第五章 硅太阳能电池的制造方法
多晶硅太阳能电池制造加工
多晶硅太阳能电池制造加工太阳能电池是一种可以将太阳能直接转化为电能的设备。
其中多晶硅太阳能电池因其高效转化率和制造成本低廉而在太阳能电池市场中占有一定的份额。
本篇文章将探讨多晶硅太阳能电池的制造加工过程。
1、硅片制备多晶硅太阳能电池的制备过程中需要使用到硅片。
硅片制备一般分为两个阶段：单晶硅材料的生长和硅锭的制备。
单晶硅材料的生长常用的方法有：气相淀积法和液相区熔法。
硅锭的制备需要使用到单晶硅材料，一般使用Czochralski法或者费萨罗法进行制备。
2、硅片切割硅片切割是硅片制备的后续步骤，也是多晶硅太阳能电池制造加工的重要一步。
硅片切割常用的方法有：线锯切割法和研磨切割法。
线锯切割法适用于制备较厚的硅片，而研磨切割法适用于制备较薄的硅片。
3、表面处理硅片表面的处理对于太阳能电池的性能具有重要的影响。
在硅片表面涂覆一层氧化硅可以提高电池的转化率。
硅片表面涂覆的氧化硅可以通过湿法沉积或者干法沉积两种方式进行。
4、扩散/渗透扩散和渗透是多晶硅太阳能电池的核心步骤之一。
在这一步骤中，将掺杂剂（如硼、磷等）引入硅片中。
扩散和渗透的目的是形成PN结，PN结是太阳能电池中的核心结构，起到把太阳能转化为电能的作用。
5、制备背面电极成功形成PN结后需要制备背面电极和正面电极。
通常背面电极使用的材料是铝；正面电极使用的材料是银/铝。
对于多晶硅太阳能电池而言，背面电极的作用主要是提高电池的光吸收率，从而提高电池的效率。
6、烧结烧结是制造多晶硅太阳能电池的最后一步。
在烧结过程中，将电极烧结到硅片上，从而形成完整的太阳能电池。
烧结温度和时间对最终电池的性能具有极大的影响。
综上所述，多晶硅太阳能电池的制造加工过程是一个复杂的系统工程。
其中每一步骤都对电池的最终性能产生着重要的影响。
随着太阳能电池市场的持续扩大，多晶硅太阳能电池的制造技术也在不断提高，相信在不久的将来，太阳能电池将成为主流的清洁能源之一。
晶体硅太阳电池制造技术
晶体硅太阳电池制造技术
晶体硅太阳能电池是目前应用最广泛的太阳能电池之一，其制造技术主要包括以下几个步骤：
1. 制备硅单晶材料：通过在高温环境下，将硅原料（通常为冶炼硅或多晶硅）融化并凝固形成硅单晶，然后切割成薄片。
2. 清洁处理：将硅单晶薄片进行严格的清洁处理，去除表面的杂质和有害物质。
3. 电池片制造：将清洁处理后的硅单晶薄片进行P型和N型掺杂，形成PN结构。
这一步骤一般采用扩散法、离子注入法或液相浸渍法。
4. 捕获和反射层涂覆：在电池片的前表面涂覆反射层，以提高光的利用率。
同时，在电池片的背面涂覆捕获层，以提高光的吸收。
5. 金属化和焊接：将电池片表面涂覆导电金属（通常为铝）和更薄的阳极面涂覆导电金属（通常为银），然后使用焊接技术将电池片连接成电池组。
6. 封装和测试：将电池组封装在透明的玻璃或塑料基板中，以保护电池组不受外界环境的影响，并进行电气性能测试和质量控制。
这些步骤是晶体硅太阳能电池制造的基本流程，具体制造技术还有其他细节和改进方法，以提高电池的效率和稳定性。
晶体硅太阳能电池的制造工艺流程
晶体硅太阳能电池的制造工艺流程一、硅材料的准备首先，需要获取高纯度的硅材料作为太阳能电池的基础材料。
常用的硅材料有硅硷、多晶硅和单晶硅。
这些材料一般通过熔炼、洗涤和纯化等工艺步骤进行准备，以确保材料的纯度和质量符合要求。
二、硅片的制备在准备好的硅材料中，首先需要将硅材料熔化并形成硅棒。
硅棒可以采用单晶硅棒或多晶硅棒，通过将硅材料放入熔炉中进行熔化并慢慢降温，以获得纯度高的硅棒。
接下来，通过使用切割机将硅棒切割成很薄的硅片。
这些硅片称为硅片，硅片的厚度通常为几十微米到几百微米。
三、电池片的制备在硅片制备好后，需要对硅片进行一系列的加工工艺，以形成能够转化太阳能的电池片。
首先，通过在硅片表面涂上磷化剂，然后将硅片放入磷化炉中进行磷化反应，使硅片表面形成一层钙钛矿薄膜。
这一步骤的目的是增加太阳能的吸收能力。
接着，需要在硅片上涂覆一层导电膜。
最常用的导电膜是铝或铝合金，在硅片表面蒸镀一层铝膜。
该层铝膜将形成电场，使得硅片的上下两面形成正负两极。
最后，通过将硅片放入扫描激光器中进行图案化处理，将电池片分成多个小的电池单元，形成电池片。
四、组装在制造完电池片后，还需要将电池片组装成最终的太阳能电池模块。
电池片通过焊接或粘贴在玻璃基板上，并加上前电极和后电极，形成电池模块。
同时，还需将电池模块封装起来，以保护电池片并增加光的吸收。
最后，经过严格的测试和质量检查，太阳能电池模块将会被装配成太阳能电池板，并投入市场使用。
总结起来，晶体硅太阳能电池的制造工艺流程主要包括硅材料的准备、硅片的制备、电池片的制备和组装。
这些步骤涉及到多种物理、化学和加工工艺，需要高技术水平和严格的质量控制。
不断的研发和创新使得晶体硅太阳能电池在效率和可靠性方面得到了不断的提升。
晶体硅太阳能电池生产工艺流程图
晶体硅太阳能电池生产工艺流程图电池片工艺流程说明：(1)清洗、制绒：首先用化学碱（或酸）腐蚀硅片，以去除硅片表面机械损伤层，并进行硅片表面织构化，形成金字塔结构的绒面从而减少光反射。
现在常用的硅片的厚度在 180 μm 左右。
去除硅片表面损伤层是太阳能电池制造的第一道常规工序。
(2)甩干：清洗后的硅片使用离心甩干机进行甩干。
(3)扩散、刻蚀：多数厂家都选用 P型硅片来制作太阳能电池，一般用 POCl3液态源作为扩散源。
扩散设备可用横向石英管或链式扩散炉,进行磷扩散形成 P-N结。
扩散的最高温度可达到 850- 900℃。
这种方法制出的 PN结均匀性好，方块电阻的不均匀性小于 10％，少子寿命大于 10 微秒。
扩散过程遵从如下反应式：4POCl3＋3O2（过量）→ 2P2O5＋2Cl 2（气） 2P2O5＋5Si → 5SiO2 + 4P 腐蚀磷硅玻璃和等离子刻蚀边缘电流通路，用化学方法除去扩散生成的副产物。
SiO2与HF生成可溶于水的 SiF 62-，从而使硅表面的磷硅玻璃（掺 P2O5的SiO2）溶解，化学反应为：SiO2＋6HF → H2（SiF 6）＋ 2HO(4) 减反射膜沉积：采用等离子体增强型化学气相沉积(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)技术在电池表面沉积一层氮化硅减反射膜，不仅可以减少光的反射，而且由于在制备SiNx 减反射膜过程中有大量的氢原子进入，因此也起到了很好的表面钝化和体钝化的效果。
这是因为对于具有大量晶界的多晶硅材料而言，晶界的悬挂键被饱和，降低了复合中心的原因。
由于表面钝化和体钝化作用明显，就可以降低对制作太阳能电池材料的要求。
由于增强了对光的吸收，氢原子对太阳能电池起到很好的表面和体内钝化作用，从而提高了电池的短路电流和开路电压。
(5)印刷、烧结：为了从电池上获取电流，一般在电池的正、背两面制作电极。
晶硅太阳能电池制造工艺流程及工序简介
ser刻蚀工序
❖ Laser刻蚀的目ห้องสมุดไป่ตู้、作用： 用激光切出绝缘沟道，可以使电池短路，减少电流泄漏。
硅片经Laser刻蚀后的示意图
18
7. 测试分选工序
❖ 主要是测量电池片的短路电流（JSC）、开路电压（VOC）、 填充因子（FF），经计算得出电池的光电转换效率（η） 。
❖ 根据电池的光电转换效率（η）对电池片进行分类。
2PO 5Si 5SiO 4P
25
2
这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。
去除磷硅玻璃的目的、作用：
1. 磷硅玻璃的厚度在扩散中工艺难控制，且其工艺窗口太小，不稳 定。
2. 磷硅玻璃的折射率在1.5左右，比氮化硅折射率（2.07左右）小， 若磷硅玻璃较厚会降低减反射效果。
3. 磷硅玻璃中含有高浓度的磷杂质，会增加少子表面复合，使电池 效率下降。
13
2. 扩散（POCl3液态扩散）
❖ 扩散的目的：制造太阳能电池的PN结。
❖ PN结是太阳能电池的“心脏” 。 ❖ 制造PN结，实质上就是想办法使受主杂质在半导体晶体内的一个
区域中占优势（P型），而使施主杂质在半导体内的另外一个区域 中占优势（N型），这样就在一块完整的半导体晶体中实现了P型 和N型半导体的接触。
2
单晶硅太阳电池
3
多晶硅太阳电池
4
非晶硅太阳电池
5
2. 硅太阳电池的制造工艺流程
❖ 下面我们就硅太阳电池的制造工艺流程以及各工序进行简 单的介绍。
❖ 晶体硅太阳能电池制造的常规工艺流程主要包括：硅片清 洗、绒面制备、扩散制结、（等离子周边刻蚀）、去 PSG(磷硅玻璃) 、PECVD 减反射膜制备、电极(背面电极、 铝背场和正电极) 印刷及烘干、烧结、Laser和分选测试等。 同时,在各工序之间还有检测项目,主要有抽样检测制绒效果、 抽样 测方块电阻、抽样测氮化硅减反射膜厚度和折射率等 项目。
硅太阳能电池制造工艺
硅太阳能电池制造工艺硅太阳能电池制造工艺是指将硅材料变成太阳能电池的过程，包括材料处理、单晶硅生长、硅片制备、器件制备等多个方面。
下面将对硅太阳能电池制造工艺进行详细介绍。
1. 材料处理硅太阳能电池制造的首要工艺就是材料处理。
硅太阳能电池采用的主要材料是单晶硅、多晶硅和非晶硅。
这些材料都需要经过一系列的处理工艺，如去氧化、赋氢、赋磷、溅射金属等。
其中，像赋磷，可以使得硅片的导电性更好，提高太阳能电池的转换效率。
2. 单晶硅生长单晶硅是制造太阳能电池的核心材料。
单晶硅的生长过程主要有两种方法，分别是典型的克尔宁（Czochralski）法和辊道法（Float-Zone）。
目前主流的生产工艺是克尔宁法。
这种方法利用硅的熔点和冷却过程来实现单晶的生长。
但是，克尔宁法的成本较高，缺点在于对硅晶体不均匀性的限制严格，易造成氧杂质和机械应力等缺陷。
辊道法则消除了这种限制，在晶体均匀性和质量上表现更好，但是较少使用。
3. 硅片制备硅片是太阳能电池的主要组成部分，是从单晶硅生长中得到的。
生长出的硅锭通常有200毫米到300毫米，必须被切割成更薄的硅片，以便在太阳能电池中使用。
这个过程被称为硅片制备，主要分为切割和封边两个步骤。
切割是指用硅锯将硅锭切成很薄的硅片。
然后这些硅片边缘用磨床和化学刻蚀加工成封边。
4. 器件制备在器件制备阶段，使用化学蚀刻裂解的方法在硅片表面形成p-n结，并在p-n结上放置电极，形成太阳能电池。
这个工艺叫做“光刻工艺”或“半导体光刻冲技术”。
通过上述工艺步骤，太阳能电池制造完毕，可以用于发电，促进可再生能源的利用。
硅太阳能电池制造工艺流程
硅太阳能电池制造工艺流程一、非晶硅薄膜太阳电池基础知识简介1976年美国RCA实验室的D.E.Conlson和C.R.Wronski在Spear形成和控制p-n结工作的基础上利用光生伏特(PV)效应制成世界上第一个a-Si太阳能电池，揭开了a-Si在光电子器件或PV组件中应用的幄幕。
目前a-Si多结太阳能电池的最高光电转换效率己达15% 。
图1为一般单结的非晶硅太阳能电池结构图，图2为非晶硅太阳能电池图1 非晶硅太阳能电池结构图图2 非晶硅柔性太阳能电池第一层，为普通玻璃,是电池载体。
第二层为绒面的TCO。
所谓TCO就是透明导电膜，一方面光从它穿过被电池吸收，所以要求它的透过率高；另一方面作为电池的一个电极，所以要求它导电。
TCO制备成绒面起到减少反射光的作用。
太阳能电池就是以这两层为衬底生长的。
太阳能电池的第一层为P层，即窗口层。
下面是i层，即太阳能电池的本征层，光生载流子主要在这一层产生。
再下面为n层，起到连接i和背电极的作用。
最后是背电极和Al/Ag电极。
目前制备背电极通常采用掺铝ZnO(A1),或简称AZO。
由于a-Si(非晶硅)多缺陷的特点，a-Si的p-n结是不稳定的，而且光照时光电导不明显，几乎没有有效的电荷收集。
所以，a-Si太阳能电池基本结构不是p-n结而是p-i-n结。
掺硼形成P区，掺磷形成n区，i为非杂质或轻掺杂的本征层(因为非掺杂的a-Si是弱n型)。
重掺杂的p、n区在电池内部形成内建势，以收集电荷。
同时两者可与导电电极形成欧姆接触，为外部提供电功率。
i区是光敏区，光电导／暗电导比在105～106，此区中光生电子、空穴是光伏电力的源泉。
非晶体硅结构的长程无序破坏了晶体硅电子跃迁的动量守恒选择定则，相当于使之从间接带隙材料变成了直接带隙材料。
它对光子的吸收系数很高，对敏感光谱域的吸收系数在1014cm-1以上，通常0.5µm左右厚度的a-Si就可以将敏感谱域的光吸收殆尽。
太阳能电池制备
太阳能电池制备
太阳能电池的制造涉及到多个步骤，主要包括硅片的制造、清洗和蚀刻、染色以及电池组装。
首先，硅片的制造是太阳能电池制造的第一步。
硅片的生产分为单晶硅和多晶硅两种方式。
单晶硅的生产过程包括原料熔化、晶体生长和切割等步骤，具有高纯度和高效率的特点。
多晶硅则是由多晶硅原料经过熔融、凝固和切割等步骤制成，相对于单晶硅成本更低，但效率较低。
制造出硅片后，需要对其进行清洗和蚀刻，以去除表面的污垢和杂质，并在硅片表面形成细微的纹路，提高太阳能电池的光吸收能力。
接着是染色的步骤，通常使用的染料是钛酸盐或染料敏化剂，这些染料可以帮助硅片吸收更多的光能，并将其转化为电能。
最后是电池的组装阶段，这包括将染色硅片与金属电极和背电极连接起来，并用封装材料密封，以保护电池免受环境的影响。
此外，在某些制备过程中，可能需要采用磁控溅射和掩模技术来制备组分渐变的薄膜材料，以提高太阳能电池的光电转换效率。
硅太阳能电池 制造工艺
制造工艺-硅太阳能电池．PV的意思：它是英文单词Photovoltaic的简写，中文意思是“光生伏特”（简称“光伏”）。
在物理学中，光生伏特效应（简称为光伏效应），是指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象硅太阳能电池制造工艺流程图1、硅片切割，材料准备：工业制作硅电池所用的单晶硅材料，一般采用坩锅直拉法制的太阳级单晶硅棒，原始的形状为圆柱形，然后切割成方形硅片（或多晶方形硅片），硅片的边长一般为10~15cm，厚度约200~350um，电阻率约1Ω.cm的p型（掺硼）。
2、去除损伤层：硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。
因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约10um。
3、制绒：制绒，就是把相对光滑的原材料硅片的表面通过酸或碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面的太阳能的损失。
对于单晶硅来说一般采用NaOH加醇的方法腐蚀，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成无数的金字塔结构，碱液的温度约80度，浓度约1~2%，腐蚀时间约15分钟。
对于多晶来说，一般采用酸法腐蚀。
4、扩散制结：扩散的目的在于形成PN结。
普遍采用磷做n型掺杂。
由于固态扩散需要很高的温度，因此在扩散前硅片表面的洁净非常重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面的碱残留和金属杂质。
、边缘刻蚀、清洗：5扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。
周边扩散层使电池的上下电极形成短路周边上存在任何微小的局部环，必须将它除去。
短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。
在辉光放目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，去除含有扩电条件下通过氟和氧交替对硅作用，散层的周边。
扩散后清洗的目的是去除扩散过程中形成的磷硅玻璃。
、沉积减反射层：6增加沉积减反射层的目的在于减少表面反射，由于SiN ,PECVD淀积折射率。
太阳能电池的制造过程
太阳能电池的制造过程一、硅材料的提取和精炼太阳能电池的主要材料是硅，而硅又以二氧化硅的形式存在于自然界中的石英和长石等矿石中。
首先，从矿石中提取出二氧化硅，然后通过冶炼和精炼等工艺进行加工处理，使其达到电池制造的要求。
二、硅片的制备在硅材料精炼后，需要将其制成硅片，也称为硅棒。
首先，将精炼后的硅材料加热至高温，然后通过拉拔或浇铸等方法将熔融的硅液注入到特制的硅棒模具中，待其冷却凝固后，即可获得硅片。
三、硅片的切割硅片通常为圆形，而太阳能电池需要的是方形或长方形的硅片。
因此，在硅片制备完成后，需要对其进行切割。
切割过程中使用钻石刀具，将硅片切割成所需的尺寸和形状。
四、硅片的抛光硅片的表面通常会有一些不平整和缺陷，这对太阳能电池的性能有一定的影响。
因此，在切割完成后，需要对硅片进行抛光，使其表面光滑，以提高光的吸收效率和电子传导性能。
五、硅片的清洗在抛光后，硅片表面可能会残留一些油脂、灰尘等杂质，这些杂质会影响电池的性能。
因此，需要将硅片进行清洗，去除上述杂质，以保证电池的质量和性能。
六、硅片的扩散扩散是太阳能电池制造中的一项重要工艺。
通过将硅片浸泡在磷酸或硼酸等掺杂液中，使掺杂物进入硅片内部，形成P型或N型硅片。
这样，硅片就具备了正负电性，为后续形成PN结铺平了道路。
七、金属化金属化是为了提高太阳能电池的电流传输能力。
在金属化工艺中，会在硅片表面涂覆金属导电膜，通常使用的是铝或银等金属。
这样，当光照射到电池表面时，金属导电膜就能将电子迅速传导出来，形成电流。
八、组装组装是将硅片和其他组件组合成太阳能电池的过程。
首先，将金属化后的硅片与前面板玻璃、背面板玻璃以及密封胶带等材料进行粘合。
然后，通过焊接或压接等方式，将金属导电膜与电池的正负极连接起来。
九、封装封装是保护太阳能电池并提高其稳定性的过程。
在封装中，会在电池表面覆盖一层透明的封装材料，通常是聚合物或硅胶等材料。
这样可以防止电池受到外界环境的影响，同时提高其耐久性和抗压能力。
晶体硅太阳能电池的制造工艺流程
提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。
晶体硅太阳能电池的制造工艺流程说明如下:
（1）切片：采用多线切割,将硅棒切割成正方形的硅片.
（2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗,然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去30－50um。
（3）制备绒面:用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面.
(4) 磷扩散：采用涂布源(或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散,制成PN＋结，结深一般为0.3－0。
5um.
（5）周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层,会使电池上下电极短路,用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。
(6）去除背面PN＋结。
常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN＋结.
（7）制作上下电极:用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。
先制作下电极，然后制作上电极.铝浆印刷是大量采用的工艺方法。
（8）制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。
制作减反射膜的材料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3，SiO ，Si3N4 ，TiO2 ，Ta2O5等。
工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等.
（9）烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。
（10）测试分档：按规定参数规范，测试分类.
由此可见,太阳能电池芯片的制造采用的工艺方法与半导体器件基本相同，生产的工艺设备也基本相同,但工艺加工精度远低于集成电路芯片的制造要求，这为太阳能电池的规模生产提供了有利条件。
简述多晶硅太阳能电池的制造流程
简述多晶硅太阳能电池的制造流程下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!多晶硅太阳能电池制造流程在太阳能产业中，多晶硅太阳能电池是最常见的一种类型。
太阳能电池制造工艺流程
太阳能电池制造工艺流程
《太阳能电池制造工艺流程》
太阳能电池是利用光能转化为电能的一种装置，它可以在阳光直射的情况下产生电能，这是一种十分环保的能源技术。
太阳能电池制造过程十分复杂，需要经过多道工艺流程才能制造出高品质的太阳能电池。
首先，太阳能电池的制造需要原材料，主要原材料是硅。
硅是制造太阳能电池的关键材料，它需要进行提纯和晶体生长的工艺流程。
首先，通过化学方法或物理方法将硅中的杂质去除，获得高纯度的硅材料。
然后，将高纯度的硅材料放入熔炉中，进行晶体生长，制备成硅片。
接下来，硅片需要进行多道工艺流程的加工，包括切割、清洗、腐蚀、扩散、沉积、膜沉积、薄膜蚀刻等多道工序。
这些工序需要精密的设备和严格的操作，以保证硅片的质量和性能。
在硅片的加工过程中，需要将硅片处理成n型和p型的硅片，然后将它们组装成太阳能电池芯片，这是太阳能电池制造的关键一步。
最后，将太阳能电池芯片进行封装，组合成太阳能电池板。
在封装的过程中，需要进行光伏玻璃的加工、防反射膜的膜沉积、电池片的粘接封装等工艺流程。
整个太阳能电池制造工艺流程是一项技术密集、过程繁复的工
艺流程，需要高精度的设备和严格的操作规范。
通过这些工艺流程，才能制造出高效、高品质的太阳能电池，为可再生能源发展做出贡献。
第五章 硅太阳能电池的制造方法
liuzhidong 1LOGO第五章硅太阳能电池的制造方法liuzhidong 2太阳能电池的工作原理liuzhidong3第一节太阳能电池的工作原理一、半导体材料 二、载流子 三、禁带宽度 四、光电效应 五、PN结六、光能转化为电能 七、太阳能电池的结构liuzhidong4一、半导体材料图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。
硅晶体应用于半导体材料时一般都会在其中掺入其他的杂质（磷、硼等），以增加载流子的数量提高材料的导电性能。
纯硅晶体liuzhidong5N 型半导体掺入磷原子正电荷表示硅原子，负电荷表示四个电子,黄色的表示磷原子，红色的表示自由电子 其整体显中性，不带电liuzhidong6P 型半导体掺入硼，硅晶体中存在着一个空穴。
正电荷表示硅原子，负电荷表示电子。
而黄色的表示掺入的硼原子。
蓝色的空穴。
整体显中性，不带电。
liuzhidong 7二、载流子载流子就是运载电流的“粒子”。
不管在N型还是P 型半导体中，都会同时存在电子和空穴载流子。
在给定的温度下，每种半导体的电子载流子和空穴载流子数的乘积是个常数。
例如，对于硅来说，在室温下这个常数是1021/厘米3。
N型高导性硅，电子载流子可达1017/厘米3，而空穴载流子是104/厘米3。
这就是多数载流子与少数载流子的区别。
liuzhidong 8三、禁带宽度单一原子中，电子都有分明的能级，当形成晶体时，由于原子的影响，单一的能级就变成了具有一定幅度的能带。
受到原子束缚的电子能量很低，其所处的能带叫做满带，也叫价带。
自由电子的能量很高，其所处的能带叫做导带。
在满带与导带之间有一个空隙，叫做禁带。
liuzhidong 9 金属导带与满带重叠在一起，没有禁带； 绝缘体的禁带很宽；半导体的禁带宽度在导体与绝缘体之间。
禁带具有一定的能量，叫做禁带宽度，用Eg表示。
不同的半导体材料有不同的禁带宽度，例如，锗0.7eV,硅1.12eV,硒1.5eV。
太阳能电池的制作
太阳能电池的制作太阳能电池是一种利用太阳辐射能够将光能转化为电能的装置。
它被广泛应用于各种领域，包括家庭、工业和农业等。
本文将介绍太阳能电池的制作步骤。
一、准备材料制作太阳能电池所需的材料包括：硅片（晶体硅或多晶硅）、导电背电极、导电表面电极、导线。
二、制作工艺 1. 制备硅片：首先，准备硅片，晶体硅或多晶硅都可以使用。
硅片需要经过特殊处理，清洗掉表面的杂质和氧化物，使其表面干净无瑕疵。
2.涂覆导电背电极：将导电背电极均匀涂覆在硅片背面。
导电背电极可以使用导电胶或者导电粉末与粘合剂混合制成，涂覆后用烘干设备将背电极干燥。
3.涂覆导电表面电极：将导电表面电极均匀涂覆在硅片前面。
导电表面电极通常使用导电浆料制成，均匀涂覆在硅片表面后同样进行烘干。
4.连接线路：将金属导线与导电背电极和导电表面电极连接起来，确保电流能够从硅片传递出来。
5.组装封装：将制作好的硅片进行封装，保护其免受外界干扰。
常见的封装方式包括玻璃封装和聚合物封装。
6.性能测试：完成组装封装后，将太阳能电池接入电路进行性能测试，确保其正常工作。
三、工作原理太阳能电池的工作原理是光生电效应。
当光照射到太阳能电池上时，硅片中的光子与硅原子发生相互作用，将光能转化为电能。
在硅片中形成的电场将光生电子和空穴分开，产生电压差，从而产生电流。
四、应用领域太阳能电池广泛应用于各个领域。
在家庭中，可以将太阳能电池用于发电，为家庭供应电能。
在工业领域，太阳能电池可以用于太阳能发电站，为城市供电。
在农业领域，太阳能电池可以用于灌溉系统，为农田提供水资源。
五、优势与挑战太阳能电池相比传统能源具有很多优势。
首先，太阳能电池能够充分利用太阳能资源，不污染环境，具有可再生性。
其次，太阳能电池在使用过程中几乎没有噪音，对周围环境没有干扰。
然而，太阳能电池的制作仍面临一些挑战，包括材料成本高昂、能量转化效率低等问题，限制了其在大规模应用中的发展。
六、结论太阳能电池是一种将光能转化为电能的装置，制作太阳能电池需要准备硅片、导电背电极、导电表面电极和导线等材料。
硅太阳能电池制造工艺流程图
PV的意思：它是英文单词Photovoltaic的简写，中文意思是“光生伏特”（简称“光伏”）。
在物理学中，光生伏特效应（简称为光伏效应），是指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象硅太阳能电池制造工艺流程图1、硅片切割，材料准备：工业制作硅电池所用的单晶硅材料，一般采用坩锅直拉法制的太阳级单晶硅棒，原始的形状为圆柱形，然后切割成方形硅片（或多晶方形硅片），硅片的边长一般为10~15cm，厚度约200~350um，电阻率约1Ω.cm的p型（掺硼）。
2、去除损伤层：硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。
因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约10um。
3、制绒：制绒，就是把相对光滑的原材料硅片的表面通过酸或碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面的太阳能的损失。
对于单晶硅来说一般采用NaOH加醇的方法腐蚀，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成无数的金字塔结构，碱液的温度约80度，浓度约1~2%，腐蚀时间约15分钟。
对于多晶来说，一般采用酸法腐蚀。
4、扩散制结：扩散的目的在于形成PN结。
普遍采用磷做n型掺杂。
由于固态扩散需要很高的温度，因此在扩散前硅片表面的洁净非常重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面的碱残留和金属杂质。
5、边缘刻蚀、清洗：扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。
周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。
周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。
目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边。
扩散后清洗的目的是去除扩散过程中形成的磷硅玻璃。
6、沉积减反射层：沉积减反射层的目的在于减少表面反射，增加折射率。
广泛使用PECVD淀积SiN ,由于PECVD淀积SiN时,不光是生长SiN作为减反射膜,同时生成了大量的原子氢,这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用,可用于大批量生产。
太阳能硅片电池制作工序
太阳能硅片电池制作工序太阳能电池发电原理太阳能电池发电原理:太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区接通电路后就形成电流。
太阳能发电方式太阳能发电有两种方式,一种是光—热—电转换方式,另一种是光—电直接转换方式。
光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气,再驱动汽轮机发电。
前一个过程是光—热转换过程;后一个过程是热—电转换过程,与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高,估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍.一座1000MW的太阳能热电站需要投资20~25亿美元,平均1kW的投资为2000~2500美元。
因此,目前只能小规模地应用于特殊的场合,而大规模利用在经济上很不合算,还不能与普通的火电站或核电站相竞争。
太阳能电池: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。
以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流,而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。
光化学效应:指物质的分子吸收了外来光子的能量后激发的化学反应。
普通光与生物组织作用时,在一定条件下就可产生光化学效应。
例如,视紫红质受光照后发生的漂白过程。
人体皮肤中的麦角胆固醇在阳光作用下变成维生素D2,以及在叶绿体存在的条件下,阳光照射可使水和二氧化碳合成碳水化合物和氧气。
激光作为一种能量高度集中､单色性极好的光源,它还可以引起一些普通光不起引起的光化学效应。
光电效应:物质在光的作用下发射电子或电导率改变,或者两种材料的界面上产生电势的现象。
光电效应分为光电子发射､光电导效应和光生伏特效应。
前一种现象发生在物体表面,又称外光电效应。
后两种现象发生在物体内部,称为内光电效应。
光电导效应:又称为光电效应､光敏效应,是光照变化引起半导体材料电导变化的现象。
即光电导效应是光照射到某些物体上后,引起其电性能变化的一类光致电改变现象的总称。
太阳能电池的原理及制作流程图
太阳能电池的原理及制作流程图制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。
一、硅太阳能电池1．硅太阳能电池工作原理与结构太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下：图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。
当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照下图：图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。
而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。
同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N （negative）型半导体。
黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子。
如下图。
N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N 型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。
当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层)，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。
这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。
N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。
达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是PN结。
当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N 型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。
然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
liuzhidong 1LOGO第五章硅太阳能电池的制造方法liuzhidong 2太阳能电池的工作原理liuzhidong3第一节太阳能电池的工作原理一、半导体材料 二、载流子 三、禁带宽度 四、光电效应 五、PN结六、光能转化为电能 七、太阳能电池的结构liuzhidong4一、半导体材料图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。
硅晶体应用于半导体材料时一般都会在其中掺入其他的杂质（磷、硼等），以增加载流子的数量提高材料的导电性能。
纯硅晶体liuzhidong5N 型半导体掺入磷原子正电荷表示硅原子，负电荷表示四个电子,黄色的表示磷原子，红色的表示自由电子 其整体显中性，不带电liuzhidong6P 型半导体掺入硼，硅晶体中存在着一个空穴。
正电荷表示硅原子，负电荷表示电子。
而黄色的表示掺入的硼原子。
蓝色的空穴。
整体显中性，不带电。
liuzhidong 7二、载流子载流子就是运载电流的“粒子”。
不管在N型还是P 型半导体中，都会同时存在电子和空穴载流子。
在给定的温度下，每种半导体的电子载流子和空穴载流子数的乘积是个常数。
例如，对于硅来说，在室温下这个常数是1021/厘米3。
N型高导性硅，电子载流子可达1017/厘米3，而空穴载流子是104/厘米3。
这就是多数载流子与少数载流子的区别。
liuzhidong 8三、禁带宽度单一原子中，电子都有分明的能级，当形成晶体时，由于原子的影响，单一的能级就变成了具有一定幅度的能带。
受到原子束缚的电子能量很低，其所处的能带叫做满带，也叫价带。
自由电子的能量很高，其所处的能带叫做导带。
在满带与导带之间有一个空隙，叫做禁带。
liuzhidong 9 金属导带与满带重叠在一起，没有禁带； 绝缘体的禁带很宽；半导体的禁带宽度在导体与绝缘体之间。
禁带具有一定的能量，叫做禁带宽度，用Eg表示。
不同的半导体材料有不同的禁带宽度，例如，锗0.7eV,硅1.12eV,硒1.5eV。
liuzhidong 10四、光电效应通常所说的光电效应是指外光电效应，即物体在光的照射下光电子飞到物体外部的现象。
另一种光电效应叫内光电效应，是太阳能电池利用的效应，它是物体在光的照射下，内部原子中的一部分束缚电子变为自由电子，这些电子仍留在物体内部，使物体的导电性加强。
半导体发生内光电效应的条件是，光子能量ε大于等于半导体的禁带宽度Eg。
liuzhidong 11 当硅半导体处于光照时，能量大于禁带宽度的光子，激发半导体内部的束缚电子，使之成为自由电子，同时产生等量的空穴。
这一数量对于少数载流子来说，可以增加很多个数量级；而对于多数载流子来说，数量却微乎其微。
liuzhidong 12五、PN 结P型半导体中含有较多的空穴，而N型半导体中含较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，P区与N区的结合过渡区就是PN结。
下面我们将讨论PN结形成的原因。
在P型与N型半导体接触时，多数载流子会发生扩散运动。
liuzhidong13在未扩散前P 区和N 区都不带电，都显中性liuzhidong14扩散后，P区空穴吸引N型号电子，形成空间电荷，从而产生内建电场。
扩散运动与漂移运动方向相反，当两运动的速度相同时，内建电场稳定，形成PN结。
如果环境不变，这个平衡也就不变，空间电荷的厚度也不再增加。
liuzhidong15六、光能转化为电能收集阳光照射电池表面产生电子-空穴对电子-空穴对在PN 结作用下分开引出导线,接上负载输出功率liuzhidong16由于光的照射，具有PN结结构的半导体材料中的扩散运动与漂移运动的动态平衡将被打破。
在N型区和P型区因为内光电效应都会产生光生电子-空穴对。
PN结会将产生的电子-空穴分开，P型区内的少数载流子电子被驱向N型区；N型区的少数载流子空穴被驱向P型区。
其结果是N型区一侧有过剩的电子积累；P型区一侧有过剩的空穴积累。
liuzhidong 17 负载电阻R L =0，过剩载流子都可以穿过结，会产生最大可能的光生电流，即短路电流I SC ，而电动势为零。
负载电阻R L =∞，则被PN结分开的过剩载流子会积累在PN 结附近，并以最大补偿势垒，于是产生最大可能的光生电压，即开路电压V OC ，其电流为零。
负载电阻R L ，则过剩载流子部分用于降低PN结势垒用于建立工作电压V m ，部分用来产生工作电流I m 。
liuzhidong 18七、太阳能电池的结构liuzhidong 19太阳能电池的结构原理图liuzhidong 20太阳能电池发电原理liuzhidong 21太阳能电池发电原理由于半导体不是电的良导体，电子在通过p－n结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。
但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖p－n结（梳状电极），以增加入射光的面积。
另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。
为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜，将反射损失减小到5％甚至更小。
一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池（通常是36个）并联或串联起来使用，形成太阳能光电板。
liuzhidong 22太阳能电池发电原理普通发电主要是利用电磁感应原理发电，需要马达，燥声会很大，如果是火力发电，还会产生大气污染。
太阳能发电既不需要马达，也不会排出气体。
它是绿色能源，不仅是指其利用的太阳能是没有污染的，而且其发电的过程中也是不会有任何污染的。
liuzhidong 23第二节硅太阳能电池的制造过程 原材料的制备 切片处理 表面织构 扩散去背边PN结 电极印刷及烧结 减反射膜制备测试组件封装太阳能发电系统各个环节的利率比较 太阳能电池的两大难点liuzhidong 24硅太阳能电池制造流程liuzhidong 25工艺流程liuzhidong 261. 原材料的制备砂子（石英岩）还原为冶金级硅 SiO 2+ 2C →Si + 2CO 纯度约98-99% 1美元/公斤左右liuzhidong 27原材料的制备低成本的冶金级硅提纯高纯块状多晶硅，纯度为6个9。
主要有改良西门子法（气相沉淀反应方式）、四氯化硅（硅甲烷）热分解方式、流化床方式，一般是化学方法。
Si + 3HCl →SiHCl 3+ H 2西门子改良法 SiHCl 3+ H 2→Si + 3HCl 冶金硅成本50倍liuzhidong 28原材料的制备liuzhidong 29多晶硅铸锭炉liuzhidong 30多晶硅坩埚切割机liuzhidong 31多晶硅多线破锭机床liuzhidong 32原材料的制备¾多晶硅进一步生长为半导体单晶硅，纯度9个9以上（也可以通过控制掺杂浓度可生长成适合于太阳能用的单晶硅）主要有直拉单晶法（CZ）、区域熔化提纯法（FZ）、物理提纯定向结晶（DSS）等。
¾冶金硅成本的2000倍。
liuzhidong 33原材料的制备最常用的柴可拉斯基拉Czochralski生长单晶仪图解liuzhidong 34原材料的制备¾太阳能级单晶硅纯度只要6个9；¾太阳能级晶体硅的实际生产并不多；¾单晶硅以高纯的单晶硅棒、半导体加工的头尾料、废次单晶硅材料；¾多晶硅硅片以多晶块料、单晶硅头尾料、及锅底料，加人适量硼硅，放入浇铸炉。
liuzhidong 35原材料的制备¾高纯硅提炼具有较高的技术壁垒，7大厂家05年的总产量约占世界总产量95%以上，他们分别是Hemlock，REC ，Wacker ，Tokuyama ，MEMC ，Mitsubishi ，Sumitomo，SolarWorld。
¾除REC（Solar Grade Silicon LLC）以外，都没有专门用于生产太阳能级晶体硅的生产线。
liuzhidong 36单晶硅与多晶硅的区别¾多晶硅晶向小范围内一致，大范围不同¾单晶硅大范围内晶向一致¾多晶硅可作为拉制单晶硅的原料¾多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面，例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅均不如单晶硅。
liuzhidong 37单晶硅与多晶硅的区别liuzhidong 38单晶硅与多晶硅电池光电转换率比较liuzhidong 39高纯硅及太阳能电池制备liuzhidong 40超大晶粒准单晶硅片技术直拉单晶的优点是单一晶向，低缺陷，电池效率高；缺点是单次投料少，操作复杂，成本高。
而多晶硅铸锭的优点是原材料来源广、纯度要求低，生产效率高，投料量大，操作简单，低成本；缺点是内部存在大量的晶界、较高的位错密度和杂质使得多晶硅太阳能电池的转换效率低于单晶硅。
虽然近年来对多晶硅铸造工艺及内部缺陷和杂质做了深入的研究，并提出了多种改进的方法，但其转换效率仍低于单晶硅太阳电池1-2%。
如何将单晶硅与多晶硅的优势相结合一直是光伏界所追求的目标，在这种背景下准单晶技术应运而生。
liuzhidong41准单晶的特征准单晶也称为铸造单晶硅，是通过铸锭的方法获得外观和电学性能均类似于单晶硅的晶体硅。
简言之，准单晶技术就是用多晶硅的成本生产出单晶硅的技术。
一般对铸造单晶硅的要求是在一定尺寸的硅片上，单个晶粒面积大于硅片面积的50%。
这种硅片的晶界数量远小于传统的铸造多晶硅片。
多晶硅中存在大量的晶界和位错。
晶界是晶粒间的过渡区，结构复杂，原子呈无序排列，并存在不完全键合原子，产生大量的悬挂键，形成界面态，有很大的复合性，特别是被金属杂质玷污后其复合强度会提高，大大降低了多晶硅太阳能电池的转换效率。
同时由于多晶硅是由许多晶向不同的晶粒组成，因而制绒后不能形成“金字塔”形貌，这也严重影响其光伏性能。
liuzhidong42准单晶与铸造单晶的比较(a)铸造多晶硅(b)铸造单晶硅两种硅片的表面形貌liuzhidong43准单晶与铸造单晶的比较(a)铸造多晶硅(b)铸造单晶硅两种硅片腐蚀后的表面形貌liuzhidong 44超大晶粒准单晶铸造方法用生产多晶硅铸锭技术，得到直拉单晶硅的高品质；用60元的成本生产出原本需要160元才能生产的东西？准单晶铸锭最大的优势是可以使用多晶硅铸锭方法制备，不需要使用昂贵的直拉单晶硅方法制备。
准单晶铸锭加工需要在坩埚底部铺上一层具有较高厚度的单晶籽晶，即先把籽晶、硅料及掺杂元素放置在同一坩埚中，籽晶位于坩埚底部。
然后加热融化硅料，并且保持籽晶不被完全融化。
最后控制降温，调节固液相的温度梯度，确保单晶从籽晶位置开始生长，而成为准单晶。
目前量产的铸锭准单晶技术主要为有籽晶的铸锭。
该技术由晶龙实业集团有限公司麾下“东海晶澳太阳能科技有限公司”首先提出。