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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
2、灯 光伏发电的应用 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。 2006年全球光伏市场结构2007年全球光伏市场结构 全球光伏市场结构 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125125mm。 多晶硅主要是125125mm和 156156mm两种规格。 硅片 单晶硅硅片 硅片 多晶硅硅片
3、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 CZ法 FZ法 多晶硅硅锭 浇铸 热交换法及（HEM ）布里曼法（ Bridgeman） 电磁铸锭法 生产方法 硅片 n我公司使用的硅锭生长方法 n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
4、 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。 热交换法及布里曼法 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 n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 。 热交换法及布里曼法 硅片
5、 n总体来说，单晶和多晶硅锭的生长方法 各有所长，单晶的转换效率高，但产能 低、能耗大；多晶的转换效率相对较低 ，但能耗低、产能大，适合于规模化生 产。单晶的FZ及CZ方法与多晶定向凝固 生长方法的比较如下表所示。 单晶和多晶硅锭的生长方法比较 硅片 单晶和多晶硅锭的生长方法比较 硅片 多晶硅硅片加工工艺流程 硅片 硅片生产相关设备 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
6、料：硅料、NaOH、HF、HCL、去离子 水。 工艺清洗硅料 硅片 n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
7、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：HCT多线破锭机、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 破锭
8、 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 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、HCT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 硅片切割 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
9、、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 、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 硅片 n 周期表中III或V族元素, 如硼（B）、磷（P）等 电离能低，对电导率影响显著,作掺杂剂 P型掺硼（受主），N型掺磷（施主） n I副族和过渡金属元素,如F
10、e、Zn、Mn、Cr等 电离能高，起复合中心的作用 破坏 PN 结特性，少子寿命降低，转换效率下降 n 碳、氧、氮等形成化合物, 结晶缺陷, 性能不均匀 ， 硅片变脆 硅片中杂质的行为 硅片 杂质元素浓度对电池转换效率的影响 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
11、 单晶硅的晶体结构。单晶硅体 内的每个硅原子（Si）最近邻 有四个Si原子。未掺杂的硅称 为本征硅。 掺磷原子（P） 掺硼原子（B） P杂质原子最外层的电子数比硅原子多一个。 P杂质 原子多余的电子很容易挣脱原子核的束缚，成为自由 移动的电子。掺P杂质的Si半导体主要依靠电子导电， 称为n型Si，P杂质称为施主杂质。 B杂质原子最外层的电子数比硅原子少一个，相当于 B杂质原子最外层多了一个空穴。在常温条件下，B 杂质原子多余的空穴很容易挣脱原子核的束缚。掺B 杂质的Si半导体主要依靠空穴导电，称为p型Si，B杂 质称为受主杂质。 pn结 电池 Si原子 P杂质 B杂质 电子 空穴 内建电场 n
12、型硅中有数量较多的电子，p型硅中有数量较多的空穴。当n型硅和p型硅结合在一起后，n型硅中有部分电 子往p型硅中扩散，p型硅中有部分空穴往n型硅中扩散，使得n型硅在交界处附近留下带正电的离子实，p型 硅在交界处附近留下带负电的离子实。这两种离子实在交界处附近的区域内产生电场，称为内建电场，电 场方向由n型硅指向p型硅。n型硅和p型硅交界处附近的区域称为pn结。 pn结 电池 光生伏特效应 电池 在太阳光的照射下，硅片中激发出自由电子和自由空穴。自由电子和空穴扩散到p-n结附近，受到 内建电场的作用，电子往n型硅中漂移，空穴往p型硅中漂移。 电子带负电，空穴带正电。漂移到n型硅中电子使n型硅带多余
13、的负电荷，对外表现出负电性；漂移 到p型硅中的空穴使p型硅带多余的正电荷，对外表现出正电性。n型硅和p型硅之间对外具有一定的 电势差，称为光生电压或者光生电动势。 光生伏特效应 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（
14、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
15、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流程： 上 片 刻蚀槽 HNO3/ HF 水 喷 淋 碱洗槽 KOH 水 喷 淋 酸洗槽 HF/HCl 水 喷 淋 下 片 吹 干 风 刀 “一化一水”，硅片每经过一次化学品，都会经过一次水喷淋清洗。 除刻蚀槽和第一道水喷淋之间,其它的槽和槽之间都有吹液风刀。 除刻蚀槽外，其它化学槽和水槽都是喷淋结构 最后一道水喷淋（第三道水喷淋）由于要将所有化学品全部洗掉，所 以水压最大。相应的，最后的吹干风刀气压最大。 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多晶硅的酸腐蚀清洗机理： n硅被HNO3氧化，反应为： n用HF去除SiO2层，反应为： n总反应为： 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
