太阳能电池片的构造和分类

第一章 硅片（电池片）一、太阳能电池片的构造和分类1.制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应2.太阳能电池片又分为晶体硅电池（又分为单晶硅和多晶硅） 、非晶硅薄膜电池、化学太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池等。晶体硅太阳能电池主要基材为硅（又称为硅片） ，它对硅原料的纯度要求特别高，纯度要达到99.99999以上，电池片的生产过程必须是在无尘车间生产的。3.硅片制作过程生产过程可分为五个步骤 a提纯过程 b拉棒过程 c切片过程 d表面印刷电池过程 e封装过程 . 单晶硅制作过程①提纯 ②拉棒（硅柱） ③打磨（修边）④切片（一般厚度为 0.2-0.4mm）⑤印刷 精配好的银浆印在硅片上做成栅线（细栅线收集阳光，将光能汇集到主栅线上，再通过互联条导出电流、电压。 ） ，并在有栅线的表面涂覆一层减反射膜，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。同时经过烧结制成背电极，电池片的主栅线是银硅合金和银铝合金结。多晶硅制作过程 基本同单晶硅制作过程 （不同点②） ， 单晶硅是拉棒多晶硅是硅锭然后切方。4.单晶硅与多晶硅的区别1）制作过程单晶硅拉棒 多晶硅硅锭2）形状由于制作过程的不同所以硅片的形状也有所不同。单晶呈圆状，多晶为四方形。3）转换效率硅系列太阳能电池中，由于技术最为成熟，单晶硅大阳能电池转换效率最高。单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成熟的加工处理工艺基础上的，现在单晶硅的电池的转换效率可达到 19.79 以上。 但是单晶硅片从提拉的硅棒上锯割打磨而成。 因此实际消耗的硅材料更多。 为了节省材料， 人们从 70 年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。目前效率达 16.42以上。单晶硅的成本要大大高于多晶硅。4）颜色单晶硅表面颜色比较单一，一般颜色为黑色，深蓝、浅蓝和褐色。层压后颜色加重多为黑色。多晶硅表面有可视硅纹（晶向）颜色一般为深蓝、蓝色、褐色和淡紫色。层压后比层压前颜色稍深但变化不会太大。二、 太阳能的发电原理和性能参数的关系1.太阳能发电原理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 个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 个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。 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 P－ N结。太阳能电池的 P－ N 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 P－ N 结两端便产生了电动势，也就是通常所说的电压。这种现象就是上面所说的 “ 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， 非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现已晶体硅为例描述光发电过程。当光线照射太阳电池表面时， 一部分光子被硅材料吸收 ;光子的能量传递给了硅原子， 使电子发生了越迁， 成为自由电子在 P-N 结两侧集聚形成了电位差， 当外部接通电路时， 在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是光子能量转换成电能的过程2.太阳能电池的性能参数1）转换效率 η 评估太阳电池好坏的重要因素。2）单体电池电压 V 一般为 0.4V 0.6V 主要是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。 FFIm Vm/Isc Voc 4） 太阳能电池的重要参数及关系 Isc 短路电流， Voc 开路电压， Im 最佳工作电流， Vm最佳工作电压； Pm 功率， η --转换效率。 Pm I m Vm ，Pmη 电池片面积（ 125 单晶大倒角电池片面积 14856mm2，小倒角面积电池片面积越小电流越小，电压不变。电池片在串联时电流不变（但电流取最低电流值）电压相加，并联时电流相加，电压不变。5）太阳能电池测试的标准光强与环境温度地面 AM1.5 光强 1000W/m 2 ， t 25 ℃；6）温度对电池性质的影响，例如在标准状况下 ,AM1.5 光强， t25℃某电池板输出功率测得为 100Wp, 如果电池温度升高至 45℃时，则电池板输出功率就不到 100Wp ，也就是说电池温度在 25℃的基础上，温度越高电池电压就越低，相反电流就越高。三、电池片的储存环境在温度不高于 30℃，湿度小于 60 的环境下密封保存，使用期限为半年。