晶硅太阳能电池技术及其应用详解

晶硅太阳能电池工艺-制绒
制绒的目的
1.去除硅片表面的机械损伤层 2.清除表面油污和金属杂质 3.形 成起伏不平的绒面，增加硅片对太阳光的吸收。
单晶制绒原理：
单晶硅片在一定浓度范围的碱溶液中被腐 蚀时是各向异性的，不同晶向上的腐蚀速 率不一样。 利用这一原理，将特定晶向的单晶硅片放 入碱溶液中腐蚀，即可在硅片表面产生出 许多细小的金字塔状外观，这一过程称为 单晶碱制绒。
单晶硅太阳能电池的工艺-扩散
单晶硅太阳能的工艺-刻蚀
刻蚀的作用：去除扩散后硅片四周的N型硅，磷硅玻璃（目前采用湿法刻蚀）
湿法刻蚀原理：HNO3氧化生成SiO2，HF再去除SiO2，水在张力的作用下吸附在硅
片表面：
4HNO3 +3Si
3SiO2 +4NO+2H2O
SiO2 +4HF SiF4+2HF
晶硅太阳能电池简介与分类
硅基太阳能电池是指以硅为基本原料制造的太阳电池，其中包括: 1.单晶硅太阳能电池 2.多晶硅太阳能电池 3.冶晶硅太阳电池 4.非晶硅薄膜太阳能电池 5.非晶/微晶硅叠层太阳能电池 6.多晶硅薄膜太阳能电池
2013-2020年全球光伏市场规模走势图
晶硅太阳能电池发展
1839年，法国科学家贝克雷尔发现液体的光生伏特效应 1917年，波兰科学家切克劳斯基发明CZ技术，后经改良发展成为太阳能用单晶 硅的主要制备方法。 1941年，奥尔在硅材料上发现了光伏效应。 1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅 太阳能电池。 1955-1975年，由于单晶电池成本较高，产业界不断致力于降低晶体制造成本， 并提出铸锭单晶工艺 1976年，铸锭单晶技术失败，德国瓦克公司率先将铸锭多晶用于太阳能电池生产， 牺牲晶体品质以降低发电成本。 2005-2010年，多晶电池技术基于相对便宜的成本快速扩大份额。
2013年，松下HIT单晶电池转换效率达到25.6%，突破了光伏产业界最高理论效 率极限，人们再次评估各种技术的性能和成本区间 2013-2015年，采用单晶组件与采用多晶组件的电站单位投资成本持平。
晶硅太阳能电池工艺
制造太阳电池片，首先要对经过清洗的硅片，在高温石英管扩散炉对硅片 表面作扩散掺杂，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。目的是在硅片上形成 P/N结。然后采用丝网印刷法，用精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧 结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射膜 ，单晶硅太阳电池的单 体片就制成了。单体片经过检测，即可按所需要的规格组装成太阳电池组件 （太阳电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框 架和装材料进行封装，组成各种大小不同太阳电池阵列。目前大规模生产的单 晶硅太阳电池的光电转换效率为20％左右，实验室成果也有24％以上的。
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内光电效应，将光能转换为电能。根据 所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅基太阳能电池和薄膜电池， 目前产业化主要以硅基太阳能电池为主，其中单晶硅太阳能电池受 到了广泛关注与应用
晶硅太阳能电池简介与分类 硅基太阳能电池产业化模式
晶硅太阳能电池简介与分类 太阳能电池发电的原理主要是半导体的内光电效应，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
成可以参照上图
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型半导体。黄色的为磷原子 核，红色的为多余的电子。如 上图
SiF4+2H2O H2SiF6
上片
操作方向，带速1.34 m/min
单晶硅太阳能电池的工艺-刻蚀
单晶硅太阳能电池的工艺-PECVD
采用PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ）技术沉积SiNx薄 膜可以显著减少光的反射，且对硅片表面和体内进行钝化。 优点：（1）折射率大（2）掩蔽作用好（3）沉积温度低（4）增强钝化效果； 原理：利用辉光放电产生低温等离子体，在低气压下将硅片置于辉光放电的阴极 上，借助辉光放电加热硅片，使硅片达到预定温度，然后通入适量的反应气体， 气体经过一系列反应，在硅片表面形成固体薄膜。
晶硅太阳能电池技术详解
内容
晶硅太阳能电池简介与分类 晶硅太阳能电池发展 晶硅太阳能电池工艺 新型晶硅太阳能电池 硅基太阳能电池发展方向及前景
晶硅太阳能电池简介与分类
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源， 不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用中；太阳能光电利用 是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项 目之一。
小氮（N2）：将三氯氧磷吹进石英管， 控制P源浓度
三氯氧磷（POCl3）：扩散P源，温度 控制在20℃
单晶硅太阳能电池的工艺-扩散
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
插片
进舟
回温氧化
预沉积
升温
外观检查
卸片
降温出舟
推井
注意事项： 1.卸片时要注意是否有隐裂片和偏磷酸片，要及时测试硅片方阻 2.一旦发现三氯氧磷泄露，操作人员迅速脱离现场，由专业人员对现场进 行处理。
晶硅太阳能电池工艺-制绒
晶硅太阳能电池工艺-扩散
扩散的目的：形成P-N结
采用携带法将POCl3液态源代入扩散炉内，在高温加热的情况下实现扩散：
5POCl3
3PCl5+P2O5(>600℃）
2P2O5 +SiO2
5SiO2+4P
氧气（O2）：对三氯氧磷进行氧化 大氮（N2）：保护气体，防止硅片氧 化，维持扩散炉管内的气体均匀流动
晶硅太阳能电池简介与分类 当P型和N型半导体材料结合时，P 型（ N型）材料中的空穴（电子）向N
型（ P 型）材料这边扩散，扩散的结果使得结合区形成一个势垒，由此而产 生的内电场将阻止扩散运动的继续进行，当两者达到平衡时，在PN结两侧形 成一个耗尽区（即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。