太阳能电池概况(20180814165920)

1 太阳能电池概况目 录引言太阳能辐射太阳电池结构太阳电池制作未来能源供应结构预测图传统能源的现状人类社会面临的问题及光伏发展的契机一次能源的面临枯竭；社会发展对能源需求的增加，加剧全球能源紧张。人类社会可持续发展。环境恶化的压力和减排 CO2 的需要， 促进了可再生能源的利用。 光伏技术是最直接和有效的途径和方法。环境压力2 相关的政策日本、欧洲、美国已经出台相关政策和法令 ,鼓励和补贴可再生能源发展2005 年 3 月中华人民共和国主席令 33 号正式颁布了《中华人民共和国可再生能源法》 ， 2006 年开始实施太阳能发电整个产业链太阳电池的历史1839 年法国实验物理学家 Edmund Bacquerel （贝克勒尔）发现了光生伏特效应1941 年奥尔在硅上发现了光伏效应1954 年 Chaipin （恰宾）和 Carlson (卡尔松 )等人在贝尔实验室制成了光电转换效率达 6%的世界上第一块实用的硅太阳电池，标志着太阳电池研制工作的重大进展1959 年第一个光电转换效率为 5％的多晶硅太阳电池问世1960 年硅太阳电池发电首次并入常规电网1975 年，美国科学家制作出非晶硅太阳电池80 年代初，太阳电池开始规模化生产太阳电池按材料分类太阳电池 — 将太阳光能直接转换为电能的半导体器件● 种类 ● 硅太阳电池1) 硅太阳电池 1) 单晶硅片2) 化合物太阳电池 2) 多晶硅片3) 染料敏化电池 3) 非晶硅薄膜4) 硒光电池 4) 多晶硅薄膜太阳能辐射1、太阳辐射能的来源 — 电磁辐射2、太阳光是一种电磁波 ,具有波粒二相性大气层对太阳辐射的影响大气质量 — 大气层对太阳光线通过大气程路程对到达地球表面的太阳辐射的影响AM0 —地球大气层外的太阳辐射AM1 —穿过 1 个大气层的太阳辐射（太阳入射角为 0）AM1.5 —太阳入射角为 48°的太阳辐射3 太阳辐射穿过大气层的情况太阳电池结构单晶与多晶硅片由于单晶和多晶硅片的生产工艺不一，多晶是正方的，单晶硅片的四个边缘是有弧度的 ,准方片对于成品电池更好区分：单晶是有绒面的，而多晶由于晶界排列不整齐我们看到的多晶硅片表面有花纹。尺寸 : 103x103, 125x125,150x150, 156x156 太阳电池的工作过程—光生伏特效应吸收光子，产生电子空穴对电子空穴对被内建电场分离，在 PN 结两端产生电势将 PN 结用导线连接，形成电流在太阳电池两端连接负载，实现了将光能向电能的转换4 太阳电池等效电路串联电阻硅材料体电阻金属电极电阻金属与硅的接触电阻并联电阻边缘漏电体内杂质和微观缺陷PN 结局部短路由于杂质和缺陷在电池体内的随机分布，会造成太阳电池电性能的不均匀性太阳能电池片生产工艺流程太阳电池制造过程 1-清洗 .制绒分选测试一次清洗二次清洗烧结印刷电极 PECVD 等离子刻蚀检验入库扩散5 NaOH 去除表面损伤层和制备绒面（陷光）HCL 去除硅片表面的金属离子HF 去除硅片表面的硅酸钠和氧化物化学腐蚀的原理热的 NaOH 溶液去除硅片表面机械损伤层：HF 去除硅片表面氧化层：HCl 去除硅片表面金属杂质：盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与 Pt 2+、 Au 3+ 、 Ag + 、 Cu +、 Cd 2+ 、 Hg 2+等金属离子形成可溶于水的络合物。太阳电池制造过程 2-扩散扩散的目的：形成 PN 结在 P 型半导体表面掺杂五价元素磷在硅片表面形成 PN 结PN 结 —— 太阳电池的心脏扩散装置示意图2322 H2SiONaOHNaOH2Si6 POCl3 磷扩散原理POCl3 在高温下（ >600℃）分解生成五氯化磷（ PCl5 ）和五氧化二磷（ P2O5） ，其反应式如下：生成的 P2O5 在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（ SiO2）和磷原子，其反应式如下：太阳电池制造过程 3-等离子体刻蚀目的：去除边缘 PN 结，防止上下短路等离子体刻蚀反应首先，母体分子 CF4 在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团或离子。其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达 SiO2 表面，并在表面上发生化学反应。生产过程中，在中 CF4 掺入 O2，这样有利于提高Si 和 SiO2 的刻蚀速率。太阳电池制造过程 4-去磷硅玻璃用 HF 酸把上下表面的磷硅玻璃去除什么是磷硅玻璃？磷硅玻璃磷硅玻璃P型硅N型硅N型硅P型硅N型硅N型硅7 在扩散过程中发生如下反应：POCl3 分解产生的 P2O5 淀积在硅片表面， P2O5 与 Si 反应生成 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。太阳电池制造过程 5-PECVDPECVD=Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 即 “ 等离子增强化学气相沉积 ” 。它是借助等离子体使含有薄膜组成原子的气态物质发生化学反应，而在基片上沉积薄膜的一种方法。PECVD 的反应过程PECVD 的作用在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜 SiNxHy 膜。其还具有卓越的抗氧化和绝缘性能， 同时具有良好的阻挡钠离子、 掩蔽金属和水蒸汽扩散的能力； 它的化学稳定性也很好， 除氢氟酸和热磷酸能缓慢腐蚀外，其它酸与它基本不起作用。SiNxHy 膜作用优良的表面钝化效果高效的光学减反性能（厚度和折射率匹配）低温工艺（有效降低成本）体内的氢钝化太阳电池制造过程 7-背电场印刷在太阳电池背面丝网印刷铝浆通过烧结穿透背面 PN 结和 P 型硅形成良好的接触背电场5253 OP3PCl5POClC6004P5SiO5SiO2P 25225225 10ClO2P5O4PCl2过量O25223 6ClO2POPOCl8 太阳电池制造过程 8-前电极印刷太阳电池制造过程 9-分选检测通过模拟太阳灯光照射到电池片表面测试太阳电池的电性能参数光强： 1000W/m2 光谱分布： AM1.5 电池温度： 25℃太阳电池电性能参数太阳电池的电性能参数：Isc、 Voc Imp Vmp 、 Pmax、 Rs、 Rsh、 FF、 EFF 太阳电池电性能参数短路电流（ Isc） ： 理想情况下，等于光生电流 IL 。影响因素：面积、光强、温度125 太阳电池 5A 左右156 太阳电池 8A 左右开路电压（ Voc） ：影响因素：光强、温度、材料特性晶体硅太阳电池 600mV 左右填 充 因 子 （ FF ） ： 最 大 输 出 功 率 与 开 路 电 压 和 短 路 电 流 乘 积 之 比FF=Pm/VOCISC=VmIm/VOCISC 影响因素：串联电阻、并联电阻转换效率（ η ） ：主栅线副栅线