太阳能电池及其太阳能组件

太阳能电池及其太阳能组件姓名 班级 学号【摘 要】 能源是现代社会存在和发展的基石。本文着重阐述了太阳能电池的制作工艺及生产流程。【关键词】 太阳能电池 生产流程 制作工艺 光伏组件太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源， 具有充分的清洁性、 绝对的安全性、 相对的广泛性、 确实的长寿命和免维护性、 资源的充足性及潜在的经济性等优点， 在长期的能源战略中具有重要地位。 我们对太阳能的利用大致可以分为光热转换和光电转换两种方式， 其中， 光电利用 （光伏发电） 是近些年来发展最快， 也是最具经济潜力的能源开发领域。 太阳能电池是光伏发电系统中的关键部分，包括硅系太阳电池（单晶硅、多晶硅、非晶硅电池）和非硅系太阳能电池等。一、太阳能的含义一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存， 而自古人类也懂得以阳光晒干物件， 并作为保存食物的方法， 如制盐和晒咸鱼等。 但在化石燃料减少下， 才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式。 太阳能发电是一种新兴的可再生能源。 广义上的太阳能是地球上许多能量的来源， 如风能， 化学能， 水的势能等等。二、太阳能电池硅太阳电池是最常用的卫星电源， 由于空间技术的发展， 各种飞行器对功率的需求越来越大。其中，以发展背表面场（ BSF）、背表面反射器（ BSR）、双层减反射膜技术为第一代高效硅太阳电池，这种类型的电池典型效率最高可以做到15%左右，目前在轨的许多卫星应用的是这种类型的电池。三、太阳能电池的生产流程通常的晶体硅太阳能电池是在厚度 350～ 450μ m的高质量硅片上制成的， 这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。如图 1图 1 太阳能电池的生产流程四、 太阳能电池的制造技术晶体硅太阳能电池的制造工艺流程如图 2。 提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。具体的制造工艺技术说明如下：（ 1）切片。采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。（ 2）清洗。用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去 30－ 50um。（ 3）制备绒面。用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。（ 4）磷扩散。采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散 , 制成 PN＋结，结深一般为 0.3 － 0.5um。（ 5） 周边刻蚀。 扩散时在硅片周边表面形成的扩散层， 会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。（ 6）去除背面 PN＋结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面 PN＋结。（ 7） 制作上下电极。 用真空蒸镀、 化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。 先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。（ 8） 制作减反射膜。 为了减少入反射损失， 要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有 MgF2 ， SiO2 ， Al2O3 ， SiO ， Si3N4 ， TiO2 ，Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、 PECVD法或喷涂法等。（ 9）烧结。将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。(10) 测试分档。按规定参数规范，测试分类。五、太阳能电池组装工艺组件线又叫封装线， 封装是太阳能电池生产中的关键步骤， 没有良好的封装工艺， 多好的电池也生产不出好的电池组件板。 电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证， 而且还增强了电池的抗击强度。 产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键， 所以组件板的封装质量非常重要。 在这里只简单的介绍一下工艺的作用，给大家一个感性的认识。1、 电池测试由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起， 所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。2、 正面焊接是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的 2 倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连3、 背面串接背面焊接是将 36 片电池串接在一起形成一个组件串， 我们目前采用的工艺是手动的， 电池的定位主要靠一个膜具板， 上面有 36 个放置电池片的凹槽， 槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极 （正极） 上， 这样依次将 36 片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。4、 层压敷设背面串接好且经过检验合格后， 将组件串、 玻璃和切割好的 EVA 、 玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（ primer ）以增加玻璃和 EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。 （敷设层次：由下向上：钢化玻璃、EVA、电池片、 EVA、玻璃纤维、背板）。5、 组件层压将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使 EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据 EVA的性质决定。我们使用快速固化 EVA时，层压循环时间约为 25 分钟。固化温度为 150℃。 ( 电池板原料： 玻璃， EVA， 电池片、 铝合金壳、 包锡铜片、 不锈钢支架、 蓄电池等 ) 如图 3 图 3 太阳能电池板6、 修边层压时 EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。7、 装框类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。8、 焊接接线盒在组件背面引线处焊接一个盒子，以利于电池与其他设备或电池间的连接。9、 高压测试高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度，以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损坏。10、组件测试测试的目的是对电池的输出功率进行标定， 测试其输出特性， 确定组件的质量等级。目前主要就是模拟太阳光的测试 Standard test condition （ STC） , 一般一块电池板所需的测试时间在 7-8 秒左右。六、太阳能电池阵列设计步骤１ . 计算负载 24h 消耗容量 P P=H/V V——负载额定电源2. 选定每天日照时数 T(H) 3. 计算太阳能阵列工作电流IP=P(1+Q)/T Q——按阴雨期富余系数， Q=0.21～ 1.00 4. 确定蓄电池浮充电压 VF 镉镍 ( ＧＮ ) 和铅酸 ( ＣＳ ) 蓄电池的单体浮充电压分别为 1.4 ～ 1.6V 和 2.2V。5. 太阳能电池温度补偿电压 VT VT=2.1/430(T-25)VF 6. 计算太阳能电池阵列工作电压 VP VP=VF+VD+VT 其中 VD=0.5～ 0.7 约等于 VF 7. 太阳电池阵列输出功率ＷＰWP=IP× UP 8. 根据 VP、 WP在硅电池平板组合系列表格，确定标准规格的串联块数和并联组数。本文通过对太阳能电池的介绍，让我更加深刻的认识到发展利用可再生能源是当今世界必须要走的能源之路。 只有这样才能最大限度的降低环境污染， 从而保卫我们生存的地球。 光是一种清洁、 可再生能源， 并且太阳能资源在我国广泛分布。 由于我国是一个能源消耗大国， 并且人口分布极不合理， 因此发展太阳能光伏发电系统对于我国的可持续发展、 保持能源供给的独立性和安全性， 以及分散人口地区居民用电具有重要意义。参考文献[1] 郝晶卉 机电专业委员会全国职业培训教学工作指导委员会 电工与电子基础 机械工业出版社 2009 年 01 月[2] 袁运开 物理教学 中国科学技术协会中国物理学会 1978-01-01 年创刊[3] 崔容强、赵春江、吴达成 并网型太阳能光伏发电系统 —— 太阳能实用技术丛书 化学工业出版社 2007-7 第 1 版[4] 黄汉云 太阳能光伏发电应用原理 化学工业出版社 2009 年 3 月 1 日[5] 尹建华 , 李志伟 半导体硅材料基础 化学工业出版 2009-7 [6] 罗玉峰等著 21 世纪高校规划教材 （光伏专业） 太阳能光伏发电 技术 电力建设网 2009 [7] 罗玉峰 陈裕先 李 玲 太阳能光伏发电技术 江西高校出版社 2009[8] 李钟实 太阳能光伏发电系统设计施工与维护 人民邮电出版[9] 浅述太阳能热发电的发展历史和现状 摘自《中国建设动态阳光能源》[10] 浅述太阳能热发电技术的发展历史和现状 中国自动化网新闻