太阳能电池片生产制造工艺调查报告

关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 1/3 关于光伏行业部分领域的调查报告学院 物理与电子工程学院专业 光电信息工程（光伏技术与产业）姓名 陈俊飞学号 050409126 指导教师 冯金福职称 教授二 0 一一年六月关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 2/3 目 录光伏产业简介 3 一、简介 3 二、产业优势 3 三、产业技术 4 四、国内现状 4 五、政策向导 6 太阳能电池片生产制造工艺 . 10 一、硅片检测 . 10 二、表面制绒 . 10 三、扩散制结 . 10 四、去磷硅玻璃 . 10 五、等离子刻蚀 . 11 六、镀减反射膜 . 11 七、丝网印刷 . 11 八、快速烧结 . 11 九、外围设备 . 12 组件制作前道工序中的常见质量问题分析与改进方法 . 13 一、概述 . 13 二、制作工序、常见质量问题分析及改进 . 13 关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 3/3 光伏产业简介一、简介利用太阳能的最佳方式是光伏转换，就是利用光伏效应，使太阳光射到硅材料上产生电流直接发电。以硅材料的应用开发形成的产业链条称之为“光伏产业”，包括高纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、相关生产设备的制造等。太阳能电池我国 76的国土光照充沛，光能资源分布较为均匀；与水电、风电、核电等相比，太阳能发电没有任何排放和噪声，应用技术成熟，安全可靠；除大规模并网发电和离网应用外，太阳能还可以通过抽水、超导、蓄电池、制氢等多种方式储存， 太阳能＋蓄能 几乎可以满足中国未来稳定的能源需求。太阳能是未来最清洁、安全和可靠的能源，发达国家正在把太阳能的开发利用作为能源革命主要内容长期规划，光伏产业正日益成为国际上继 IT 、微电子产业之后又一 爆炸式发展的行业。二、产业优势太阳能产业关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 4/3 1、 永不枯竭。2、采集太阳能的地点的地理位置要求不高；相对而言，水电站或风电站对地理位置要求则比较高。3、建立太阳能发电站所需的时间和成本都比水电站要低。4、开采和使用太阳能不会造成环境污染，是理想的绿色能源。5、适用范围广，就算一般家庭也可以利用太阳能发电。也因此，世界各国为了更有效地开采和使用太阳能，不断地发展着太阳能光伏组件技术，尽可能地利用这个“永不枯竭”的能源。三、产业技术率先利用太阳能发电的是发达的欧美国家和日本。 自 1969 年世界上第一座太阳能发电站在法国建成，太阳能发电的比例在欧美国家逐渐提高，太阳能光伏技术也得到了不断发展。其中， 欧盟是世界上光伏发电量最大的地区。 在 2008 年， 这个区域占全球光伏发电量的 80。而德国和西班牙的光伏发电总量总和约占欧盟的 84，是名副其实的光伏发电强国。这些成就要归功于欧盟近 20 年来持续推动光伏产业发展。 欧盟预计在 2020 年，太阳能光伏发电将占欧盟总发电量的 12。日本也是太阳能发电的强国，而且使用范围非常广，一般家庭都可以使用太阳能光伏装置发电。他们的做法是通过政府补贴，鼓励家庭购买家用的光伏发电装置。每个家庭通过光伏发电装置产生的剩余电量可以卖给政府或电力公司。这使日本的光伏发电量不断提高，也使日本的能源利用率大幅提升。美国虽然在光伏发电技术上较早起步，但由于以往美国政府对光伏发电并不重视，以至美国的光伏发电的发电量和技术革新不如欧盟和日本。但随着美国奥巴马政府出台一系列鼓励发展新能源的政策，美国在光伏发电产业上大有后来居上的势头。现在，美国的不少州出台了可再生能源配额标准。以加州为例，凡在住屋、商业建筑或公用建筑屋顶上安装太阳能设备的家庭或企业，都可获得州政府的多项补助，其中包括享受 30的减税优惠，减少30的安装成本等。四、国内现状中国作为目前世界上经济发展最迅速的经济体，在光伏发电领域的技术和应用只是处于世界的下游水平。其中的主要原因是国内还没有掌握太阳能光伏电池所需要的多晶硅提纯技术，该技术目前被国外的大企业所垄断，因而国内生产太阳能光伏电池的成本很高。光伏发电的成本是一般发电成本的数倍，也因此造成无法广泛普及。现在，由于国际上对于太阳能光伏电池的需求日益庞大，越来越多国内企业成为光伏电池的 OEM工厂，并且借此机会不断发展壮大。美国的新能源政策为国内光伏企业提供了一个发展良机，一些国内的行业龙头已经开始在美国成立承包光伏发电项目的子公司，积极进军当地光伏发电市场。中国的光伏产业有 95的市场都在国外，国内的应用还是十分有限。长期来看，中国再关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 5/3 不广泛应用太阳能光伏发电技术，中国经济发展所遇到的能源问题将会越来越严重，能源问题必定成为中国经济发展的巨大障碍。中国是太阳能资源丰富的国家之一。中国有荒漠面积108 万平方公里， 主要分布在光照资源丰富的西北地区。 1 平方公里面积可安装 100 兆瓦光伏阵列，每年可发电 1.5 亿度；如果开发利用 1％的荒漠，就可以发出相当于中国 2003 年全年的耗电量。目前，在中国的北方、沿海等很多地区，每年的日照量都在 2000 小时以上，海南更是达到了 2400 小时以上，是名副其实的太阳能资源大国。可见，中国具备了广泛应用光伏发电技术的地理条件。中国政府在近年内也出台了一些关于发展新能源的政策。其中以最近出台的关于实施金太阳示范工程的通知最为引人注目。该通知重点支持用户侧并网光伏发电、独立光伏发电、大型并网光伏发电等示范项目建设，以及硅材料提纯、并网运行等光伏发电关键技术产业化和相关基础能力建设，并根据技术先进程度、市场发展状况等确定各类示范项目的单位投资补助上限。 对并网光伏发电项目， 原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的 50给予补助；其中偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的 70给予补助；对于光伏发电关键技术产业化和基础能力建设项目， 主要通过贴息和补助的方式给予支持。这一政策推动中国从光伏电池的代工工厂逐渐成为太阳能光伏发电强国。对于这一历史良机，国内光伏企业所面对同行的挑战其实更为严峻。只有不断地提升光伏产品质量，打通国内、国际销售渠道，才能更好地利用机会，将企业做大做强。太阳能具有可再生和环保等方面的特点，这种优势让包括中国在内的许多国家将太阳能作为重点发展的新能源产业。 中国大陆光伏产品主要供应给欧美市场，国内市场份额很小。近年来，由于欧美各国市场需求的增大，我国光伏产业取得了快速的发展，最近 5 年的年均增长速度达到 40以上。在政策进一步加大扶持力度的背景下，未来光伏产业的增长前景将更为广阔。光伏发电产业链从上游到下游，主要包括的产业链条包括多晶硅、硅片、电池片以及电池组件。在产业链中，从多晶硅到电池组件，生产的技术门槛越来越低，相应地，公司数量分布也越来越多。因此，整个光伏产业链的利润主要集中在上游的多晶硅生产环节，上游企业的盈利能力明显优于下游。目前，中国大陆多晶硅生产获取的利润在最终电池组件产品利润总额中的比例最高，约达到 52；电池组件生产的利润占比约为 18；而电池片和硅片生产的利润占比分别约为 17和 13。自 2008 年以来，多晶硅价格开始出现较大幅度的回落，到目前，国内多晶硅现货价格已由去年的 500 美元 / 千克回落至 100-150 美元 / 千克。多晶硅产能扩张速度过快，而需求增长相对缓慢是导致价格下跌的主要因素。据 iSuppi公司的预测， 2009 年，全球多晶硅供应量将翻一番，而需求的增长幅度仅为 34。因此，多晶硅的价格存在进一步下跌的可能性。 iSuppi 甚至表示，到 2010 年的时候，多晶硅现货价关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 6/3 格将降至 100 美元 / 千克，这将大大降低多晶硅供应商的盈利能力。多晶硅价格下跌将增厚电池片生产商的利润，不过，纯硅片业务也存在很大风险。不论是上游的多晶硅供应商，还是下游的电池片制造商，制造硅片都不存技术性难题。当上下游同时进军硅片业务的时候，硅片业务这一链条的利润受到大幅挤压。我国光伏产业已经形成了比较完整的产业链， 2009 年中国内地多晶硅产量超过了两万吨，太阳能电池产量超过了 4000 兆瓦，连续 3 年成为全球太阳能电池的第一大国。2010 年 5 月，中国光伏产业联盟成立，吸引 22 家国内光伏骨干企业、行业协会及研究机构加入。中国光伏产业联盟以引导行业联合创新、推动应用、规范发展为核心，研究鼓励光伏产业发展的各项政策，加大对企业技术改造和产业升级的支持力度。中国光伏产业联盟将致力于整合产业资源、推进结构调整、转变发展方式，增强行业凝聚力，扩大国际影响力与竞争力。五、政策向导我国成为国外太阳能光伏产业生产基地在气候变化和能源短缺的背景下，太阳能发电越来越受到投资者的追捧。２００６年，全球２５０万千瓦的太阳能电池产量中， 我国占到３７万千瓦， 超过美国，成为继日本、德国之后世界第三大太阳能电池生产国。在太阳能电池生产企业较为集中的江苏，近两年此类企业如雨后春笋，成为促进地区经济发展的重要力量。记者走进无锡尚德太阳能电池生产车间， 看到现代化流水线上， 产品检验后迅速合成，一块纸巾大小的太阳能电池板市场价格达到１００元。无锡二泉太阳能科技有限公司是２００６年投入１． ５亿元建成的企业，今年供国外产品订单不断，２００７年将完成１５兆瓦产量，产销额达到４．５亿元，明年将完成１００兆瓦产量，产销额突破３０亿元。不过，光伏产业骄人业绩的背后存在隐忧，主要是国内有产业无市场。无锡二泉太阳能科技有限公司董事长张二建告诉记者，该企业产品９８％以上出口海外，国内需求不到２％。不久前，中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会（ＣＲＥＩＡ）与绿色和平、欧洲光伏产业协会、世界自然基金会联合发布了２００７中国光伏发展报告 。这份由ＣＲＥＩＡ秘书长、国家发改委能源研究所副所长李俊峰等专家执笔的报告指出，近几年我国光伏产业迅速崛起，但产品绝大部分出口到国外市场。为了实现能源和环境的可持续发展，德国、西班牙、日本等国家纷纷鼓励发展包括太阳能光伏在内的可再生能源。迅速增长的国际市场拉动了中国光伏产业的发展。由于生产成本较低，我国成为国外太阳能光伏产业生产基地。有人戏称，尚德等太阳能电力企业其实是在 “ 发洋财 “ 。光伏产业政策制约明显这个局面的出现，很大程度上是由于光伏产业的政策制约。在国内， 光伏发电的应用主要集中于农村电气化和离网型光伏产品。由于电力部门尚未正式接受光伏发电上网，并网型的光伏市场没有真正启动。截至２００６年，光伏发电累计装机仅为８万千瓦。无锡尚德副总经理解晓南的看法在光伏产业界具有代表性由于政策问题，国内市场不能很快启动，我们非常着急。就现阶段而言，阻碍光伏推广的最直接因素是成本。过去３０多年里，尽管光伏发电成本由每度５美元下降到０．５美元左右，但仍远高于常规电力。目前在一座别墅屋顶上装上一个每年可以关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 7/3 发电３０００度的 “ 太阳能发电厂 “ ，要花费１５万－２０万元。由于光伏发电成本高昂，只能依靠政府支持。一些国家采取收购上网、财政补贴等政策来促进光伏产业发展。德国２０００年颁布了可再生能源法，其主要特点之一是 “ 固定上网电价 “ 政策，电网公司必须全额收购光伏发电的上网电量；日本的政策倾斜体现为给用户补贴。在我国，可再生能源法于２００６年１月１日开始实施。这部法律对支持光伏发电等可再生能源列有专门条款，但很长一段时间内缺乏实施细则和配套政策。目前，业界正苦苦等待 “ 收购上网 “等扶持政策。“ 收购上网 “ 是指由电网公司按照光伏发电的成本加合理利润进行收购，多出的费用在全国消费者中均摊。专家透露，我国已开始征收每度电１厘钱的可再生能源附加费，并准备在上海等城市启动屋顶光伏发电计划。 此外， 国家将在一些公开招标的大型工程项目中要求电网公司收购光伏电力。中国可再生能源学会理事长石定寰认为， 国家的政策支持力度还应加大。从长远看， 国内市场缺失会限制中国光伏产业的发展。要实现规模化生产，提高光伏产业的竞争力，必须建立和刺激国内消费市场。国内光伏产业已经做好准备，在技术研发等方面进行投资，但必须有稳定的政策保证这些投资可以获得相应回报。在各种可再生能源中，风能不稳定，生物质能资源有限，核能所需的铀矿今后也可能用完，而太阳能取之不尽。如果等到太阳能价格降到和化石能源差不多的时候再来发展，机会就错过了。我国光伏产业发展面临技术困境目前我国光伏企业的自主研发实力普遍不强，主要的半导体原材料和设备均靠进口，技术瓶颈已严重制约我国光伏产业的发展。在整个光伏产业链中，封装环节技术和资金门槛最低，致使我国短时间内涌现出１７０多家封装企业，总封装能力不少于２００万千瓦。但由于原材料价格暴涨、封装产能过剩，这些企业基本上没有多少利润，产品质量也参差不齐。相对而言，处于产业链上游、拥有先进技术的无锡尚德、南京中电光伏等太阳能电池制造商，日子要好过得多。目前，他们生产的多为第一代晶体太阳能电池，性能稳定，是市场上的主流产品。不过，在世界范围内，太阳能电池产品正由第一代向第二代过渡，第二代产品的薄膜太阳能电池的硅材料用量少得多，其成本已低于晶体太阳能电池。在专家看来，薄膜太阳能电池今后将和晶体太阳能电池展开激烈竞争。中科院电工所研究员、中国可再生能源学会副理事长孔力认为，我国在晶体太阳能电池的后续研发，以及薄膜太阳能电池的研发等方面与国外存在较大差距，至少落后１０年。目前光伏技术的世界纪录保持者基本上是国外公司。例如，日本京瓷推出了光电转换效率为１８． ５％的多晶体硅太阳能电池； 日本三洋利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳能电池，光电转换效率达２２％；美国联合太阳能公司以微米级不锈钢带为衬底的柔性非晶硅薄膜太阳能电池，与其他公司的玻璃硬衬底太阳能电池相比具有重量轻、可弯曲等优点。世界光伏技术不断突破，产业成本不断下降。 ２００７中国光伏发展报告称，随着技术的不断进步和产业规模的不断扩大，光伏发电的成本有望在２０３０年以后与常规电力相竞争，成为主流能源利用形式。在９月份于北京举行的２００７世界太阳能大会暨展览会上，国际太阳能学会副主席、日本京瓷公司顾问汤川荣男介绍，日本计划在２０１０年、２０２０年和２０３０年将光伏发电的成本分别降到相当于每度电１．５元、０．９３元和０．４７元人民币的水平。另据国际能源署预测，２０２０年世界光伏发电的发电量将占总发电量的２％，２０４０年则会占到２０％－２８％。光伏产业发展需要国家加大政策支持我国光伏产业发展目前正处在上升期，如果能够突破政策和技术方面的瓶颈，必然前途无限。上海交通大学太阳能研究所所长、博士生导师崔荣强认为，当前国家应加强政策引导，促进行业缩短与国际先进水平的差距。首先，制定以 “ 培养光伏应用市场和促进光伏产业发展 “ 为目标的中长期规划，从法律上规定和关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 8/3 细化可再生电力采购比例和重点用途。其次，鼓励民用上网。借鉴国外经验，逐步启动和实施真正意义的 “光伏屋顶计划 “ ，确立光伏发电在全国电力能源结构中的地位。第三，建立专项扶持资金，在金融财税等环节实施费用减免政策。如目前国内电费中抽出专用资金补贴到光伏产业中；贫困地区发展光伏用电，政府补贴一部分，企业支持一部分，以成本价支持等。第四，借鉴发达国家普通建筑必须要有光伏产品的经验，在发达地区实施公共设施、政府建筑必须采用太阳能的刚性政策。第五，扶持上游高纯度硅原材料产业，降低光伏电池成本，进而加快光伏并网电站成本的降低和应用推广。六、发展前景借鉴强国经验如今， 世界光伏产业的领导者非德国、日本莫属。这两个并不具有得天独厚的太阳能光伏发电条件的国家为何成功其背后的原因应该引起我们的关注。与日本相比，中国的太阳能光伏产业还处于初级阶段，尚未实现大规模装机。 中国的光伏产业可以借鉴日本的哪些经验呢中投顾问新能源行业研究员沈宏文在接受本报采访时表示， 可以借鉴的经验主要有以下几点 全球变暖以及能源价格的高企，倒逼日本这样一个能源缺乏的国家将光伏产业放在了国家发展的优先地位。 日本经济产业省运用各种措施，发展本国的光伏产业，包括“新阳光工程”、“5 年光伏发电技术的研究与开发计划”和“住宅光伏系统推广计划”。相关资料显示，日本经济产业省在 1993 年开始实施“新阳光工程”， 布局建立日本本土的太阳能光伏产业和太阳能市场。通过一系列的政府资助和相关研究、开发、示范，在太阳能电池制造技术和降低成本方面取得了长足进步。在此过程中，日本不仅拥有了多家世界顶尖的太阳能公司，为 50 万户家庭安装了太阳能屋顶系统，同时，日本也结束了对屋顶系统的政府资助，光伏产业完全具备了和其他电源竞争的能力。企业蓬勃发展首先，政府对光伏产业大力支持，接连出台相关政策。日本从 20 世纪 70 年代便把太阳能发展作为未来能源战略的一部分，从那时起便不断出台支持政策。纵观日本政府政策出台的思路实行高额补贴，推动光伏企业研发和投产的积极性，表明了国家对新能源的鼓励态度。同时解决并网发电系统的运用问题，免除企业的后顾之忧。之后向民用系统倾斜，扩大装机量。根据中国目前的情况，一开始就高额补贴可能会起到相反的效果，但日本政府光伏政策的思路还是值得借鉴的。其次，企业坚持不懈，把光伏发电的经济效益和社会效益相结合。在日本刚发展光伏产业时，很多企业的光伏业务收入占总收入的比例不到 10，但由于企业都认识到了光伏产业的前景，依旧高投入进行光伏研发。如今，日本的光伏企业成就斐然。根据中投顾问发布的 2010-2015 年中国太阳能光伏发电产业投资分析及前景预测报告显示，日本夏普公司2000-2006 年连续七年占据全球太阳能电池产量榜首位置，此外，夏普、京都陶瓷等日本企业的科技研发水平也处于世界前列。 最后，日本民众节约环保意识强。日本国民从小就接受了节能环保的教育，对国家的环保政策强烈支持，积极响应国家号召，在很大程度上促进了太阳能光伏系统普及率的提升。关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 9/3 另外，中投顾问研究总监张砚霖也指出，日本发展光伏产业的经验，还有一点值得借鉴，那就是注重人才的培养。一个产业的发展，离不开高素质的人才队伍，日本政府对太阳能专业人才培养的高投入取得了良好的效果，不仅促进了光伏产业的发展，更减轻了就业压力。尽管这些政策是否符合中国光伏产业发展的“胃口”还有待进一步讨论，但中国不妨从日本光伏产业发展经验中汲取一些养分，让国内的光伏产业少走一些弯路。关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 10/3 太阳能电池片生产制造工艺太阳能电池片的生产工艺流程分为硅片检测表面制绒扩散制结去磷硅玻璃等离子刻蚀镀减反射膜丝网印刷快速烧结等。具体介绍如下一、硅片检测硅片是太阳能电池片的载体，硅片质量的好坏直接决定了太阳能电池片转换效率的高低，因此需要对来料硅片进行检测。该工序主要用来对硅片的一些技术参数进行在线测量，这些参数主要包括硅片表面不平整度、少子寿命、电阻率、 P/N 型和微裂纹等。该组设备分自动上下料、硅片传输、系统整合部分和四个检测模块。其中，光伏硅片检测仪对硅片表面不平整度进行检测 ,同时检测硅片的尺寸和对角线等外观参数； 微裂纹检测模块用来检测硅片的内部微裂纹； 另外还有两个检测模组，其中一个在线测试模组主要测试硅片体电阻率和硅片类型，另一个模块用于检测硅片的少子寿命。在进行少子寿命和电阻率检测之前，需要先对硅片的对角线、微裂纹进行检测，并自动剔除破损硅片。硅片检测设备能够自动装片和卸片，并且能够将不合格品放到固定位置，从而提高检测精度和效率。二、表面制绒单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米硅表面形成几百万个四面方锥体也即金字塔结构。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，可用的碱有氢氧化钠，氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺等。大多使用廉价的浓度约为 1的氢氧化钠稀溶液来制备绒面硅，腐蚀温度为 70-85℃。为了获得均匀的绒面， 还应在溶液中酌量添加醇类如乙醇和异丙醇等作为络合剂， 以加快硅的腐蚀。制备绒面前，硅片须先进行初步表面腐蚀，用碱性或酸性腐蚀液蚀去约 20～ 25μ m，在腐蚀绒面后，进行一般的化学清洗。经过表面准备的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，应尽快扩散制结。三、扩散制结太阳能电池需要一个大面积的 PN 结以实现光能到电能的转换，而扩散炉即为制造太阳能电池PN 结的专用设备。 管式扩散炉主要由石英舟的上下载部分、废气室、 炉体部分和气柜部分等四大部分组成。扩散一般用三氯氧磷液态源作为扩散源。把 P 型硅片放在管式扩散炉的石英容器内，在850---900 摄氏度高温下使用氮气将三氯氧磷带入石英容器，通过三氯氧磷和硅片进行反应，得到磷原子。经过一定时间，磷原子从四周进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成了 N 型半导体和 P 型半导体的交界面，也就是 PN 结。这种方法制出的 PN 结均匀性好 ,方块电阻的不均匀性小于百分之十 ,少子寿命可大于 10ms。 制造 PN 结是太阳电池生产最基本也是最关键的工序。因为正是 PN 结的形成，才使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样就形成了电流，用导线将电流引出，就是直流电。四、去磷硅玻璃该工艺用于太阳能电池片生产制造过程中， 通过化学腐蚀法也即把硅片放在氢氟酸溶液中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性的络和物六氟硅 酸， 以去除扩散制结后在硅片表面形成的一层磷关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 11/3 硅玻璃。 在扩散过程中， POCL3 与 O2 反应生成 P2O5 淀积在硅片表面。 P2O5 与 Si 反应又生成 SiO2和磷原子，这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的 SiO2，称之为磷硅玻璃。去磷硅玻璃的设备一般由本体、清洗槽、伺服驱动系统、机械臂、电气控制系统和自动配酸系统等部分组成，主要动力源有氢氟酸、氮气、压缩空气、纯水，热排风和废水。氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸与二氧化硅反应生成易挥发的四氟化硅气体。若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。五、等离子刻蚀由于在扩散过程中， 即使采用背靠背扩散， 硅片的所有表面包括边缘都将不可避免地扩散上磷。PN 结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到 PN 结的背面， 而造成短路。 因此，必须对太阳能电池周边的掺杂硅进行刻蚀，以去除电池边缘的 PN 结。通常采用等离子刻蚀技术完成这一工艺。等离子刻蚀是在低压状态下，反应气体 CF4 的母体分子在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体。等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团。活性反应基团由于扩散或者在电场作用下到达 SiO2 表面， 在那里与被刻蚀材料表面发生化学反应， 并形成挥发性的反应生成物脱离被刻蚀物质表面，被真空系统抽出腔体。六、镀减反射膜抛光硅表面的反射率为 35,为了减少表面反射 ,提高电池的转换效率 ,需要沉积一层氮化硅减反射膜。现在工业生产中常采用 PECVD 设备制备减反射膜。 PECVD 即等离子增强型化学气相沉积。它的技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体 SiH4 和 NH3 ，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜即氮化硅薄膜。一般情况下，使用这种等离子增强型化学气相沉积的方法沉积的薄膜厚度在 70nm 左右。这样厚度的薄膜具有光学的功能性。利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，电池的短路电流和输出就有很大增加，效率也有相当的提高。七、丝网印刷太阳电池经过制绒、扩散及 PECVD 等工序后，已经制成 PN 结，可以在光照下产生电流，为了将产生的电流导出，需要在电池表面上制作正、负两个电极。制造电极的方法很多，而丝网印刷是目前制作太阳电池电极最普遍的一种生产工艺。丝网印刷是采用压印的方式将预定的图形印刷在基板上，该设备由电池背面银铝浆印刷、电池背面铝浆印刷和电池正面银浆印刷三部分组成。其工作原理为利用丝网图形部分网孔透过浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。油墨在移动中被刮刀从图形部分的网孔中挤压到基片上。由于浆料的粘性作用使印迹固着在一定范围内，印刷中刮板始终与丝网印版和基片呈线性接触，接触线随刮刀移动而移动，从而完成印刷行程八、快速烧结经过丝网印刷后的硅片，不能直接使用，需经烧结炉快速烧结，将有机树脂粘合剂燃烧掉，剩下几乎纯粹的、由于玻璃质作用而密合在硅片上的银电极。当银电极和晶体硅在温度达到共晶温度时，晶体硅原子以一定的比例融入到熔融的银电极材料中去，从而形成上下电极的欧姆接触，提高电池片的开路电压和填充因子两个关键参数，使其具有电阻特性，以提高电池片的转换效率。烧结关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 12/3 炉分为预烧结、烧结、降温冷却三个阶段。预烧结阶段目的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉，此阶段温度慢慢上升；烧结阶段中烧结体内完成各种物理化学反应，形成电阻膜结构，使其真正具有电阻特性，该阶段温度达到峰值；降温冷却阶段，玻璃冷却硬化并凝固，使电阻膜结构固定地粘附于基片上。九、外围设备在电池片生产过程中，还需要供电、动力、给水、排水、暖通、真空、特汽等外围设施。消防和环保设备对于保证安全和持续发展也显得尤为重要。 一条年产 50MW 能力的太阳能电池片生产线，仅工艺和动力设备用电功率就在 1800KW 左右。 工艺纯水的用量在每小时 15 吨左右， 水质要求达到中国电子级水 GB/T11446.1-1997 中 EW-1 级技术标准。 工艺冷却水用量也在每小时 15 吨左右， 水质中微粒粒径不宜大于 10 微米，供水温度宜在 15-20℃。真空排气量在 300M3/H 左右。同时，还需要大约氮气储罐 20 立方米，氧气储罐 10 立方米。考虑到特殊气体如硅烷的安全因素，还需要单独设置一个特气间，以绝对保证生产安全。另外，硅烷燃烧塔、污水处理站等也是电池片生产的必备设施。关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 13/3 组件制作前道工序中的常见质量问题分析与改进方法一、概述近年来，随着光伏产业的迅猛发展，导致原材料的供应日趋紧张，行业利润急剧降低。面临激烈的竞争，如何提高产品质量，降低生产成本、稳定生产，提高产品的合格率就显得至关重要。除如何降低原材料的成本外，如何提高产品质量是企业所关注的焦点之一。产品的质量控制是工业生产中最关键的要素之一。影响产品质量的因素很多，不同阶段、不同环节，影响的因素也不尽相同，加上一些不可预计的因素，给产品的质量控制增加了难度。因此，对于不同工序的影响因素要有一定的了解，来对产品质量的控制给予保证。光伏组件加工工艺是太阳能光伏产业技术链的重要组成部分，其方式是将一片片单片的脆弱的电池片通过串并联连接，并采用五层封装的方式将电池片封装成一块块的组件，使其能在恶劣的户外环境中安全可靠的运行。目前，主流的光伏组件加工工艺是采用 EVA、背板、玻璃等材料将电池片用五层封装的方式压合成光伏组件，其制作工序主要有电池片分选、电池片单片焊接、电池片串联焊接、组件叠层、组件层压、边框安装和接线盒安装、成品测试和包装入库等。各道工序环环相扣，每道工序的工艺和质控都直接影响到产品最终质量。二、制作工序、常见质量问题分析及改进光伏组件制作第一道工序为电池片分选。 作为光伏组件最主要原材料 -电池片， 其性能直接决定了光伏组件质量的好坏，因此，在分选这道工序中对电池片采用电性能分选和外观分选两部分。电性能分选是使用单片测试仪，将电性能相近的单体电池组合成组件，最大限度地降低串联损失。外观分选是将同等级的电池片放入同一个组件， 减少组件内电池片的色差， 并确保组件无裂纹、破片等不良，从而保证组件的外观及性能符合要求。在分选过程中，会出现电流不一致的现象，如图 1关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 14/3 图 1 电流不一致由于现阶段的组件基本都采用串联的方式来制作，因此，这电流不一致的现象，会直接导致层压好组件的封装损失较高，达不到理想的功率，不但增加了组件生产成本，而且会因为电池内阻差异过大，产生热斑效应而烧毁（如图 2）。图 2 热斑效应导致组件烧毁对于这一现象，建议采用电流分档的方式进行电池片的电性能分档，这样可以最大限度地降低串联损失，降低生产成本。光伏组件制作的第二道工序为电池片单片焊接。 此道工序是将互连条（涂锡带）与电池片焊接在一起，将电池片产生的电流引出。这是整个光伏组件制作的重点工序之一，特别对于电池焊接温度、速度、力度的选择和统一则是目前焊接生产工艺的重中之重，其焊接的质量好坏直接影响组件的输出功率及其户外使用寿命。在单片焊接的过程中会出现如下的质量问题图 3 单焊虚焊 图 4 过焊关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 15/3 图 5 单焊脱焊 图 6 焊接后电池片翘曲图 7 焊接偏移 图 8 单焊破片在电池片单片焊接中，较易出现如上的质量问题，此类问题的出现会导致在使用的过程中出现如下的问题比如出现焊接后电池片翘曲的现象，在串焊时焊接破片的可能性就大大的增加，这中现象和单焊后破片的现象一样，直接的后果就是导致生产成本的增加，员工工作效率的降低。若出现虚焊、侧焊、脱焊、焊接偏移的现象，将会影响组件的外观及组件的电性能，更有甚者是影响整个组件的使用寿命（如图 9） 。图 9 电池片虚焊导致虚焊点温度偏高而烧毁组件针对上述现象，建议进行工艺的改进，对于不同的电池片，调整不同的工艺参数，如电烙铁的温度、焊接速度等，以减少虚焊等的现象；并可以给员工加强操作技能的培训及锻炼，培训合格后再上岗操作。目前，大部分企业通常借助行业中专业的技术服务机构专业培训服务，员工经一定天关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 16/3 数培训可成为熟练操作的焊接工人。既可为企业节省成本，也可使企业更高效、有序的运行，有效避免出售的组件存在质量隐患。光伏组件制作第三道工序为电池片串联焊接。此道工序是将单片焊接好的电池片串联在一起，传导电流。此工序与单片焊接相比较为简单，但由于也是焊接工艺，因此，对于员工的要求也比较严格，当然，对于串焊的质量也是需要严格把关的，其焊接的质量好坏同样也直接影响组件的输出功率及其户外使用寿命。在串联焊接过程中可能会出现以下列举的质量问题图 10 串焊偏移 图 11 串焊虚焊图 12 串焊后电池片翘曲而破片此类质量问题中， 虚焊和焊接偏移会导致组件电流无法收集而降低了组件的功率， 增加了成本；且可能导致在组件户外使用过程中由于电流的集中，造成局部温度偏高，而发生组件烧毁的情况。针对与串焊中出现的这些焊接问题，其解决方法可以同单片焊接的方法。光伏组件制作的第四道工序为组件叠层。 此道工序是将五层材料 钢化玻璃、 EVA、 电池片、 EVA、背板材料按照技术要求进行排版固定，并引出电极，它是光伏组件五层封装的体现。这道工序也是整个组件制作的重点工序之一，制作要求是非常严格的，要求操作环境无尘、无静电。在组件叠层的过程中可能会出现以下列举的质量问题关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 17/3 图 13 酒精未完全挥发就敷设电池片 图 14 汇流条焊花图 15 叠层时有异物未检查到 图 16 叠层时使用定位胶带太多、太大图 17 互联条与汇流条焊接时 EVA被熔化 图 18 互联条与汇流条未焊接牢固互联条翘起以上的质量问题既影响组件的外观，更会对组件产生致命的影响。1、汇流条的焊花现象、组件内部未接触到电池片的地方有异物的现象就只影响组件的外观；2、对于酒精未完全挥发就敷设电池片、互联条与汇流条焊接时 EVA 被熔化的现象就有可能导致组件在日后的户外使用过程中出现脱层的现象，而导致组件的功率下降，甚至导致组件失效，无功率输出；3、对于使用定位胶带固定电池片，使用太多会导致组件在环境试验中出现胶带发黄和由胶带引起的背板鼓包的现象 （如图 19） ， 最终会导致组件背板与电池片脱层， 组件的寿命无法达到 25 年，致使系统的发电量降低；关于光伏行业部分领域的调查报告2011-5-13 18/3 4、对于互联条与汇流条未焊接牢固，互联条翘起的现象，这对于组件来说是个比较严重的质量问题，因为未焊接牢固直接导致组件的电流无法引出，从而使此部分的温度急剧升高而导致组件烧毁（如图 20） 。图 19 胶带引起背板鼓包 图 20 未焊接牢固的点被烧毁此道工序中可能出现的质量问题，建议可以通过对工艺改进和对员工的培训来控制产品质量，选择适合的工艺对组件的寿命很是重要。如互联条与汇流条未焊接牢固，互联条翘起的现象，可以采用加锡焊接的方式焊接汇流条，从而保证焊接的牢固度。从工艺上提高产品质量是每个厂家应做的事，提高质量，就等于提高竞争力。