 单晶硅工艺：单晶硅太阳能电池片采用高纯度硅材料制成，具有高转换效率和较高的稳定性。
该工艺将硅材料铸造成硅棒，再通过切割成薄片，最后进行电池片的加工和组装。
2. 多晶硅工艺：多晶硅太阳能电池片使用多晶硅材料制造，相比单晶硅电池片，具有成本较低的优势。
多晶硅材料经过熔融后，在恶劣环境下快速冷却形成多晶结构，再经过切割成薄片，最后进行电池片的加工和组装。
3. 薄膜太阳能电池工艺：薄膜太阳能电池片采用非晶硅、铜铟镓硒等材料制造，具有较低的成本和较高的灵活性。
该工艺将薄膜材料沉积在透明基板上，再进行电池片的加工和组装。
4. 固态太阳能电池工艺：固态太阳能电池利用具有光电转换特性的固态材料制造。
这种工艺不需要使用液态电解质，可以有效减少能量损失。
以上是主流的太阳能电池片工艺，随着技术的不断发展，还有其他新兴的工艺不断涌现。
单晶硅工作原理
单晶硅工作原理
单晶硅是一种半导体材料，被广泛应用于太阳能电池等光电器件中。
其工作原理主要涉及以下几个方面：
1. 光电效应：单晶硅的基本工作原理是利用光电效应将光能转化为电能。
当光线照射到单晶硅上时，光子会撞击硅晶体中的原子，使得部分电子从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。
电子会沿着外电路流动，形成电流。
2. pn结：为了提高太阳能电池的效率，单晶硅常常与含有两种不同掺杂的硅晶体组成的pn结相结合。
其中，p区域富含电子，n区域富含空穴。
在电场的作用下，电子和空穴会发生扩散，从而达到空间电荷层的平衡。
3. 光吸收：当光线照射到太阳能电池上时，其中的光子能量会被吸收，使得能级的电子跃迁到导带，形成电流。
单晶硅具有较高的吸收系数，可以吸收较大范围内的光谱，使得太阳能电池对光的利用率较高。
4. 结构设计：为了提高太阳能电池的效率，单晶硅的结构设计非常重要。
常见的太阳能电池结构包括正方形棒型结构、薄膜结构等。
这些结构可以提高太阳光的吸收和电子收集效率。
综上所述，单晶硅太阳能电池的工作原理基于光电效应，利用光的能量将光子转化为电子，进而产生电流。
通过结构设计和pn结的应用，可以提高太阳能电池的效率。
晶硅太阳能电池的原理和工艺流程
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晶硅太阳能电池是一种利用光生电效应来将太阳能转换为电能的装置。
晶体硅太阳电池工作示意图
晶体硅太阳电池工作原理及示意图太阳辐射能光子转变为电能的过程，叫“光生伏打效应”，人们把能产生“光生伏打效应”的器件称为“光伏器件”；因为半导体P-N结器件在阳光下的光电转换效率最高，所以通常把这类光伏器件称为“太阳电池”。
晶体硅太阳电池是指：单晶硅片为基体的单晶硅太阳电池与多晶硅晶片为基体的多晶硅太阳电池的总称。
晶体硅太阳电池是具有P-N结结构的半导体器件。
太阳电池吸收太阳光能后，激发产生电子、空穴对，电子、空穴对被半导体内部P-N结自建电场分开，电子流入n区，空穴流入p区，形成光生电场。
将晶体硅太阳电池的正、负电极与外接电路连接，外接电路中就有光生电流流过。
制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多；目前技术最成熟，并最具有商业价值的太阳电池要算晶体硅太阳电池，即单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池的统称，商品化太阳电池市场80%是晶体硅太阳电池。
太阳电池发电直接利用取之不竭、无处不有的太阳能，不消耗工质、不排放废物、无转动、无噪声，是一种理想的清洁安全新能源。
使用上具有结构简单、易安装、建设周期短，维护简便甚至免维护，应用范围广等优点。
通常将多个太阳电池片串、并联成一定电性能的太阳电池串，封装成具有机械强度的太阳电池组件。
太阳电池方阵是太阳电池的组合体，将多个组件固定在支架上，用导线连在一起，产生系统所需的电压和电流。
全太阳能发电系统原理太阳能发电系统原理太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。
如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。
各部分的作用为：（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。
其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。
（二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。
在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。
太阳能电池的结构和基本原理
负载
I
其中：V是光生电压，Is是 反向饱和电流。
如光电池与负载电阻接成通路，通过负载的电流应 该是：
I = IF-IL = Is[exp(qV/kT)-1]-IL 这就是负载电阻上电流与电压的关系，也就是光电 池的伏安特性方程。
左图分别 是无光照和有光 照时的光电池的 伏安特性曲线。
２、描述太阳能电池的参数
第三章 太阳能电池的基本原理
本章以单晶硅pn结太阳能电池为例， 介绍半导体太阳能电池的基本工作原理、 结构及其特性分析。
一、太阳能电池的结构和基本工作原理
下图示意地画出了单晶硅pn结太阳能电池的结构， 其包含上部电极，无反射薄膜覆盖层，n型半导体，p型半 导体以及下部电极和基板。
当有适当波长的光照射到这个pn结太阳 能电池上后，由于光伏效应而在势垒区两边 产生了电动势。因而光伏效应是半导体电池 实现光电转换的理论基础，也是某些光电器 件赖以工作的最重要的物理效应。因此，我 们将来仔细分析一下pn结的光伏效应。
佳工作点，该点的电压和电流分别称为最佳工作电压Vop和最
佳工作电流Iop。 填充因子定义为：
FF =
VopIop VocIsc
= Pmax VocIsc
它表示了最大输出功率点 所 对 应 的 矩 形 面 积 在 Voc 和Isc所组成的矩形面积中 所占的百分比。特性好的
太阳能电池就是能获得较
大功率输出的太阳能电池， 也 就 是 Voc ， Isc 和 FF 乘 积 较大的电池。对于有合适
除了上述pn结能产生光生伏特效应外，金属-半导体形成的 肖特基势垒层等其它许多结构都能产生光生伏特效应。其电子 过程和pn结相类似，都是使适当波长的光照射材料后在半导体 的界面或表面产生光生载流子，在势垒区电场的作用下，光生 电子和空穴向相反的方向漂移从而互相分离，在器件两端积累 产生光生电压。
晶硅太阳能电池的工作原理
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光生伏打效应
光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使P区带正电， N区带负电，在N区和P区之间的薄层就产生电动势，这就是 光生伏打效应。 如果将P-N结两端开路，可以测得这个电动势，称之为开 路电压Uoc。对晶体硅电池来说，开路电压的典型值为0.5～ 0.6V。 如果将外电路短路，则外电路中就有与入射光能量成正比 的光电流流过，这个电流称为短路电流Isc。
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PN节的介绍
光生伏打效应
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晶硅太阳能电池工作原理
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PN节介绍
N型半导体： 在纯净的硅晶体中掺入五 价元素（如磷），使之取代晶格中硅原 子的位置，就形成了N型半导体。
1
PN节介绍
P型半导体：在纯净的硅晶体 中掺入三价元素（如硼），使 之取代晶格中硅原子的位置， 就形成了P型半导体。
1
PN节介绍 PN结：采用不同的掺杂工艺，将P 型半导体与N型半导体制作在同一 块硅片上，在它们的交界面就形成 PN结。
光生伏打效应 2 1、光生伏打效应 : 太阳能电池能量转换的基础是半导体PN结 的光生伏打效应。 当光照射到半导体光伏器件上时，能量大 于硅禁带宽度的光子穿过减反射膜进入硅 中，在N区、耗尽区和P区中激发出光生电 子--空穴对。 耗尽区：光生电子--空穴对在耗尽区中产 生后，立即被内建电场分离，光生电子被 送进N区，光生空穴则被推进P区
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晶硅太阳能电池工作原理 晶硅内存在P—N结，在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将 电子驱向N区，空穴驱P—N结附近形成与势垒电场方向相反的光生电场。
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晶硅太阳能电池工作原理 若分别在P型层和N型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便 有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联 起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。
单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池的工作原理及区别
单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池的工作原理及区别硅太阳能电池的外形及根本构造如图1。
其中根本材料为P型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。
上外表为N+型区，构成一个PN＋结。
顶区外表有栅状金属电极，硅片反面为金属底电极。
上下电极分别与N＋区和P区形成欧姆接触，整个上外表还均匀覆盖着减反射膜。
当入发射光照在电池外表时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN＋结空间电荷区和P区中激发出光生电子——空穴对。
各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出奉献。
光生电子留于N＋区，光生空穴留于P区，在PN＋结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。
当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N＋区，负载中就有功率输出。
太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。
靠近顶区湿产生电流对短波长的紫光〔或紫外光〕敏感，约占总光源电流的5－10％〔随N＋区厚度而变〕，PN＋结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5 ％左右。
电池基体域产生的光电流对红外光敏感，占80－90％，是光生电流的主要组成局部。
2.单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的构成和生产工艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。
这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999％。
为了降低生产本钱，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。
有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。
将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。
硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。
加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。
扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进展。
这样就在硅片上形成PN 结。
然后采用丝网印刷法，将配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片外表反射掉，至此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。
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制绒：硅片型号：125*125工艺目的：祛除机械损伤层，形成金字塔状绒面结构，减少光的反射。
工艺原理：利用硅的各向异性腐蚀，在不同的晶向上的腐蚀速度不一致，100面上的腐蚀速率与111面上的腐蚀速率的比值R100：R111在一定的弱碱溶液中可以达到500。
主反应方程式：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2工艺过程：装片-上料-超声波清洗机-下料-上料-制绒-水-甩干-出料上料：每筐12盒*25片制绒设备的槽体说明：备注信息：1，NAOH每瓶是500G，硅酸钠每瓶500G；异丙醇每桶是4L。
2，去损伤槽比例：水：NAOH：异丙醇 1L:10G:0.14L2，配液比例：水：NAOH：异丙醇：硅酸钠 1L:10G:0.06L:13.3G水：HF 1L:4.3L水：HF：HCL 1L:0.2L:0.64L单片减簿量参考0.35-0.45g制绒后硅片表面反射率：14%左右绒面大小：金字塔尺度为3-10微米正常情况下单条生产线化学品用量计算：产量：计算基准：制绒配液制绒添加用量：化学品厂家，每瓶大小等尚德的制绒槽是120升水尚德新一轮的培训马上开始了，要搞到培训资料。
常见异常情况：工艺卫生基本点：1，保证装片操作台面的清洁；2，装片时戴好一次性薄膜手套和田罩，保证遮住口鼻；3，一次性清膜手套每100片更换一次，若有脏污需提前更换，确保不污染硅片以至于影响制绒效果；4，保证超声槽，水槽以及浓度梯度槽以及各附槽等的洁净状态，及时更换；5，工艺过程中看片必须戴干净的乳胶手套，减少手指印的发生，看完后及时更换手套；6，工艺结束后片子及时投入清洗，或放入水槽待投。
扩散：设备：中国电子科技集团公司第48所扩散炉硅片型号：125*125S工艺目的：形成P-N结主反应方程式：POCL3在高温下(>600℃)分解成五氯化磷(PCL5)和五氧化二磷(P2O5)5POCL3 = 3PCL5 + P2O5在存在O2的状态下PCL5会进一步分解成P2O5并放出氯气（CL2）4PCL5 + 5O2 = 2P2O5 + 10CL2故在有O2的存在时，POCL3热分解的总反应式为：4POCL3 + 3O2 = 2P2O5 + 6CL2P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SIO2）和磷2P2O5 + 5SI = 5SIO2 + 4P扩散示意图：工艺过程：1，进舟的同时给炉体加温，氮气还起到均衡管内气体；2，通入大量的氮气冲洗管道，排除管道气体；3，为防止POCL3分解产生的PCL5对硅片表面腐蚀，事先通入大量氧气，以备及时将PCL5氧化成P2O5；4，通入携带源小氮，利用POCL3分解生成P2O5进行沉积；必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气；5，继续通入携带源小氮，进行扩散；6，继续通入携带源小氮。
这样扩散过程就分为三步进行，一方面管内温度，气体各方面条件逐渐稳定；另一方面方便在生产过程中调节参数；7-8，通入大量氧气，确保将剩余的POCL3充分反应消耗掉，保证安全生产，同时对管内开始降温；9，出舟的同时通入大量的氮气排除管内尾气；10，冷却待卸片。
125S的基准扩散工艺号：125S减源工艺BH工艺方块电阻控制：方块电阻测量：四探针下压到硅片表面，测试仪I档位电流调整至4.530，于R/ 档位读取示数，即为方块电阻值。
电阻率测量：四探针下压到硅片表面，测试仪I档电流调整至(4.530*硅片厚度)/1000，如硅片厚度为200，即电流调整至0.906，于R/ 档位读取示数，即为电阻率值方块电阻不均匀度：计算公式：最大值减最小值/ 最大值加最小值* 100%控制范围：管不均匀度< 7% ，片不均匀度< 10%平均每次工艺时间：75分钟左右(48所扩散炉)，85分钟左右(Centrotherm扩散炉)平均每瓶扩散源可进行的工艺次数：石英制品清洗周期：扩散石英管1次/三个月，石英舟1次/三个月；切换型号或停产后恢复生产：扩散需要先预先试做，一舟分5个点，每点10片，正常运行工艺，根据试做出来的方块电阻值确定是否可用满舟生产(试做片方块电阻比要求值下限低1-2个单位就可以正常生产)拉恒温：通过设定相应的PB补偿值来保证实际温度和设定温度一致。
当扩散后方块电阻管不均匀性不符合要求或者三个温区设定差异较大的时候需要拉恒温。
FZ片测试：通过测试FZ片扩散后的少子寿命来判断扩散管的洁净程度。
FZ片要保证一定的厚度，少子寿命测试值大于100则认为扩散管洁净程度符合生产要求。
常见异常情况：1，进出扩散间必须吹风淋；2，严禁任何金属物质接触石英制品；3，正常生产过程中石英舟的搬运必须使用舟叉。
刻蚀：设备：硅片型号：125S*125S工艺目的：去除扩散后硅片边缘的PN结，避免上下电极连接，形成正负电极的短路工艺原理：基本于真空中的高频激励而产生辉光放电将四氟化碳中的氟离子电离出来从而获得化学活性微粒与被刻蚀材料起化学反应产生辉发性物质进行刻蚀的。
主反应方程式：CF4 + SIO2 + O2 = SIF4 + CO2工艺过程：预抽-主抽-送气（调压）-辉光-清洗-充气工艺效果确认：冷热探针测试。
每批相隔抽检3片，每片四个边沿的导电类型要求均匀为P型（当测试值大于或等于+30MV），若任何一个边沿没有刻蚀合格则此批硅片需要重新刻蚀后再测试确认。
冷热探针测试原理：热探针和N型半导体接触时，传导电子将流向温度较低的区域，使得热探针处电子缺少，因而冷探针处电势相对于热探针处电势而言是负的，生产线上冷探针接万用表的正极，热探针接万用表的负极，故N型硅冷热探针测试数据值为负的，P型硅测量测试为正的。
新环氧板/夹具开始使用：需要三次预处理，即不夹硅片在正常工艺运行情况下重复刻三次。
常见异常情况：去磷硅玻璃：设备：硅片型号：125S*125S工艺目的：祛除扩散后在扩散面形成的含磷的SIO2工艺原理：氢氟酸与二氧化硅作用生成易挥发的四氟化硅气体，在氢氟酸过量的情况下，四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸，从而将磷硅玻璃祛除。
工艺过程：去磷硅玻璃-去离子水-去离子水-喷淋PECVD：设备：DEPx1500 （OTB solar）硅片型号：125*125工艺目的：在硅片表面沉积深蓝色SixNY(制备氮化硅)减反膜。
利用1/4波长原理降低太阳光的反射，充分吸收太阳光；利用丰富的H在后道对工艺过程中钝化晶体内部悬挂键，形成H钝化；SixNY膜具有搞氧化性和绝缘性，有良好的阻档钠离子，掩蔽金属和水蒸汽扩散的能力。
工艺原理：PECVD: Plasma Enhance Chemical Vapour DepositionPECVD是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子化学活性很强，很容易相互发生反应，在电场下作定向移动，于基片上沉积出所期望的薄膜。
、等离子体：气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合组成的一种形态，这种形态就称为等离子态。
主反应议程式：高频电场3SiH4SiH3-+SiH22-+SiH3-+6H+450℃高频电场2NH3NH2-+NH2-+3H+450℃高频电场总反应式：3SiH4 +4NH3Si3N4+12H2450℃此氮化硅并不是严格化学配比的氮化硅，而是含有大量的氢（20%-25%原子个数百分比），氢原子的含量与氮化硅的沉积温度成反比。
工艺过程：1，工艺开始2，充氮-达到大气压的标准值，机器后面的压力表能准确测试，得到进舟信号以后炉门开启3，进舟-SLS位于高位4，桨降至低位5，桨在低位退出，关炉门6，管内抽真空，并进行管内压力测试（空气接触到硅烷会发生爆炸）7，通过高频电源用氨气预清理和检查8，清洗管路9，测漏10，恒温11，通过高频电源用氨气清理12，镀膜13，结束镀膜14，抽真空及测试压力15，清洗管路（1）（将特气管内的剩余硅烷和氨气抽走，防止与空气接触发生爆炸）16，充氮（同第二步）17，桨在低位进入炉内18，SLS移至高位19，退舟20，工艺过程结束125S工艺参数功率：3250W工艺气体流量：氨气：硅烷4200：500工艺压力：1700MTOM开/关时间：5MS/40MS温度：450度时间：700S左右膜厚：75NM左右（深蓝色）折射率：2.05镀膜后单晶硅片表面反射率：3%-4%左右氮化硅颜色与厚度的对照表：丝网印刷：设备：BACCINI工艺目的：形成正负电极。
工艺原理：通过刮条挤压丝网弹性形变后将浆料漏印在需要印刷的材料上。
工艺过程：背面银电极印刷-电极烘干-背面铝背场印刷-电场烘干-正面银电极印刷-烧结印刷：第一道背面银电极：用于焊接浆料：FERRO CN33462 银浆印刷重量：0.04-0.05g （保证焊接牢固的情况下，印刷重量可偏小，以减少成本）第二道背面铝背场：收集载流子浆料：儒兴RX8204 铝浆印刷重量：0.8-0.9g （保证烧结不弯曲的情况下，印刷重量可偏大，提高电性能）第三道正面银电极：收集电流浆料：DUPONT PV147 银浆印刷重量：0.12-0.14g （高宽比越大越好）一般副栅线干膜高宽比：>15 / <160印刷参数：Snap-off（丝网间矩）：印刷时丝网距离印刷台面的距离。
丝网间距的数值前面的“”只代表方向，不是负数。
是根据14MG电机Z轴的零点，规定向上为负值，向下为正值。
也就是说将这个数值前面的“”去掉，这个数值就代表丝网与印刷台面的距离。
在其他参数不变的情况下第二道背电场印刷丝网间距越大浆料印刷的也就越厚（在一定范围内），反之，印刷的浆料就会变薄；在第三道丝网间距提高，可以使印刷的栅线宽度减小，栅线高度增加（在一定范围内）。
Down-stop（刮刀深度）：印刷时刮条以丝网为零点下降的距离。
以印刷时丝网的网版平面为零点位置，向下为负值，向上为正值。
这个参数的大小决定了印刷时刮条下压网版使网版变形的强弱。
刮条下降深度越大压迫丝网变形的就越厉害，间接的减小丝网间距，印刷的浆料变会变薄，反之印刷的浆料就会变厚。
刮刀深度下降多少同时决定我们的实际压力的大小，在其他条件不变的情况下，刮刀深度越下实际压力越大。
Pressure（设定压力）：印刷时印刷头在丝网上所加的压力。
印刷时刮条在网版上所加的压力，压力的大小决定印刷浆料的厚薄；压力越大印刷的越薄。
实际压力与设定压力相接近表示丝网间距、刮刀深度调整比较合理（实际压力比设定压力大5牛以内）Printing speed（印刷速度）：印刷时刮条在丝网上的印刷速度。
速度越快印刷的浆料越厚，反之，印刷的越薄，速度还会影响印刷栅线的高宽度。
常见异常情况：烧结：工艺目的：使银浆，银铝浆和硅片形成良好的欧姆接触。