光伏行业基础知识.

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1、主要内容 u光伏产品的应用 u光伏产业链的介绍 u产业链各环节介绍 光伏产品的应用 什么是光伏？ u1839年，法国Becqueral第一次发现，在光照条件下， 某些固体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）。 u1954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。 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 太阳能飞行器 太阳能汽车 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

2、 光伏发电的应用 光伏产业链的介绍 光伏产业链 多晶硅料多晶硅片太阳电池光伏组件光伏系统 产业链各环节介绍 （一）硅片 生产多晶硅片的工艺流程 清洗，装料熔化，开始长晶继续生长 凝固，冷却硅锭出炉剖锭 多线切割硅片清洗 硅片 多晶硅料 多晶硅料产品：棒状、块状、粒状 硅片 多晶硅硅锭 硅片 多晶硅硅片 硅片 单晶硅硅棒 硅片 单晶硅硅片 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。 单晶硅片主要是125mm125mm。 多晶硅片主要是125mm125mm和 156mm156mm两种规格。 硅片 外观区别 n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

3、单晶硅硅片表面颜色均匀一致。 n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 单晶硅硅棒 提拉法（CZ法） 区熔法（FZ法） 多晶硅硅锭 浇铸法 热交换法（HEM法）及布里 曼法（Bridgeman） 电磁铸锭法 生产方法 硅片 n除去硅料表面的石英、金属离子等，先 使用碱液去除石英等，再使用酸混合液 酸洗，在用去离子水冲洗液浸泡至中性 ，最后烘干分类存放。 工艺清洗硅料 硅片 n设备、工模具：硅料清洗机、装硅料的 花篮、温度计、PH测量计、电阻率测量 仪、量杯、电子秤、防护服等 n材料：硅料、NaOH、HF、HCL、去离子水 。 工艺清洗硅料 硅片 n

4、装料前需对坩埚进行坩埚喷涂、坩埚烧 结处理，在坩埚内表面形成均匀厚度的 氮化硅。为避免硅料与坩埚接触污染硅 锭。 n装料时按照坩埚底大块硅料、上面细硅 料的原则，硅料缝隙间用细小硅料填充 。 工艺装料 硅片 n坩埚喷涂烧结设备、工模具、材料：坩 埚喷涂站、坩埚烧结炉、恒温箱、红外 测温枪、防护服、电动吸等；石英坩埚 、氮化硅粉、纯水、压缩空气 n装料设备、工模具、材料：硅锭运转车 、石墨护板、防护服、电子秤、工业吸 尘器；石英坩埚、硅料、硼母合金。 工艺装料 硅片 n在上面工艺流程中的熔化、定向生长、 冷却凝固、硅锭出炉都是在铸锭炉内完 成。生成完整的多晶硅锭。我公司使用 的铸锭炉原理方法是上

5、面介绍的“热交换 法及布里曼法”。 工艺铸锭 硅片 n设备、工模具：定向凝固炉（DSS）、装 卸料电瓶车、工业吸尘器、耐高温手套 、硅锭转运车等 n材料：真空油脂、氩气、压缩空气 工艺铸锭 硅片 铸锭炉图片 硅片 n将硅锭切割成一定尺寸的硅块，去除硅 锭四周边皮料，再对硅块四角轮流进行 倒角，最后去头尾。边皮料、头尾料中 含有较高的碳、氧、金属杂质等，严重 影响硅片性能。 工艺破锭 硅片 n设备、工模具：多线切割剖锭机、倒 角机、数控金刚石带锯床、防护服、 吊车 n材料：粘接剂、钢线、砂浆、金刚石 带锯 工艺破锭 硅片 n将处理好的硅块进行粘接、切割，切割 成设定厚度的硅片。目前硅片厚度一般

6、为180um和200um。粘接时，对硅块粘接 面、金属模板、玻璃进行清洗，使用粘 接剂粘接在一起。 工艺多线切割 硅片 n设备、工模具：超声波清洗机、多线切 割机、电瓶堆垛车、吹风机、铲刀、电 子秤等 n材料：硅块、粘接剂、卷纸、酒精、钢 线、砂浆等 工艺多线切割 硅片 n在硅片清洗前，对切割后的硅片进行预 清洗，将硅片从模板上清洗下来。硅片 清洗使用清洗剂、醋酸、纯水清洗，去 除粘接剂和各种表面杂质，得到清洁的 硅片。 工艺硅片清洗 硅片 n设备、工模具、材料：硅片预清洗设备 、硅片清洗机、清洗剂、醋酸、纯水多 晶硅片、硅片盒等 工艺硅片清洗 硅片 n使用Manz硅片检测设备对硅片进行测试

7、、分选，测试出每片硅片的性能参数， 根据性能分类。测试数据包括厚度、电 阻率、少子寿命等。相同分类的硅片包 装在一起。 工艺包装 硅片 n1、型号（ P型和N型， P型多晶硅是掺B，N型多晶硅 是掺P） n2、电阻率 n3、少数载流子寿命 n4、硅片边长 n5、对角线长度 n6、倒角 n7、厚度 n8、总厚度变化 硅片性能参数 产业链各环节介绍 （二）电池 电池 单晶硅太阳电池 多晶硅太阳电池 多晶硅太阳电池与单晶硅太阳电池的最大差别在于硅片，多晶 硅片是许多硅晶粒的集合体 晶体硅太阳电池 正面和背面的金属电极用来收集光激发的自由电子和空穴，对外输出电流； 减反射薄膜的作用是减小入射太阳光的反

8、射率；pn结的作用是将光激发的 自由电子输送给n型硅，将自由空穴输送给p型硅。 晶体硅太阳电池结构 电池 当太阳光照射到太阳电池表面时，由于光生伏特效应，太阳电池的正面电极和背面电极之间 产生光生电压，用金属导线接上电灯、电器等负载，可为这些负载提供电流。 太阳电池工作原理 电池 晶体硅太阳电池生产的工艺流程 电池 在硅片的切割生产过程中会形成厚度达10微米左右的损伤层，且可能引入一些 金属杂质和油污。如果损伤层去除不足，残余缺陷在后续的高温处理过程中向 硅片深处继续延伸，会影响到太阳电池的性能。 晶体化学表面处理（清洗制绒） 电池 电池 清洗的目的： n清除硅片表面的机械损伤层； n清除表面

9、油污和金属杂质； n形成起伏不平的绒面，减小太阳光的反射。 晶体化学表面处理（清洗制绒） 单晶硅片的清洗采用碱液腐蚀的技术，碱液与硅反应生成可溶于水的化合物，同时在表面形成“金字塔” 状的绒面结构。多晶硅片的清洗则采用酸液腐蚀技术，酸液与硅反应生成可溶于水的化合物，同时形成 的绒面结构是不规则的半球形或者蚯蚓状的“凹陷”。 晶体化学表面处理（清洗制绒） 电池 由于绒面结构的存在，入射光经绒面第一次反射后，反射光并非直接入射到空气中，而是遇到邻近 绒面，经过邻近绒面的第二次甚至第三次反射后，才入射到空气中，这样对入射光就有了多次利用 ，从而减小了反射率。表面没有绒面结构的硅片对入射光的反射率大于

10、30%，有绒面结构的硅片对 入射光的反射率减小到了12%左右。 晶体化学表面处理（清洗制绒） 电池 电池 n多晶硅片的酸腐蚀清洗机理： 通常应用的硅的酸腐蚀液包含氧化剂（如HNO3） 和络和剂（如HF）两部分。 一方面通过HNO3与硅的氧化作用在硅的表面生 成SiO2，另一方面通过HF对SiO2的络和作用生成 可溶性的络和物。 电池 n多晶硅片的酸腐蚀清洗 除HCl酸外，HF酸, HNO3酸，KOH，都是 强腐蚀性的化学药品，其中HF腐蚀更是强 烈，他们的固体颗粒、溶液、蒸汽会伤害 到人的皮肤、眼睛、呼吸道。 清洗设备 电池 多晶硅片的清洗设备 磷扩散 电池 电池 磷扩散的目的： n制备太阳电

11、池的核心pn结； n吸除硅片内部的部分金属杂质。 磷扩散 电池 磷扩散的方法 n三氯氧磷（POCl3）液态源扩散 n喷涂磷酸水溶液后链式扩散 n丝网印刷磷浆料后链式扩散 目前行业上普遍采用第一种方法，这种方法具有生产 效率较高，得到的pn结均匀、平整和扩散层表面良好 等优点，非常适合制作大面积的太阳电池。 磷扩散 电池 n三氯氧磷（POCl3）液态源扩散原理 N2 电池 nPOCl3 POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源 无色透明液体，具有刺激性气味。如果纯度 不高则呈红黄色。 比重为1.67，熔点2，沸点107，在潮湿 空气中发烟。 POCl3很容易发生水解，POCl3极易挥发。升温

12、下与水接触会反应释放出腐蚀有毒易燃气体 。 管式扩散炉 磷扩散 电池 扩散后的硅片除了表面的一薄层n型硅外，在背面以及周边都有n型硅薄层， 而晶体硅太阳电池实际只需要表面的n型硅，因此须去除背面以及周边的n型 硅薄层。 背面及周边刻蚀 电池 电池 背面以及周边刻蚀的目的： n去除硅片背面和周边的pn结； n去除表面的磷硅玻璃（PSG）。磷硅玻璃是扩散过程 中的反应产物，是一层含磷原子的二氧化硅。 背面以及周边刻蚀的方法： n酸液腐蚀（湿法刻蚀） n等离子体刻蚀（干法刻蚀） 背面及周边刻蚀 电池 n背面和周边刻蚀原理 硝酸硝酸/ /亚硝酸（亚硝酸（HNOHNO 2 2 ）将硅氧化成二氧化硅（主）

13、将硅氧化成二氧化硅（主 要是亚硝酸将硅氧化）。要是亚硝酸将硅氧化）。 二氧化硅和氢氟酸反应（快反应），生成四氟二氧化硅和氢氟酸反应（快反应），生成四氟 化硅和水（快反应），四氟化硅又和水化合成化硅和水（快反应），四氟化硅又和水化合成 氟硅酸进入溶液。氟硅酸进入溶液。 硫酸不参与反应，仅仅是增加氢离子浓度，加硫酸不参与反应，仅仅是增加氢离子浓度，加 快反应，增加溶液黏度（增大溶液与快反应，增加溶液黏度（增大溶液与PSGPSG薄层间薄层间 的界面张力）和溶液密度。的界面张力）和溶液密度。 湿法刻蚀设备 背面及周边刻蚀 电池 PECVD镀氮化硅（SiN）薄膜 电池 电池 PECVD镀SiN薄膜的目的

14、： nSiN薄膜作为减反射膜可减小入射光的反射； n在SiN薄膜的沉积过程中，反应产物氢原子进入到SiN 薄膜内以及硅片内，起到了钝化缺陷的作用。 PECVD镀氮化硅（SiN）薄膜 太阳电池表面的深蓝色SiN薄膜 PECVD镀氮化硅（SiN）薄膜 电池 电池 SiN薄膜的物理性质和化学性质： n结构致密，硬度大 n能抵御碱金属离子的侵蚀 n介电强度高 n耐湿性好 n耐一般的酸碱，除HF和热H3PO4 PECVD镀氮化硅（SiN）薄膜 电池 SiN薄膜的优点 n优良的表面钝化效果 n高效的光学减反射性能（厚度和折射率匹配） n低温工艺（有效降低成本） n含氢SiNx:H可以对mc-Si提供体钝化

15、 PECVD镀氮化硅（SiN）薄膜 入射光在SiN薄膜表面发生一次反射，在SiN薄膜和硅片界面发生第二次反射，通 过适当选取SiN薄膜的厚度和折射率，可以使一次反射光和二次反射光相抵消， 从而减小了反射。沉积SiN减反射膜后，硅片表面对入射光的平均反射率可进一 步减小到5%左右。 PECVD镀氮化硅（SiN）薄膜 电池 电池 n硅烷（SiH4） 硅烷在常温常压下为具有恶臭的无色气体。在室 温下着火，在空气或卤素气体中发生爆炸性燃烧 。即使用其它气体稀释，如果浓度不够低，仍能 自燃。硅烷在氩气中含2%、氮气中含2.5%、氢 气中含1%时，它仍能着火。硅烷浓度在小于1% 时不燃，大于3%时自燃,1

16、%-3%时可能燃烧。 PECVD镀膜设备 PECVD镀氮化硅（SiN）薄膜 电池 丝网印刷与烧结 电池 电池 丝网印刷的目的： n印刷背面电极浆料，银铝（Ag/Al）浆，并烘干； n印刷背面场浆料，铝浆，并烘干； n印刷正面电极浆料，银浆，并烘干。 烧结的目的： n燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的金属 电极。 丝网印刷与烧结 正面电极背面电极 丝网印刷与烧结 电池 丝网印刷设备，每台印刷机后都有一台烘干炉 丝网印刷与烧结 电池 烧结炉 丝网印刷与烧结 电池 将太阳电池接上负载。在光照条件下，改变负载的电阻，太阳电池的输出电压V、输出电流 I 和 输出功率 P 将随之变化。记录下 V、I、P 的变化情况，并将数据绘成曲线，将得到上图的曲线 ，称为太阳电池的电流电压特性。 晶体硅太阳电池的电流电压特性 电池