太阳能晶硅电池发展历程及其关键材料技术
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晶硅太阳能电池简介
太阳能概况 太阳能电池的分类
晶硅太阳能发电原理以及关键材料 技术
太阳能电池发展简介
源自文库
太阳能概况
1 太阳能是各种可再生资源中最重要的基本能源， 生物质能，风能，海洋能，水能等都来自太阳能， 广义地说，太阳能包括以上各种可再生资源。 2 太阳能作为可再生资源的一种，则是指太阳能 的直接转化和利用。 3 通过转化装置把太阳的辐射能转化成热能利用 的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电 的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域。 4 通过转换装置把太阳的辐射能转化成热能利用 的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是 利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的， 因此又称为太阳能光伏技术。 返回
平板太阳能电池、聚光太阳能电池、分光太阳能 电池；
返回
晶体硅太阳能发电原理简介 关键材料技术
· 单晶硅材料 · 多晶硅材料
晶体硅太阳能发电原理简介
晶体硅的发电过程：P型晶体硅经过掺杂磷可 得N型硅，形成P—N结，当光线照射到硅晶体的表 面时，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传 递给硅原子，使电子发生跃迁，成为自由电子， 在P—N结两侧聚集，产生电位差。当外部接通电 路时，在该电压作用下，将有电流流过外部电路 产生一定的输出功率。 太阳能电池是一种将太阳转变成电能的一种 器件，能产生光伏效应的材料很多，如单晶硅、 多晶硅、非晶硅、砷化镓、硒铟铜等。其产生电 的原理是相同的。
太阳能电池的分类
〃从基本材料分
晶体硅电池、非晶体硅电池、薄膜电池、硒光电 池、化合物电池、有机半导体； 晶体硅电池：单晶硅、多晶硅； 非晶体硅电池：单结、双节、三节； 化合物太阳能电池：硫化镉、硒铟铜、磷化铟、锑 化镉、砷化镓；
〃从用途分类
空间太阳能电池、地面太阳能电池、光伏传感器；
〃按工作方式分类
返回
单晶硅材料：
单晶硅材料制造要经过如下过程：石英砂—冶 金级硅—提纯和精炼—沉积多晶硅锭—单晶硅—硅 片切割。硅主要以SiO2形式存在于石英和沙子中。 它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而 成。该过程能量消耗很高，所以硅的生产通常在水 电过剩的地方进行。典型的半导体级硅的制备过程 粉碎的冶金级硅在硫化床反应器中与HCI气体，混 合并反应生成生成三氯氢硅和氢气， Si+3HCI→SiHC13＋H2。接着，通过精馏使SiHC13 与其它氯化物分离，经过精馏的SiHCl3，其杂质水 平可低于10-10％的电子级硅要求。提纯后的 返回 SiHC13通过CVD原理制备出多晶硅锭。
多晶硅材料：
由于硅材料占太阳电池成本中的绝大部分，降低硅材 料的成本是光伏应用的关键。浇铸多晶硅技术是降低成本 的重要途径之一，该技术省去了昂贵的单晶拉制过程，也 能用较低纯度的硅作投炉料，材料及电能消耗方面都较省。 1）铸锭工艺：铸锭工艺主要有定向凝固法和浇铸法两种。 定向凝固法是将硅料放在柑塌中加以熔融，然后将柑塌从 热场中逐渐下降或从增蜗底部通上冷源以造成一定的温度 梯度，使固液界面从柑蜗底部向上移动而形成晶锭。 2）多晶硅结构及材料性能 ：采用计算机图象仪可对硅 片缺陷及少子寿命等参数进行面扫描，这对观察多晶硅材 料性能、结构及进行系统分析具有很大帮助。 3）硅片加工技术： 常规的硅片切割采用内圆切片机， 其刀损为0．3一0．35mm，使晶体硅切割损失较大，且大 硅片不易切得很薄。近几年，多线切割机的使用对晶体硅 片的成本下降具有明显作用。
晶体硅太阳能电池生产流程示意图
太阳能电池发展介绍
从发现光伏现象，太阳能电池已经有近170多年的发展历史。 1839年法国人发现了光伏现象，38年后才研制出第一片硒太阳电池， 仅有1%的转换效率，作为发电没能推广。1954年 美国贝尔实 验室的3位科学家才做出具有实用价值的单晶硅电 池 （4.5%），几年后迅速提升到10%，这时主要用于卫星、航天器（价 格太高，每瓦要近2000美圆）。 上世纪70年代后，由于化石能源危机（石油、煤炭），再生能源 被各国重视，尤其是太阳能电池，此时的工艺、材料研究得到迅速 发展，从1995年以后，太阳能电池以每年35%的年增长幅度高速发展。 价格也大幅度降低（2—4美圆每瓦) 最近5年是世界光伏电池快速增长几年，平均年增长速度超过40%。 2004年全球太阳能电池产量1200MW，2005年产量达到1650MW，比 2004年增加38%。转换效率常规生产单晶15.5%、多晶14.5%，实验室 达24.8%。 由于世界各国加大了对硅和生产工艺的研究，加上地球硅材料及 其丰富，有人预计，太阳能发电21世纪中叶将占整个能源市场的 20%-50%。
太阳能概况 太阳能电池的分类
晶硅太阳能发电原理以及关键材料 技术
太阳能电池发展简介
源自文库
太阳能概况
1 太阳能是各种可再生资源中最重要的基本能源， 生物质能，风能，海洋能，水能等都来自太阳能， 广义地说，太阳能包括以上各种可再生资源。 2 太阳能作为可再生资源的一种，则是指太阳能 的直接转化和利用。 3 通过转化装置把太阳的辐射能转化成热能利用 的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电 的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域。 4 通过转换装置把太阳的辐射能转化成热能利用 的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是 利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的， 因此又称为太阳能光伏技术。 返回
平板太阳能电池、聚光太阳能电池、分光太阳能 电池；
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晶体硅太阳能发电原理简介 关键材料技术
· 单晶硅材料 · 多晶硅材料
晶体硅太阳能发电原理简介
晶体硅的发电过程：P型晶体硅经过掺杂磷可 得N型硅，形成P—N结，当光线照射到硅晶体的表 面时，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传 递给硅原子，使电子发生跃迁，成为自由电子， 在P—N结两侧聚集，产生电位差。当外部接通电 路时，在该电压作用下，将有电流流过外部电路 产生一定的输出功率。 太阳能电池是一种将太阳转变成电能的一种 器件，能产生光伏效应的材料很多，如单晶硅、 多晶硅、非晶硅、砷化镓、硒铟铜等。其产生电 的原理是相同的。
太阳能电池的分类
〃从基本材料分
晶体硅电池、非晶体硅电池、薄膜电池、硒光电 池、化合物电池、有机半导体； 晶体硅电池：单晶硅、多晶硅； 非晶体硅电池：单结、双节、三节； 化合物太阳能电池：硫化镉、硒铟铜、磷化铟、锑 化镉、砷化镓；
〃从用途分类
空间太阳能电池、地面太阳能电池、光伏传感器；
〃按工作方式分类
返回
单晶硅材料：
单晶硅材料制造要经过如下过程：石英砂—冶 金级硅—提纯和精炼—沉积多晶硅锭—单晶硅—硅 片切割。硅主要以SiO2形式存在于石英和沙子中。 它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而 成。该过程能量消耗很高，所以硅的生产通常在水 电过剩的地方进行。典型的半导体级硅的制备过程 粉碎的冶金级硅在硫化床反应器中与HCI气体，混 合并反应生成生成三氯氢硅和氢气， Si+3HCI→SiHC13＋H2。接着，通过精馏使SiHC13 与其它氯化物分离，经过精馏的SiHCl3，其杂质水 平可低于10-10％的电子级硅要求。提纯后的 返回 SiHC13通过CVD原理制备出多晶硅锭。
多晶硅材料：
由于硅材料占太阳电池成本中的绝大部分，降低硅材 料的成本是光伏应用的关键。浇铸多晶硅技术是降低成本 的重要途径之一，该技术省去了昂贵的单晶拉制过程，也 能用较低纯度的硅作投炉料，材料及电能消耗方面都较省。 1）铸锭工艺：铸锭工艺主要有定向凝固法和浇铸法两种。 定向凝固法是将硅料放在柑塌中加以熔融，然后将柑塌从 热场中逐渐下降或从增蜗底部通上冷源以造成一定的温度 梯度，使固液界面从柑蜗底部向上移动而形成晶锭。 2）多晶硅结构及材料性能 ：采用计算机图象仪可对硅 片缺陷及少子寿命等参数进行面扫描，这对观察多晶硅材 料性能、结构及进行系统分析具有很大帮助。 3）硅片加工技术： 常规的硅片切割采用内圆切片机， 其刀损为0．3一0．35mm，使晶体硅切割损失较大，且大 硅片不易切得很薄。近几年，多线切割机的使用对晶体硅 片的成本下降具有明显作用。
晶体硅太阳能电池生产流程示意图
太阳能电池发展介绍
从发现光伏现象，太阳能电池已经有近170多年的发展历史。 1839年法国人发现了光伏现象，38年后才研制出第一片硒太阳电池， 仅有1%的转换效率，作为发电没能推广。1954年 美国贝尔实 验室的3位科学家才做出具有实用价值的单晶硅电 池 （4.5%），几年后迅速提升到10%，这时主要用于卫星、航天器（价 格太高，每瓦要近2000美圆）。 上世纪70年代后，由于化石能源危机（石油、煤炭），再生能源 被各国重视，尤其是太阳能电池，此时的工艺、材料研究得到迅速 发展，从1995年以后，太阳能电池以每年35%的年增长幅度高速发展。 价格也大幅度降低（2—4美圆每瓦) 最近5年是世界光伏电池快速增长几年，平均年增长速度超过40%。 2004年全球太阳能电池产量1200MW，2005年产量达到1650MW，比 2004年增加38%。转换效率常规生产单晶15.5%、多晶14.5%，实验室 达24.8%。 由于世界各国加大了对硅和生产工艺的研究，加上地球硅材料及 其丰富，有人预计，太阳能发电21世纪中叶将占整个能源市场的 20%-50%。