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1、太阳电池组件生产原理与工艺培训讲义2009年12月4日内容纲要u太阳电池组件的用途 u电池组件的生产原理 u太阳电池组件的类型 u太阳电池组件的生产工艺太阳电池组件的用途一、什么是太阳电池组件 二、太阳电池组件的应用范围 u并网光伏系统工程上的应用 u独立光伏系统工程的应用：独立户用系统和太阳能路 灯等 u光伏与建筑相结合（BIPV）是将太阳光能直接转变为直流电能的光伏发电装置。具有封装及内部联结的能单独提供直流电输出的最小可分割的太阳电池组合装置。根据用户对功率和电压的不同要求制成的太 阳电池组件可单个使用 ，也可以由数个太阳电 池组件经过串联（以满 足电压要求）和并联（ 以满足电流要求）形
2、成 供电方阵提供更大的电 功率。什么是太阳电池组件德国莱比锡地面德国莱比锡地面5MW5MW太阳能电站太阳能电站并网光伏系统工程上的应用德国巴伐利亚太阳公园德国巴伐利亚太阳公园6.3MW6.3MW太阳能发电站太阳能发电站并网光伏系统工程上的应用并网光伏系统工程上的应用深圳园博会屋顶太阳能电源深圳园博会屋顶太阳能电源屋屋 顶顶 并并 网网 光光 伏伏 系系 统统并网型光伏发电系统的优点是可以省去蓄电池 ，而将电网作为自己的储能单元。并网光伏系统工程上的应用独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，它主要用于无电网的边远地区及人口分散地区。独立光伏系统工程上的应用微波中继站太阳能电源微波中继站
3、太阳能电源光纤通讯太阳能电源光纤通讯太阳能电源天然气输送管道太阳能阴极保护电源天然气输送管道太阳能阴极保护电源光伏与建筑结合 （BIPV）该光伏玻璃幕墙结构在建筑上的应用，不仅达到了传统幕墙的功能，更具备光伏发电特性，是一种节能、环保的建材。产品特点：美观，采光性好有效利用闲娱场所可作为墙壁材料、 屋顶材料直接使用便于施工如何生产优质的太阳电池组件刚才已经介绍了太阳电池组件的主要用途，太阳电池 组件的主要作用就是将太阳能转换电能，太阳电池组件 是一种节能环保产品，在实际的应用中必须有足够长的 使用寿命才能够体现出节能环保的价值，一般我们对客 户承诺我们的产品的使用寿命至少为25年，为了保证太
4、阳电池组件的使用寿命和产品性能，我们应该主要做好 以下几个方面的工作：一、 采用合格优质的原材料二、合理的生产工艺三、专业的员工及严谨的工作作风n由于太阳电池本身易破碎、易被腐蚀，若直接暴露在大气 中，光电转化效率会由于潮湿、灰尘、酸雨等的影响而下 降，以至损坏失效。因此，太阳电池一般都必须通过胶封 、层压等方式封装成平板式构造再投入使用。n其中以真空层压封装的方法用得最为普遍,即将太阳电池 片的正面和背面各用一层透明、耐老化、粘结性好的热熔 性EVA（乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物胶膜）包封，采用透 过率高、耐冲击的钢化低铁玻璃做上盖板，用耐湿抗酸的 Tedlar复合薄膜（聚氟乙烯复合膜）或玻璃等
5、其它材料做 背板，通过真空层压工艺使EVA胶膜将电池片、正面盖板 和背板粘合为一个整体，从而构成一个实用的太阳电池发 电器件，一般称为太阳电池组件，俗称太阳电池板。太电池组件为什么要封装呢？太阳电池组件的原材料n太阳电池（电池片）：它的作用是将太阳能转换为电能， 是太阳电池组件中的核心器件。n钢化玻璃：nEVAn背板 铝边框n硅胶n接线盒n镀锡铜带是具有光电效应的半导体器件，具有正负极并能把太阳辐射能转换成电 能的最小太阳电池单元。单晶硅太电池片25太阳电池太阳电池太阳组件对 阳电池的要求确保每个组件所用电池单片的电性能一致性良好，一般组件的电性能是 通过单片的串联来实现的，每个组件所用到的单
6、片都必须确保它们有高度的电性 能一致性，否则将对成品组件的电性能造成较大的影响。在组件制造时，要对电 池片性能进行分选，不允许将电性能差异较大的电池片串联在同一块组件中。 太阳电池的电性能参数太阳能电池的电性能主要有以下的几个参数：开路电压Voc 短路电流Isc 最大功率点电压Vm最大功率点电流Im 最大功率Pm ；Pm Vm Im 填充因子FF； FF Pm/ （Voc Isc） 转换效率E.F.F串联电阻Rs； 并联电阻Rsh；20图所示为太阳电池的电路模型 蓝色虚线内表示太阳电池的等效电路IL光生电流 ID 二极管饱和 暗电流 RSH 并联电阻 RS 串联电阻太阳电池太阳电池的电路特性太
7、阳电池发电基本原理太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程，通常叫做“光生伏打效应”，太阳电池就是利用这种效应制成的。光 生 伏 打 原 理太阳电池当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子空穴对。这样，光能就以产生电子空穴对的形式转变为电能、 如果半导体内存在Pn结，则在P型和n型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向n区，空穴驱向P区，从而使得n区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在Pn结附近形成与势垒电场方向相反的光生电场。光生电场的一部分除抵销势
8、垒电场外，还使P型层带正电，n型层带负电，在n区与p区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别在P型层和n型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。 制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种 ，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术最 成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太 阳电池。阳电池。太阳电池硅片3太阳电池4太阳电池组件5硅棒2晶体硅太阳能电池片 基本元件高纯硅材料1太阳电池太阳电池的输出曲线 电流电压IscImVm Voc0IVMA1/RmPm为最大输出功率：
9、Pm=ImVm 评价太阳电池输出特性的另一重要参数是填充因 子FF定义为最大输出功率与(ISC .Voc)之比： FF=PmVocIsc=VmImVocIsc太阳电池的电学特性 1、太阳电池的极性太阳电池为n+p型，当太阳电池接受阳光照射时，太阳能电 池输出电压的极性，P型一侧电极为正，N型一侧电极为负。当 太阳电池作为电源与外电路连接时，太阳电池在正向状态下工 作。当太阳电池与其他电源联合使用时，如果外电源的正极与 太阳电池的P电极连接，负极与太阳电池的N极连接，则外电源 向太阳电池提供正向偏压：如果外电源的正极与太阳电池的N 极连接，负极与太阳电池的P极连接，则外电源向太阳电池提 供反向偏
10、压。太阳电池的电学特性 2、太阳电池的I-V(电流-电压)特性 太阳电池的的等效电路如图1所示，RL为外接负载。Rs为串联电阻，由 电池的体电阻、表面电阻、电极导体电阻和电极与硅片间的接触电阻 所组成。RSH为并联电阻(又称旁漏电阻)，由硅片边缘的漏电阻、电极 的漏电阻或体内的缺陷引起。ID为通过PN结的总扩散电流，与Isc方向 相反，又称为二极管反向电流(或饱和暗电流)。图1太阳电池的的等效电路太阳电池的电学特性 当RL为0时，所测的电流为电池的短路电流ISC，即太阳电池 存标准光强照射下,输出端短路时，流过太阳电池两端的电 流。短路电流与太阳电池面积大小有关，面积越大，短路 电流越大。般而
11、言，1cm2多晶硅太阳电池的ISC约为32mA 左右。对于单晶硅太阳电池由于表面金字塔绒面的效果 ,1cm2太阳电池的ISC约为34mA左右。同一块太阳电池，ISC与 入射光的辐照度成正比；当环境温度升高时，ISC略有上升 ， 一股温度每升高1度，ISC约上升0.1。理想的太阳电池，RS很小，RSH很大。由于Rs和RSH分别为串 联和并联在电路中，所以在进行理想电路计算时，可以忽 略不计。此时，流过负载 的电流为： IL=ISC-ID理想的PN结特性曲线方程为：太阳电池的电学特性 式中，Io为电池在无光照时的饱和暗电流，q为电子电荷， K为玻尔兹曼常数，A为二极管的品质因子。当RL无穷大时，所
12、测电压为电池的开路电压Voc，即太阳 电池在标准光强照射下，两端开路时，太阳电池的输出电 压。太阳电池的开路电压与光谱辐照度和材料特性有关， 与电池面积大小无关。在标准太阳光谱辐照度下，晶体硅 太阳电池的开路电压在600mV左右。当入射光谱辐照度变化 时，太阳电池的开路电压与入射光谱辐照度的对数成正比 ；环境温度每上升1，Voc约下降2mV。太阳电池的电学特性 当RL从零变到无穷大时，即可画出图示太阳电池的负载特 性曲线。曲线上的任一点部为工作点调节负载RL到某一值 Rm时，在曲线上得到一点M，得到的工作电流和工作电压之积 为最大，此时对应的Pm为最大输出功率：Pm=ImVm Imp为最大工作
13、点电流，Vmp为最大工作点电压。最大工作点与 原点的连线称为负载线负载线斜率的倒数即为RL。评价太阳电池输出特性的另一重要参数是填充因子FF定义 为最大输出功率与(ISC Voc)之比：FF=PmVocIsc=VmImVocIsc在定光强下，FF愈大， 曲线愈方，输出功率愈高。FF 与入射光强、反向饱和暗电流、A因子、串联、并联电阻密切 相关。太阳电池的电学特性 3、太阳电池的转换效率太阳电池的转换效率用表示，即太阳电池最大输出功 率与照射到电池上的入射光的功率之比。太阳电池的转换效率与太阳电池的结构、PN结特性、 材料性质、 电池的工作温度和环境变化等因素有关。4、太阳电池的弱光效应 地面用
14、太阳电池主要工作在地球表面晴天的太阳辐照度(600- 1000W/m2)，但有的用户比较关心太阳电池的暗特性，即太阳 电池的弱光效应。所谓太阳电池的弱光效应即太阳电池在太 阳辐照光谱保持AMl5不变的情况下，太阳光强在10Wm2以 下的情况。太阳电池的电学特性 在太阳电池内部产生的电能中，有一部分通过电池的漏电 流而损失。原则上讲，漏电流由两部分组成，即饱和暗电流 和流过Rsh的电流。从数量级上讲，饱和暗电流的大小在10 11A/cm2左右，可忽略不计。因R sh此的大小决定了漏电流的 大小。要提高弱光下太阳电池的开路电压，最重要的是提高太阳 电池的并联电阻。经过对材料、工艺不断的研究和优化，
15、采 用氢钝化的方法降低了晶粒间界复合中心的作用，生产出与 单晶硅电池效率相近的多晶硅太阳电池。太阳电池类型 单晶硅太阳电池 以单晶硅为基体材料的太阳电池 多晶硅太阳电池 以多晶硅为基体材料的太阳电池 化合物半导体太阳电池 指由两种或两种以上元素组成具有半导体特性 的化 合物半导体材料制成的太阳能电池。如硒铟铜太阳 电池、镝化镉太阳电池、硫化镉太阳电池、砷化镓 太阳电池等。 薄膜太阳电池 指用单质元素、无机化合物或者有机材料等制成的 薄膜为基体材料的太阳能电池。如非晶硅薄膜太阳 电池、多晶硅薄膜太阳电池等。薄膜太阳电池n 钢化玻璃，厚度3.2mm0.3mm；钢化性能符合国标：GB9963-88，
16、或者封装后的组件 抗冲击性能达到国标GB9535-88地面用硅阳电池组件环境实验方法中规定的性能指标； 一般情况下，透光率应高于91%；玻璃要清洁无气泡、不得裸手接触玻璃两表面。 采用低铁钢化绒面玻璃(又称为超白玻璃)，厚度3.2mm,在太阳电池光谱响应的波 长范围内(320-1100nm)透光率达91%以上，对于大于1200nm 的红外光有较高的反射率 。此玻璃同时耐太阳紫外光线的辐射，透光率不下降。钢化玻璃晶体硅太阳电池封材料是EVA，它乙烯与醋酸乙烯脂 的共 聚物。EVA是一种 热融胶粘剂，常温下无粘性而具抗粘 性，以便操作，经过一定条件热压便发生熔融粘接与交 联固化，并变的完全透明，长期的实践证明：它在太阳 电池封装与户外使用均获得相当满意的效果。固化后的EVA 能承受
