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1、第二章 主要原材料介绍第一节 晶体硅电池片一、半导体物理知识 硅材料主要特性 semiconductor 电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质称为半导体。导体室温时电阻率约在10-510+7欧/米之间，温度升高时电阻率指数则减小。 1 、硅原子结构硅（Si）原子序数为14,即它的原子核周围有14个电子，按照如图1所示分 层轨道排列。能鹽能视图卜5电子轨道对应的能带图3-1 硅的原子结构图1图22、能带分布 在孤立的原子中，电子只能在各个轨道运行，不同轨道的能量不同。在晶体中原 子的距离很近，相邻原子的电子轨道相互重叠相互影响，每个原子电场相互叠加。 如图 2 所示。3、硅掺杂定
2、义1）为获取需要的材料，人们将某种杂质加到半导体材料中的过程叫掺杂；2）把5价电子磷掺杂到纯净的硅晶格后，多出1个自由电子、约0.04eV的能 量，从而产生电子导电运动，同时磷原子缺少 1 个电子而变成带正电的磷离子， 由于磷离子在晶体中起放电作用，所以把5价磷称为施主型杂质，也叫做N杂 质；3）把3 价电子硼掺杂到纯净的硅晶格后，少出 1 个自由电子，所以要从硅原子 价键中获取1 个电子来填充，同时硅原子产生 1 个空穴，而变成带负电。所以 把3价硼称为受主型杂质，也叫做P杂质。庁由电产+4图310 n型硅和p型硅晶体结构示意图图3二、太阳能电池结构 如图（4），常规硅太阳能电池结构简述为：
3、1、P 层为基体为基区，厚 0.18-0.3mm；2、P层上的N层为顶区，也称为发射区，厚度为0.2-0.5“m，它为重掺杂；3、P 层和 N 层的交界处为 PN 结；4、N 层顶区上形成的欧姆接触电极称为上电极。它有母线与若干子栅线构成；5、基体下层形成的欧姆接触电极称为下电极；6、上下电极均为金属材料制作，其功能是将电能引出（正面主栅线表面是银浆， 经过高温处理后，和硅片形成银硅合金结；背面是铝膜烧结，主栅线经过高温烧 结后形成银铝合金结）；7、在电池受光面有一层减反射膜，是为了更好吸收阳光（硅片在印刷之前要对 正面进行腐蚀处理，形成许多“金字塔”式的表面，增加电池片的受光面积，各 个金字
4、塔面互相反射，有效地激活电池片的内部）。阳乌16”型人憎,总也池战半结构出藤圉丄一电他艮度丄a电池觉欣】A 眶枫吁H 一-护欣卩1字覽1 t一華烬哼虞* R一上屯樋】卑驱，7上Hltii咼絕旋堆 s上电握刪怨:砒醛，9下met悴虚匸*K反射膜刊伍图4三、太阳能电池发电原理1、用于太阳能电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和 任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成 半导体硅原子的外层有 4 个电子，按固定轨道围绕原子核转动。当受到外来能 量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一 个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子
5、和空穴的数目是相等的。如果在硅晶 体中掺入硼、镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体， 通常用符号 P 表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型 半导体，以符号 N 代表。若把这两种半导体结合，交界面便形成一个 PN 结；2、太阳能电池的 PN 结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。当太阳能电 池受到阳光照射时，电子接受光能，向 N 型区移动，使 N 型区带负电，同时空 穴向 P 型区移动，使 P 型区带正电。这样，在 PN 结两端便产生了电动势， 也就是通常所说的电压。这种现象就是 “光生伏打效应”。 能产生光伏效应的 材料有许多种， 如：单晶硅，多晶硅，
6、非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。3、在PN结交界面处N区一侧带正电荷，P区一侧带负电荷，空间电荷区中自 建电场的方向自N区指向P区。由于光照可以在空间电荷区内部产生电子一空 穴对，它们分别被自建电场扫向N区和P区,就如同有一个电子由P区穿过空 间电荷区到达N区，形成光致电流。在空间电荷区附近一定范围内产生的电子一 空穴对，只要它们能通过扩散运动到达空间电荷区,同样可以形成光致电流,光照 产生的电子和空穴扩散运动所能走的距离为扩散长度。光致电流使N区和P区 分别积累了负电荷和正电荷，在 PN 结上形成电势差,引起方向与光致电流相反 的 N 结正向电流。当电势差增长到正向电流恰好抵消光致电流的时候，便达
7、到 稳定情况，这时的电势差称为开路电压。如果PN结两端用外电路连接起来，则 有一股电流流过，在外电路负载电阻很低的情况，这股电流就等于光致电流，称为短路电流。太阳光线太阳电池结构原理下电粗 P阳强illfe卅讯*間上电检N型硅P型硅四、太阳能电池特性1、光电转换效率n%评估太阳电池好坏的重要因素；2、单体电池电压 V：0.4V0.6V 由材料物理特性决定；3、填充因子FF：评估太阳电池负载能力的重要因素。FF=(ImXVm)/(IscXVoc) X100%；其中：Isc短路电流，Voc开路电压，Im最佳工作电流，Vm最 佳工作电压；4、标准光强与环境温度地面：AM1.5光强，1000W/m2，
8、t二25C；5、温度对电池性质的影响，例如：在标准状况下AM1.5光强，t=25C某电池板 输出功率测得为100Wp,如果电池温度升高至45 C时，则电池板输出功率就不到 100Wp。五、太阳电池的运输、贮存在有外包箱的情况下贮存条件为：通风、干燥、相对湿度小于60%、温度不高于 30C，要求单独存放，贮存期限半年。第二节 EVA一、EVA的介绍1、晶体硅太阳电池封装材料是EVA,它是乙烯与醋酸乙烯脂的共聚物，简称EVA, 是一种热融胶粘剂，常温下无粘性而具有抗粘性，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
9、的效果。固化后的 EVA 能承受大气变化且具有 弹性，它将晶体硅片组“上盖下垫”包封，并和上层保护材料玻璃，下层保护材 料背板（聚氟乙烯复合膜）， 利用真空层压技术粘合为一体；2、EVA厚度在0.4mm0.6mm之间，表面平整，厚度均匀，内含交联剂，能在 150C固化温度下交联，采用挤压成型工艺形成稳定胶层；3、EVA固化方式主要有两种：快速固化常规固化；4、用于封装硅太阳能电池组件的EVA，主要根据透光性能和耐候性能进行选择；5、性能要求：1）熔融指数：影响 EVA 的融化速度；2）软化点：影响 EVA 开始软化的温度点；3）透光率：对于不同的光谱分布有不同的透过率，这里主要指的是在AM1.
10、5的 光谱分布条件下的透过率；4）密度：交联后的密度；5）比热：交联后的比热，反映交联后的EVA吸收相同热量的情况下温度升高数 值的大小；6）热导率：交联后的热导率，反映交联后的 EVA 的热导性能；7）玻璃化温度：反映 EVA 抗低温性能；8）断裂张力强度：交联后的 EVA 断裂张力强度，反映了 EVA 交联后的抗断裂机 械强度；9）断裂延长率：交联后的 EVA 断裂延长率，反映了 EVA 交联后的延伸性能；10）张力系数：交联后的 EVA 张力系数，反映了 EVA 交联后的张力大小；11）吸水性：直接影响其对电池片的密封性能；12）交联率： EVA 的交联度直接影响到它的耐侯性能；13）剥
11、离强度：反映了 EVA与玻璃，背板与EVA的粘结强度；14）耐紫外线老化：影响到组件在户外的使用寿命；15）耐热老化：影响到组件在户外的使用寿命；16）耐低温环境老化：影响到组件在户外的使用寿命。二、EVA的原理1、EVA 的性能主要取决于分子量（用熔融指数 MI 表示）和醋酸乙烯脂（以 VA 表 示）的含量。当MI 定时，VA的弹性，柔软性，粘结性，相溶性和透明性提 高， VA 的含量降低，则接近聚乙烯的性能。当 VA 含量一定时， MI 降低则软化 点下降，而加工性和表面光泽改善，但是强度降低，分子量增大，可提高耐冲击 性和应力开裂性；2、不同的温度对EVA的交联度有比较大的影响，EVA的
12、交联度直接影响到组件 的性能以及使用寿命。在熔融状态下,EVA与晶体硅太阳电池片，玻璃，背板产 生粘合，在这过程中既有物理也有化学的结合。未经改性的 EVA 透明，柔软， 有热熔粘合性，熔融温度低，熔融流动性好。但是其耐热性较差，易延伸而低弹 性，内聚强度低而抗蠕变性差，易产生热胀冷缩导致晶片碎裂，使得粘接脱层；3、通过采取化学交联的方式对EVA进行改进，其方法就是在EVA中添加有机过 氧化物交联剂，当 EVA 加热到一定温度时，交联剂分解产生自由基，引发 EVA 分 子之间的结合，形成三维网状结构，导致EVA胶层交联固化，当交联度达到60% 以上时能承受大气的变化，不再发生热胀冷缩。测定交联
13、度原理：通过二甲苯萃 取样品中未交联的EVA，剩下的未溶物就是已经交联的EVA，假设样品总量为W1, 未溶物的重量为W2,那么EVA的交联度就为W2/W1 *100%。三、EVA 的特性及作用1、特性：1）EVA 具有优良的柔韧性，耐冲击性，弹性，光学透明性，低温绕曲性，黏着 性，耐环境应力开裂性，耐候性， 耐化学药品性，热密封性。2、作用：1）封装电池片，防止外界环境对电池片的电性能造成影响；2）增强组件的透光性；3）将电池片，钢化玻璃，背板粘接在一起，具有一定的粘接强度；4）对电池组件的电性能输出有增益作用。EVA 技术参数指标四、EVA运输与贮存1、EVA 胶膜应避光、避热、避潮运输，平
14、整堆放，堆放高度不得多于四层，不 得使产品弯曲和包装破损；2、EVA胶膜的最佳贮存条件：放在恒温、恒湿的仓库内，其温度在0-30之间， 相对湿度小于 60%。避免阳光直照，不得靠近有加热设备或有灰尘等污染的地方， 并应注意防火。五、其他使用说明1、产品在收卷时有轻微拉紧，在放卷裁切时不应用力拉，建议留2%左右的纵向 余量，裁切后放置半小时，让胶膜自然回缩后再层叠更好；2、初次使用新设备时，应先采用模拟板层压试验，确认工艺条件合适后，再投 入正式生产；3、不要用手直接接触 EVA 胶膜表面，不要让产品受潮，以免影响粘接性能或导 致气泡的产生；4、未用完的EVA，要重新包装好；5、在裁切、铺设过程
15、中，最好设置除静电工序，以消除组件内各部件中的静电， 从而确保封装组件的质量。第三节 背板材料一 、材料介绍1、TPT简介：TPT (聚氟乙烯复合膜)，用在组件背面，作为背面保护封装材料。1) 构成：PVF聚氟乙烯薄膜，杜邦DUPONT的TEDLARPET聚酯薄膜(Polyester)PVF-PET-PVF三层薄膜构成的背膜，简称TPT；2) TPT有三层结构：外层保护层PVF具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层为聚 脂薄膜具有良好的绝缘性能，内层PVF经表面处理和EVA具有良好的粘接性能;3) (TEDLAR) PVF 薄膜的独特性能包括出色的耐候性、极佳的机械性能、延展 性，以及耐众多化学品、溶剂和着色剂的腐蚀。另外 TEDLAR. PVF 薄膜不含增 塑剂，具有出色的抗老化性能并在很宽的温度范围内保持了韧性和弯曲性。有关 测试机构对( TEDLAR) PVF 薄膜进行了 20 多年的户外风化试验。有力地证明(TEDLAR) PVF 薄膜的优越的机械性能和耐化学性能。2、PET 背板简介聚对苯二甲酸类塑料，主要包括聚对苯二甲酸乙二酯(
