光伏能源先进技术发展和关键技术应用 PPT

三、硅系太阳能电池的工艺介绍
➢ 拉晶、铸锭工艺
多晶硅的铸锭与单晶硅棒的拉直：
粉末状的多晶硅被生产出来之后需要经过铸锭炉或单晶炉 进行重新熔融，通过对加热温度、冷却时间等参数的控制 制成所需要的多晶硅锭和单晶硅棒；
1.单晶硅棒——直拉法
2.多晶硅锭——铸造法 注：硅的熔点是1420℃
三、硅系太阳能电池的工艺介绍
光伏能源先进技术发展 和关键技术应用
主要内容
一、光伏发电原理 二、光伏电池的分类 三、硅系光伏电池片的制造工艺介绍 四、高性能光伏电池及工艺介绍 五、光伏发电应用技术介绍 六、光伏检测设备介绍
一、光伏发电原理
太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转 换器才能转换成电能, 能将光能转换成电能的能 量转换器之一，就是光伏电池。
二、光伏电池分类
光伏电池
硅 化合物
单晶硅
晶体
多晶硅
非晶体
薄膜式多晶
铟硒铜CuInSe、碲化镉CdTe
砷化镓GaAs、磷化铟InP
二、光伏电池分类
常规晶体硅太阳电池
单晶硅太阳电池
实验室最高效率：24.7% 商业化批量生产效率：17%
多晶硅太阳电池
实验室最高效率：20.3%
商业化批量生产效率：16%
冶金法工艺 将金属硅在真空环境下加热熔化，利用电子
➢
束去除掉P（磷）。然后在Ar（氩）气体中熔化
后用等离子焊枪（Plasma Torch）去除B（硼），
凝固后提炼。应用普通金属提炼工序可将金属杂
质的浓度降至0.1ppmw以下。
四、高性能光伏电池及工艺介绍
PERL电池—高效晶体硅电池
PESC、PERC、PERL电池是新南威尔士大学研究了近20年的先进电池系 列，前两个子母PE（Passivated Emitter）代表前表面的钝化（选择 性扩散），后两个子母代表后表面的扩散和接触情况。其中PERL衍生 了南京中电的SE电池与尚德的PLUTO电池。
Rear Locally-diffused）电池是钝化发射极、背面定域扩光伏电池的
简称。1990年，新南威尔士大学的J.ZHAO在PERC电池结构和工艺的基
础上，在电池背面的接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池，
如图所示。2001年，PERL电池效率达到24.7％，接近理论值，是迄今
为止的最高记录。
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二、光伏电池分类
薄膜太阳电池
CdTe太阳电池 最高效率：16.9% 商业化：9-11%
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非晶硅薄膜太阳电池，最高
效率：12.8%（稳定）
商业化：6-8%
CIGS 薄膜太阳电池，最高效 率19.9%，商业化12%。
下一代薄膜太阳电池
三、硅系太阳能电池的工艺介绍
➢晶硅电池产业链
三、硅系太阳能电池的工艺介绍
一、光伏电池的基本原理
光谱响应
太阳光谱中，不同波长的光不同的能量，所含的光子数目也不相同。 因此，光伏电池接受光照射所产生的光子的数目也就不相同。
光伏电池在入射光中每一种波长的光能作用下所收集到的光电流， 与相对于入射到电池表面的该波长的光子数之比，叫做光伏电池的 光谱响应。
能够产生光生伏特效应的太阳能辐射波长范围一般在0.4~1.2um,最大 灵敏度在0.8~0.95um之间。
3 稳定性良好，不会产生光照衰减；
4 p-n结通过薄膜沉积的方式实现，基体厚度可以降低到较低水平，有利于降低成本。
HIT电池是高效太阳电池中比较成功的一种，2011年Sanyo公司的HIT电池产能达565 MW。 目前全球虽然有多个机构在研究HIT电池，但都很难重复或者达到Sanyo公司得到的结果， 表明该技术有较高的难度。
1 p-n结的制备是一个低温沉积过程（～250 ℃），避免了传统晶体硅太阳电池的高温 扩散过程（>850 ℃）对基体材料的热影响；
2 在p-n结之间沉积一层本征的非晶硅薄层，可以有效地降低结区复合速率，电池背面 的n型非晶硅层同基体形成高低结，同时本征非晶硅层起到背面钝化作用，可以有效降低 背面复合，提高电池开路电压；
PESC（钝化发射极背接触）电池1985年问世,可以做到大于83％的
填充因子和20.8％（AM1.5）的效率。
PERC（钝化发射极背场点接触）电池，用背面点接触来代替 PESC
电池的整个背面铝合金接触，这种电池达到了大约700mV的开路电压和
22．3％的效率。
PERL（钝化发射极背部局域扩散）（Passivated Emitter and
四、高性能光伏电池及工艺介绍
四、高性能光伏电池及工艺介绍
HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin-laye ）高效异质结太阳电池
早在1992年，Makoto Tanaka等人在三洋公司第一次制备出HIT电池，当时转换效率达 18.1%。经过不断改进，在100.4 cm2大小的硅片上，HIT电池的效率已经达到23%。HIT电 池中间为经过制绒的n型衬底硅，光照侧为p型/ i型（本征）非晶硅薄膜，背面为n型/ i 型非晶硅薄膜，前后表面溅射有TCO薄膜，电极制备在TCO薄膜上。HIT电池特点主要有以 下几个方面：
➢多晶硅的提纯
石英砂
焦炭
粗硅
• 石英砂为二氧化硅，中国储量丰富 • 冶炼过程简单，技术难度低，国内大量生产 • 粗硅纯度为95－99％,可用于合金掺杂，如变压器上的矽钢片
三、硅系太阳能电池的工艺介绍
➢多晶硅的提纯
粗硅
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Purify （精炼）
高纯硅
98％
99.999 999 999％
提纯方法
• 三氯氢硅氢还原法（ SiHCl3，改良西门子法） • 硅烷法（SiH4） • 四氯化硅氢还原法 （SiCl4 ） • 二氯二氢硅还原法 （SiH2Cl2 ） • 冶金法 • 锌还原法、钠还原法 • 从粗硅到高纯硅，价格涨幅近100倍
光伏电池的物理基础是由两种不同半导体材 料构成的大面积PN结，以及非平衡少数载流子在 PN结内电场作用下形成的漂移电流。
一、光伏发电原理
太阳光照射到由P、N型两种不同半导体材料 构成的太阳能电池上时，一部分光线被反射，一 部分光线被吸收，还有一部分光线透过电池片。
一、光伏发电原理
被吸收的光能激发被束缚的电子，产生“电子空穴”对，在PN结内电场作用下，电子、空穴相互 运动，若在电池两端接上负载，负载上就有电流流 过。当光线一直照射时，负载上源源不断地有电流 流过。单片太阳能电池就是一个薄片状的半导体PN 结。标准光照条件下，额定输出电压为0.5V左右。