光伏电池制备工艺课件PPT(共 45张)
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• 3. 多晶硅生产气体使用情况
• 氮气的消耗量是跟你的工艺设计、用途有关，一般年产一千吨 验统计，消耗每小时在500～700方，主要是用在尾气、置换气、 气 氩气的消耗主要是硅芯方面
2019/8/16
2.单晶硅拉制工艺
三.主要
2019/8/16
三.主要 （1） 拉制方法及拉制过程：直拉单晶（CZ）和区熔（FZ）
工业硅
↓
添加Ca
酸洗
↓
去除Ti、Fe
氧化精炼
真空处理
↓
除B、C
↓
去除P、O、Ca、Al
凝固精
2019/8/16
小 结：
三.主要
• 1. 光伏产业带动多晶硅产业的迅速发展，生产1MW太阳能电 多晶硅，晶体硅材料是主要的光伏材料，其市场占有率在80%以 后相当长一段时期，也依然是太阳能的主流材料。
• 2. 西门子法是目前多晶硅生产的主流技术，约90%的多晶硅 短期内这种局面不会改变.
光伏电池制备工艺
光伏电池制备的准备
任务二·
晶硅电池产业链工艺流程
•
目录
• 一.相关概念
• 二.产业链结构
• 三.主要工艺流程
• 1.原生多晶硅
• 2.单晶硅拉制工艺
• 3.多晶铸锭工艺
• 4.准单晶工艺
• 5.电池片生产工艺
• 四.总结
太阳能电池
• 定义:光伏组件是一种暴露在阳光下便会产生 直流电的发电装置，几乎全部由半导体物料 （例如硅）制成的固体光伏电池组成。由于 没有活动的部分，故可以长时间操作而不会 导致任何损耗(电池板使用寿命20年以上)。简 单的光伏电池可以为手表及计算器提供能源 较复杂的光伏系统可以为房屋提供照明，并 入电网供电。
2019/8/16
• 冷氢化技术
三.主要
• 利用以下反应:SiCl4+2H2+3Si → 4SiHCl3
• 反应温度为450℃,压力范围1.5～1.8MPa,转化率大约为20%～25% 剂NiO
• 工艺优点：反应温度低，电耗低， TCS单耗≤ 1KWh/kg • 工艺缺点：气固反应，操作压力较高，对设备密封性要求高，操
2019/8/16
②改良西门工艺流程
三.主要
氯化氢 硅粉
四氯化硅
氯化 氯化氢
分离 氢气、三氯氢硅
冷凝
还原尾气
还原
氢还原 四氯化硅
多晶硅 三氯氢硅
氢净化 水电解
2019/8/16
③氢化方法：热氢化与冷氢化
三.主要
热氢化技术
利用以下反应:2SiCl4+H2﹦2SiHCl3+2HCl
反应温度为1200～1250℃,压力范围1.5～2.5个大气压力,三氯氢硅 为17%～20%左右.
2019/8/16
（2）工艺周期
整个工艺周期
三.主要
加加热热 出炉
1540 ℃ 约10-15h
熔熔化化
1430 ℃
长长晶晶
冷却
900 ℃ 约4h
1370 ℃
退退火火
2019/8/16
（3）多晶铸锭炉主要生产厂家
三.主要
• 国外主要厂商：美国GT SOLAR、德国ALD、普法拓普等 据中国多晶铸锭炉市场约50%。
2019/8/16
⑵ 改良西门子法
三.主要
①.主要反应原理： Si+HCl → SiHCl3+H2+SiCl4+SiH2Cl2（三氯氢硅合成炉） SiHCl3+H2 → Si+HCl（还原炉）
SiCl4+H2 →SiHCl3+HCl(氢化炉)
四氯化硅还原生产三氯氢硅一直是全球多晶硅生产企业广泛关注的焦点问题， 了副产物四氯化硅，同时还重新得到了生产多晶硅的原料三氯氢硅，氯化氢也可以自身 降低生产成本，各个生产企业都花费了大量的人力物力进行研究。
工艺优点：压力比较缓和,对设备要求低,安全性好,且氢气和四氯 此还原炉内四氯化硅浓度较高,保证了还原反应的速率以及充分 期分离的难度.
工艺缺点：反应温度高，电耗高，TCS单耗2.2 ～ 3KWh/kg，加热 运行费用较高，有碳污染的可能。
2019/8/16
热氢化改良西门子法多晶硅生产工艺流程简图
三.主要
• 国内主要厂商：绍兴精工、中电48所、华盛天龙、京
氩气主要使用量：不需全程吹氩，450铸锭炉单锭氩气耗量为70
直拉单晶拉制过程图
装炉
化料
引晶
放肩 冷却
2019/8/16
直拉单晶炉
2019/8/16
三.主要
三.主要
（2）氩气使用情况：整个热场系统，包括两大部分，加热 其它部分主耍是保温、导流，形成一定的温度梯度，使座落在 里的石英坩埚中的熔料能按要求的晶向结晶生长。
SiO2﹢SSi2OiCC2﹢＝→sSSiii﹢OC﹢2O＝22 SCiOO ﹢CO+Si
原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核 长成晶面取向相同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就形 成单晶硅.
2019/8/16
二.产业
太阳能级多晶硅 SoG:6~7N
Si+HCl→SiHCl3+H2 SiHCl3+H2→Si+HCl
直拉或区熔（CZ or FZ）
铸锭炉
铸锭炉
准单晶硅锭
二.产业
切
化学法：改良西门子
拉制单晶需全程通氩，一边抽空,炉内压力控制在20乇左右。 的热场结构，能迅速带走挥发物。减压有利于sio的挥发及防止 体，达到降氧和降碳的目的。 氩气流量：35-55L/min(联创炉)，投料公斤，耗气量约170立方
2019/8/16
三.主要
3.多晶铸锭工艺
（1）多晶铸锭炉发展趋势：a装料多 b周期短 C品质高
提纯工作量大。
2019/8/16
冷氢化改良西门子法多晶硅生产工艺流程简图
2019/8/16
TCS:三氯化硅 STC：四氯化硅 DCS：二氯二氢硅
（3）硅烷法
三.主要
最终用硅烷热解制得多晶硅的方法
其中制备硅烷的方法：硅镁合金工艺 、氯硅烷歧化工 金属氢化物工艺
2019/8/16
（4）冶金法
三.主要
冶炼
SiO2+C →Si+CO2
硅矿石
↑
silica
工业硅 MS-Si 1~2N
多晶铸锭wenku.baidu.com切片机
多晶硅片
切片机 单晶
多晶硅太阳能电池
太阳能光伏发电 系统
三
1.原生多晶硅
⑴ 三大主要生产方法
多晶硅
三.主要
改良西门子法 硅烷法 冶金法
注:前两种方法为化学方法,后一种为物理方法,国内改良西门子法占比 95%以上
种类
太阳能 电池
晶硅电池
多元化合物薄 膜电池
单晶硅电池
多晶硅电池
非晶硅薄膜电 池
硫化镉 砷化镓 铜铟硒薄膜
电池
多晶硅:是单质硅的一种形态.熔融的单质硅在过冷的条件下
子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取
,则这些晶粒结合起来,就形成多晶硅.
单晶硅：熔融的单质硅在过冷的条件下凝固时,硅
• 氮气的消耗量是跟你的工艺设计、用途有关，一般年产一千吨 验统计，消耗每小时在500～700方，主要是用在尾气、置换气、 气 氩气的消耗主要是硅芯方面
2019/8/16
2.单晶硅拉制工艺
三.主要
2019/8/16
三.主要 （1） 拉制方法及拉制过程：直拉单晶（CZ）和区熔（FZ）
工业硅
↓
添加Ca
酸洗
↓
去除Ti、Fe
氧化精炼
真空处理
↓
除B、C
↓
去除P、O、Ca、Al
凝固精
2019/8/16
小 结：
三.主要
• 1. 光伏产业带动多晶硅产业的迅速发展，生产1MW太阳能电 多晶硅，晶体硅材料是主要的光伏材料，其市场占有率在80%以 后相当长一段时期，也依然是太阳能的主流材料。
• 2. 西门子法是目前多晶硅生产的主流技术，约90%的多晶硅 短期内这种局面不会改变.
光伏电池制备工艺
光伏电池制备的准备
任务二·
晶硅电池产业链工艺流程
•
目录
• 一.相关概念
• 二.产业链结构
• 三.主要工艺流程
• 1.原生多晶硅
• 2.单晶硅拉制工艺
• 3.多晶铸锭工艺
• 4.准单晶工艺
• 5.电池片生产工艺
• 四.总结
太阳能电池
• 定义:光伏组件是一种暴露在阳光下便会产生 直流电的发电装置，几乎全部由半导体物料 （例如硅）制成的固体光伏电池组成。由于 没有活动的部分，故可以长时间操作而不会 导致任何损耗(电池板使用寿命20年以上)。简 单的光伏电池可以为手表及计算器提供能源 较复杂的光伏系统可以为房屋提供照明，并 入电网供电。
2019/8/16
• 冷氢化技术
三.主要
• 利用以下反应:SiCl4+2H2+3Si → 4SiHCl3
• 反应温度为450℃,压力范围1.5～1.8MPa,转化率大约为20%～25% 剂NiO
• 工艺优点：反应温度低，电耗低， TCS单耗≤ 1KWh/kg • 工艺缺点：气固反应，操作压力较高，对设备密封性要求高，操
2019/8/16
②改良西门工艺流程
三.主要
氯化氢 硅粉
四氯化硅
氯化 氯化氢
分离 氢气、三氯氢硅
冷凝
还原尾气
还原
氢还原 四氯化硅
多晶硅 三氯氢硅
氢净化 水电解
2019/8/16
③氢化方法：热氢化与冷氢化
三.主要
热氢化技术
利用以下反应:2SiCl4+H2﹦2SiHCl3+2HCl
反应温度为1200～1250℃,压力范围1.5～2.5个大气压力,三氯氢硅 为17%～20%左右.
2019/8/16
（2）工艺周期
整个工艺周期
三.主要
加加热热 出炉
1540 ℃ 约10-15h
熔熔化化
1430 ℃
长长晶晶
冷却
900 ℃ 约4h
1370 ℃
退退火火
2019/8/16
（3）多晶铸锭炉主要生产厂家
三.主要
• 国外主要厂商：美国GT SOLAR、德国ALD、普法拓普等 据中国多晶铸锭炉市场约50%。
2019/8/16
⑵ 改良西门子法
三.主要
①.主要反应原理： Si+HCl → SiHCl3+H2+SiCl4+SiH2Cl2（三氯氢硅合成炉） SiHCl3+H2 → Si+HCl（还原炉）
SiCl4+H2 →SiHCl3+HCl(氢化炉)
四氯化硅还原生产三氯氢硅一直是全球多晶硅生产企业广泛关注的焦点问题， 了副产物四氯化硅，同时还重新得到了生产多晶硅的原料三氯氢硅，氯化氢也可以自身 降低生产成本，各个生产企业都花费了大量的人力物力进行研究。
工艺优点：压力比较缓和,对设备要求低,安全性好,且氢气和四氯 此还原炉内四氯化硅浓度较高,保证了还原反应的速率以及充分 期分离的难度.
工艺缺点：反应温度高，电耗高，TCS单耗2.2 ～ 3KWh/kg，加热 运行费用较高，有碳污染的可能。
2019/8/16
热氢化改良西门子法多晶硅生产工艺流程简图
三.主要
• 国内主要厂商：绍兴精工、中电48所、华盛天龙、京
氩气主要使用量：不需全程吹氩，450铸锭炉单锭氩气耗量为70
直拉单晶拉制过程图
装炉
化料
引晶
放肩 冷却
2019/8/16
直拉单晶炉
2019/8/16
三.主要
三.主要
（2）氩气使用情况：整个热场系统，包括两大部分，加热 其它部分主耍是保温、导流，形成一定的温度梯度，使座落在 里的石英坩埚中的熔料能按要求的晶向结晶生长。
SiO2﹢SSi2OiCC2﹢＝→sSSiii﹢OC﹢2O＝22 SCiOO ﹢CO+Si
原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核 长成晶面取向相同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就形 成单晶硅.
2019/8/16
二.产业
太阳能级多晶硅 SoG:6~7N
Si+HCl→SiHCl3+H2 SiHCl3+H2→Si+HCl
直拉或区熔（CZ or FZ）
铸锭炉
铸锭炉
准单晶硅锭
二.产业
切
化学法：改良西门子
拉制单晶需全程通氩，一边抽空,炉内压力控制在20乇左右。 的热场结构，能迅速带走挥发物。减压有利于sio的挥发及防止 体，达到降氧和降碳的目的。 氩气流量：35-55L/min(联创炉)，投料公斤，耗气量约170立方
2019/8/16
三.主要
3.多晶铸锭工艺
（1）多晶铸锭炉发展趋势：a装料多 b周期短 C品质高
提纯工作量大。
2019/8/16
冷氢化改良西门子法多晶硅生产工艺流程简图
2019/8/16
TCS:三氯化硅 STC：四氯化硅 DCS：二氯二氢硅
（3）硅烷法
三.主要
最终用硅烷热解制得多晶硅的方法
其中制备硅烷的方法：硅镁合金工艺 、氯硅烷歧化工 金属氢化物工艺
2019/8/16
（4）冶金法
三.主要
冶炼
SiO2+C →Si+CO2
硅矿石
↑
silica
工业硅 MS-Si 1~2N
多晶铸锭wenku.baidu.com切片机
多晶硅片
切片机 单晶
多晶硅太阳能电池
太阳能光伏发电 系统
三
1.原生多晶硅
⑴ 三大主要生产方法
多晶硅
三.主要
改良西门子法 硅烷法 冶金法
注:前两种方法为化学方法,后一种为物理方法,国内改良西门子法占比 95%以上
种类
太阳能 电池
晶硅电池
多元化合物薄 膜电池
单晶硅电池
多晶硅电池
非晶硅薄膜电 池
硫化镉 砷化镓 铜铟硒薄膜
电池
多晶硅:是单质硅的一种形态.熔融的单质硅在过冷的条件下
子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取
,则这些晶粒结合起来,就形成多晶硅.
单晶硅：熔融的单质硅在过冷的条件下凝固时,硅