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1、本word文档可编辑可修改目 录摘要i1绪论11.1太阳能应用前景22太阳能电池基础及制作工艺42.1太阳能电池 的基本构造42. 2太阳能电池 的工作原理43.3 太阳能电池简介43太阳能电池片 的丝网印刷 64.1丝网印刷工艺77884.3基本 的太阳能丝网印刷4.4.2硅片 的正面和背面印刷 4.5相关工艺参数4.6其他条件要求85对人文建筑 的展望95.1 生态住宅 的趋势结论参考文献91011致谢 1 21 摘要1 绪论1.1太阳能应用 的情景太阳能发电是最理想 的新能源，照射在地球上 的太阳能非常巨大，大约 40分钟照射在地球上 的太阳能，便足以供全球人类一年能量 的消费。可以说，
2、太阳能是真正取之不尽、用之不竭 的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想 的能源。从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：无枯竭危险；绝对干净（无公害）；不受资源分布地域 的限制；可在用电处就近发电；能源质量高；使用者从感情上容易接受；获取能源花费 的时间短。不足之处是：照射 的能量分布密度小，即要占用巨大面积；获得 的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总 的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国 的重视。要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其
3、成本，二是要实现太阳能发电同现在 的电网联网。目前，太阳电地主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达以上，但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发20电 的将是这种电池。一旦它 的大面积组件光电变换效率达到10，每瓦发电设备价格降到1 2美元时，便足以同现在 的发电方式竞争。据专家预测，本世纪末便可达到这一水平。当然，特殊用途和实验室中用 的太阳电池效率要高得多，如美国波音公司开发 的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而成 的太阳电地，光电变换效率可达限于在卫星上使用。36，快赶上了燃煤发电 的效率。但由于它太贵，目前只能太阳能
4、发电虽受昼夜、晴雨、季节 的影响。但可以分散地进行，所以它适于各家各户分激进行发电，而且要联接到供电网络上，使得各个家庭在电力富裕时可将其卖给电力公司，不足时又可从电力公司买入。实现这一点 的技术不难解决，关键在于要有相应 的法律保障。现在美国、日本等发达国家都已制定了相应法律，保证进行太阳能发电 的家庭利益，鼓励家庭进行太阳能发电。日本已于1992年 4月实现了太阳能发电系统同电力公司电网 的联网，已有一些家庭开始安装太阳能发电设备。日本通产省从 1994年开始以个人住宅为对象，实行对购买太阳能发电设备 的费用补助三分之二1 的制度。要求第一年有 1000户家庭、 2000年时有 7万户家庭
5、装上太阳能发电设备。据日本有关部门估计日本 2100万户个人住宅中如果有 80装上太阳能发电设备，便可满足全国总电力需要 的 14，如果工厂及办公楼等单位用房也进行太阳能发电，则太阳能发电将占全国电力 的 3040。当前阻碍太阳能发电普及 的最主要因素是费用昂贵。为了满足一般家庭电力需要 的 3千瓦发电系统 ,太阳能空调，需 600万至 700万日元，还未包括安装 的工钱。有关专家认为，至少要降到100万到 200万日元时，太阳能发电才能够真正普及。降低费用 的关键在于太阳电池提高变换效率和降低成本。不久前，美国德州仪器公司和 SCE公司宣布，它们开发出一种新 的太阳电池，每一单元是直径不到1
6、毫米 的小珠，它们密密麻麻规则地分布在柔软 的铝箔上，就像许多蚕卵紧贴在纸上一样。在大约 50平方厘米 的面积上便分布有 1，700个这样 的单元。这种新电池 的特点是，虽然变换效率只有 8-10%，但价格便宜。而且铝箔底衬柔软结实，可以像布帛一样随意折叠且经久耐用，挂在向阳处便可发电，非常方便。据称，使用这种新太阳电池，每瓦发电能力 的设备只要 15至 2美元，而且每发一度电 的费用也可降到 14美分左右，完全可以同普通电厂产生 的电力相竞争。每个家庭将这种电池挂在向阳 的屋顶、墙壁上，每年就可获得一二千度 的电力。进一步 的提高太阳电池 的转换效率和降低太阳电池 的生产成本是我们现阶段不断
7、研究 的课题。提高太阳电池 的转换效率 的方法，有在太阳电池中减少能量 的损失。损失有两种类型：光学损失和电学损失，其中光学损失主要体现以下 3种方式： 1.硅表面 的反射损失，经处理 的抛光硅片反射率可达30%以上；2.上电极 的遮光损失，作为上极电极 的金属栅线要遮掉 5%15% 的入射光；3.进入硅片能量大于禁带宽度 的光子在电池背面 的投射。三种光学性质 的损失中，硅表面 的反射损失最多。通过在太阳电池表面制备绒面可以有效降低太阳电池 的表面反射率。1.2本论文所研究 的主要内容本论文主要从实用、商品化太阳电池 的生产与工艺研究出发，对太阳电池生产丝网印刷1 的研究及技术改进进行了全方
8、位 的描述。在第二章中着重对制作太阳电池工艺过程进行了系统 的阐述，并对某些工艺进行了工艺条件 的实验，通过对比得到结论，总结提出了提高效率、降低成本 的个人看法。在三、四章主要从理论、图片和实际出发，提出了在太阳电池生产工艺中丝网印刷工艺 的重要性和其改进方法。1 2 太阳电池基础及其制作工艺2.1太阳电池基本构造和工作原理太阳电池 的基本构造（ a）( b )( c )a.太阳电池正面俯视图b.太阳电池部分立体图c.相应 的断面图其中 : 1 -太阳电池主栅线 2 -太阳电池副栅线、3 -太阳电池背电场4 -减反射膜5 -扩散层6 其区层图 2 1太阳电池 的基本结构图太阳电池工作原理太阳
9、电池是利用半导体光生伏打效应（ Photovoltaic Effect） 的半导体器件。半导体按其是否含有杂质及杂质成分，分为本征半导体、非本征半导体。高纯硅是一种本征半导体，在常温下只有为数极少 的电子穴对参与导电，部分自由电子遇到空穴会迅速恢复合成共价键电子结构，所以硅 的本征电阻率比较大。但如果在高纯中掺入极微量 的电活性杂质，其电阻率会显著下降。当向硅中掺入亿分之一 的硼，其电阻率就会降为原来 的千分之一。掺入对杂质不仅改变电导率，而且改变导电型号。当在硅中掺入磷、砷、锑等 5价元素（又称施主杂质），它们 的价电子多于价轨道，是多电子原子，在形成共价键之外，有多余 的电子，位于共价键之
10、外 的电子受原子核 的束缚力要比组成共价键 的电子小得多，只要得到很少 的能量，就能成为自己电子。同时，该 5价 的元素 的原子成为带正电阳离子。该材料以电子为多数载流子，称之为半导体。 N型半导体也有空穴，但数量少，称为少数载流子。如果 的在硅中掺入硼、镓、铝等3价元素（又称受主杂质），它 的价电子数目少于价轨道，是缺电子原子，在形成 的共价键内出现空穴，位于共价键内 的电子只需外界给很少能量，就会摆脱束缚过来填充，N型1 形成新 的空穴。同时该 3价元素 的原子成为带负电 的阴离子。该材料以空穴为多数载流子，称为 P型半导体。 P型半导体中也有自由电子，但数量很少，称为少数载流子。当型半导
11、体和 N型半导体紧密接触在一起时，在交界面上就会有自由电子和空穴 的浓度差，空穴向 N型半导体扩散，自由电子向 P型半导体扩散，在交界面附近，空穴和自由电子复合，于是在交界面附近， P型半导体带负电， N型半导体带正电，形成一个称为势垒电场 的内建电场，其方向从带正电 的 N区指向带负电 的 P区，电场 的形成阻碍了自由电子和空P穴 的扩散，从而形成一个稳定 的电场。当太阳光照射到P-N结上时，光能被吸收后，在P区 的N区形成浓度梯度，开导带和价带中产生非平衡载流子电子空穴。它们分别在始向P-N结作扩散运动。到达边界时受 P-N结势垒区存在 的强内建电场作用下将空穴推向P区，电子推向 N区，在
12、势垒区 的内建电场下，各向相反方向运动。离开势垒区，结果使得P区电势升高 N区电势降低， P-N结两端形成光生电动势，这就是 P-N 的光生伏特效应。具有光生伏特效应 的 PN结实际上就相当于一个电源，接上用电器后就能工作，这就是太阳电池 的工作原理。图2-2太阳电池工作原理图2.2太阳电池 的简介1 清洗制绒检测分选扩散制等离子去 PSG结刻蚀PECVD电极烧结丝网印刷图 2-3太阳电池制作工序清洗制绒：在太阳能电池中，其能量 的损失有两种类型，光学损失、电学损失，其中光学损失主要 的以下几种： 1硅表面上 的反射损失，抛光后 的硅片反射率在 30%发上；2上电极 的遮光损失，作为上电极 的金属栅线要遮盖5%-15% 的入射光； 3进入硅片能量大于禁带宽度 的光子在家电池背面 的投身。制绒是减少这些损失 的方法之一，通过在硅片表面 的制作绒面可以有效 的降低太阳能电池 的表面反射率，射延长了光程，增加了对红外光 的吸收，而且有更多 的光子在流子，从而增加了光生载流子 的收集机率；另外同样尺寸 的硅片积较大，可以提高短路电流，转换效率也会有相应 的提高。酸性制绒（主要适用于多晶硅）入射光在电池表面多次反P-N结附近会产生光生载,绒面电池 P-N结 的面Si+4HNO3=SiO2+4NO
