光伏行业基础知识(硅片、电池、组件)

硅片 ➢ 区熔法生产单晶示意图
硅片
➢ 浇铸
浇铸法将熔炼及凝固分开，熔炼在一个石英砂 炉衬的感应炉中进行，熔融的硅液浇入一个石 墨模型中，石墨模型置于一个升降台上，周围 用电阻加热，然后以1mm/min的速度下降。其 特点是熔化和结晶在两个不同的坩埚中进行， 这种生产方法可以实现半连续化生产，其熔化、 结晶、冷却分别位于不同的地方，可以有效提 高生产效率，降低能源消耗。缺点是因为熔融 和结晶使用不同的坩埚，会导致二次污染，此 外因为有坩埚翻转机构及引锭机构，使得其结 构相对较复杂。
热交换法及（HEM） 布里曼法
（Bridgeman） 电磁铸锭法
硅片 ➢ 切克劳斯基法（CZ法）
CZ 法是利用旋转着的籽晶从坩埚中的熔体中提拉制备出 单晶的方法，又称直拉法。目前国内太阳电池单晶硅硅片 生产厂家大多采用这种技术。
多晶硅硅料置于坩埚中经加热熔化，待温度合适后，经过 将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等步 骤，完成一根单晶硅锭的拉制。炉内的传热、传质、流体 力学、化学反应等过程都直接影响到单晶的生长及生长成 的单晶的质量，拉晶过程中可直接控制的参数有温度场、 籽晶的晶向、坩埚和生长成的单晶的旋转及提升速率，炉 内保护气体的种类、流向、流速、压力等。
光伏发电的应用
神州五号飞船上的太阳能帆板
空间站上的太阳能帆板
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 光伏发电的应用
太阳能汽车
太阳能飞行器
光伏发电的应用
光伏发电站
光伏发电的应用
通过光伏供电的通讯基站
太阳能电池充电器
光伏发电的应用
太阳能路灯
全球光伏市场结构
2006年全球光伏市场结构
2007年全球光伏市场结构
从2006、2007 年全球光伏市场结构来看，欧洲市场占全球份额高居70%以上， 日本市场逐渐下降，美国市场稳步攀升，这与各地区的光伏产业政策的扶持力 度直接相关。
硅片 ➢ 热交换法及布里曼法
热交换法结晶炉炉内结构示意图
硅片
➢ 热交换法及布里曼法
布里曼法则是在硅料熔化后，将坩埚或加热元 件移动使结晶好的晶体离开加热区，而液硅仍 然处于加热区，这样在结晶过程中液固界面形 成比较稳定的温度梯度，有利于晶体的生长。 其特点是液相温度梯度dT/dX 接近常数，生长 速度受工作台下移速度及冷却水流量控制趋近 于常数，生长速度可以调节。实际生产所用结 晶炉大都是采用热交换与布里曼相结合的技术。
硅片 ➢ 直拉单晶炉及其基本原理示意图
硅片
➢ 区熔法（FZ）法
区域熔化是对锭条的一部份进行熔化，熔化的部分称 为熔区，当熔区从头到尾移动一次后，杂质随熔区移 到尾部。利用这种方法可以进行多次提纯，一次一次 移动熔区以达到最好的提纯效果，但由于液固相转变 温度高，能耗大，多次区熔提纯成本高。区熔法有水 平区熔和悬浮区熔，前者主要用于锗提纯及生长锗单 晶，硅单晶的生长则主要采用悬浮区熔法，生长过程 中不使用坩埚，熔区悬浮于多晶硅棒和下方生长出的 单晶之间。由于悬浮区熔时，熔区呈悬浮状态，不与 任何物质接触，因而不会被沾污。此外，由于硅中杂 质的分凝效应和蒸发效应，可获得高纯单晶硅。目前 航天领域用的太阳电池所用硅片主要用这种方式生长。
光伏产业链的介绍
光伏产业链
中国的光伏行业产业链
中国的光伏行业产业链
产业链各环节介绍
（一）硅片
硅片 ➢ 硅材料
硅片 ➢ 多晶硅硅锭
硅片 ➢ 单晶硅硅棒
硅片
➢ 目前晶体硅太阳电池硅片分为单晶硅硅 片和多晶硅硅片。
➢ 单晶硅主要是125×125mm。 ➢ 多晶硅主要是125×125mm和
156×156mm两种规格。
硅片
➢ HEM + Bridgeman 法示意图( 热源 及保温框移动)
硅片
➢ 电磁铸锭法
这种方法的特点是不使用坩埚，硅料通 过加料装置进入加热区，通过感应加热 使硅料熔融，当硅液向下移离开加热区 后，结晶生长，如此通过不断加料，不 断将结晶好的硅锭往下移，就可以实现 连续生长，锭子高度可达1～2m 。但用 这种方法生产的硅锭晶粒尺寸小，横截 面小，因此容量也不大。
主要内容
光伏产品的应用 光伏产业链的介绍 产业链各环节介绍
光伏产品的应用
什么是光伏？
1839年，法国Becqueral第一次发现，在光照条件下， 某些系统的两端具有电压，用导线将两端连接起来后， 有电流输出，这就是光生伏特效应（photovoltaics， 简称PV）。
1954年,贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6％的单 晶硅太阳电池，现代硅太阳电池时代从此开始。
硅片 ➢ 单晶硅硅片
硅片 ➢ 多晶硅硅片
硅片
➢ 外观区别 多晶硅硅片相对于单晶硅硅片，有明显
的多晶特性，表面有一个个晶粒形状， 而单晶硅硅片表面颜色一致。 单晶硅硅片因为使用硅棒原因，四角有 圆形大倒角，而多晶硅硅片一般采用小 倒角。
硅片 ➢ 生产方法
单晶硅硅棒
多晶硅硅锭
CZ法 FZ法
浇铸
硅片
➢ 热交换法与布里曼法结合示意图 ( 坩埚移动)
下图为一个热交换法与布里曼法相结合的结晶炉示意 图。图中，工作台通冷却水，上置一个热开关，坩埚 则位于热开关上。硅料熔融时，热开关关闭，结晶时 打开，将坩埚底部的热量通过工作台内的冷却水带走， 形成温度梯度。同时坩埚工作台缓慢下降，使凝固好 的硅锭离开加热区，维持固液界面有一个比较稳定的 温度梯度，在这个过程中，要求工作台下降非常平稳， 以保证获得平面前沿定向凝固。
硅片
➢ 热交换法与布里曼法结合示意图 ( 坩埚移动)
硅片
➢ 热交换法与布里曼法结合示意图 ( 热源及保温框移动) 下图为另一类型的热交换法与布里曼法
结合的炉子，这种类型的结晶炉加热时 保温框和底部的隔热板紧密结合，保证 热量不外泄。开始结晶时，坩埚不动， 将石墨加热元件及保温框往上慢慢移动。 坩埚底部的热量通过保温框和隔热板间 的空隙散发出去，形成温度梯度。
硅片 ➢ 铸造法硅锭炉示意图
硅片
➢ 热交换法及布里曼法
热交换法及布里曼法都是把熔化及凝固置于同 一坩埚中（ 避免了二次污染），其中热交换法 是将硅料在坩埚中熔化后，在坩埚底部通冷却 水或冷气体，在底部进行热量交换，形成温度 梯度，促使晶体定向生长。下图为一个使用热 交换法的结晶。炉示意图该炉型采用顶底加热， 在熔化过程中，底部用一个可移动的热开关绝 热，结晶时则将它移开以便将坩埚底部的热量 通过冷却台带走，从而形成温度梯度。