精选光伏电池制备工艺课件

光伏电池制备的准备 任 务 二 ·晶 硅 电 池 产 业 链 工 艺 流 程 • 目 录• 一 .相 关 概 念• 二 .产 业 链 结 构• 三 .主 要 工 艺 流 程• 1 .原 生 多 晶 硅• 2 .单 晶 硅 拉 制 工 艺• 3 .多 晶 铸 锭 工 艺• 4 .准 单 晶 工 艺• 5 .电 池 片 生 产 工 艺• 四 .总 结 • 定 义 :光 伏 组 件 是 一 种 暴 露 在 阳 光 下 便 会 产 生直 流 电 的 发 电 装 置 ， 几 乎 全 部 由 半 导 体 物 料（ 例 如 硅 ） 制 成 的 固 体 光 伏 电 池 组 成 。 由 于没 有 活 动 的 部 分 ， 故 可 以 长 时 间 操 作 而 不 会导 致 任 何 损 耗 (电 池 板 使 用 寿 命 2 0 年 以 上 )。 简单 的 光 伏 电 池 可 以 为 手 表 及 计 算 器 提 供 能 源 ，较 复 杂 的 光 伏 系 统 可 以 为 房 屋 提 供 照 明 ， 并入 电 网 供 电 。太 阳 能 电 池 太 阳 能电 池 晶 硅 电 池多 元 化 合 物 薄膜 电 池 单 晶 硅 电 池多 晶 硅 电 池种 类 非 晶 硅 薄 膜 电池硫 化 镉砷 化 镓铜 铟 硒 薄 膜电 池 多 晶 硅 :是 单 质 硅 的 一 种 形 态 .熔 融 的 单 质 硅 在 过 冷 的 条 件 下 凝 固 时 ,硅 原子 以 金 刚 石 晶 格 形 态 排 列 成 许 多 晶 核 ,如 这 些 晶 核 长 成 晶 面 取 向 不 同 的 晶 粒 ,则 这 些 晶 粒 结 合 起 来 ,就 形 成 多 晶 硅 .单 晶 硅 ： 熔 融 的 单 质 硅 在 过 冷 的 条 件 下 凝 固 时 ,硅原 子 以 金 刚 石 晶 格 形 态 排 列 成 许 多 晶 核 ,如 这 些 晶 核长 成 晶 面 取 向 相 同 的 晶 粒 ,则 这 些 晶 粒 结 合 起 来 ,就 形成 单 晶 硅 . 2 0 2 5 /5 /3 0 6 二 .产 业 链 结 构 硅 矿 石silica 太 阳 能 级 多 晶 硅SoG:6 ~7 N工 业 硅MS-Si1 ~2 N 单 晶 硅 棒多 晶 铸 锭化 学 法 ： 改 良 西 门 子冶 炼SiO2 +C →Si+CO2 ↑Si+HCl→SiHCl3 +H2SiHCl3 +H2 →Si+HCl 铸 锭 炉 直 拉 或 区 熔 （ CZ or FZ）准 单 晶 硅 锭 单 晶 硅 片单 晶 硅 太 阳 能 电 池多 晶 硅 片铸 锭 炉 切 片 机切 片 机多 晶 硅 太 阳 能 电 池 太 阳 能 光 伏 发 电系 统切 片 机 二 .产 业 链 结 构 1.原 生 多 晶 硅 三 .主 要 流 程 介 绍 2 0 2 5 /5 /3 0 9 三 .主 要 流 程 介 绍⑴ 三 大 主 要 生 产 方 法多 晶 硅 改 良 西 门 子 法硅 烷 法冶 金 法 注 :前 两 种 方 法 为 化 学 方 法 ,后 一 种 为 物 理 方 法 ,国 内 改 良 西 门 子 法 占 比9 5 %以 上 2 0 2 5 /5 /3 0 1 0 ⑵ 改 良 西 门 子 法 三 .主 要 流 程 介 绍①.主 要 反 应 原 理 ：Si+HCl → SiHCl3 +H2 +SiCl4 +SiH2 Cl2 （ 三 氯 氢 硅 合 成 炉 ）SiHCl3 +H2 → Si+HCl（ 还 原 炉 ）SiCl4 +H2 →SiHCl3 +HCl(氢 化 炉 ) 四 氯 化 硅 还 原 生 产 三 氯 氢 硅 一 直 是 全 球 多 晶 硅 生 产 企 业 广 泛 关 注 的 焦 点 问 题 ， 此 方 法 不 但 处 理了 副 产 物 四 氯 化 硅 ， 同 时 还 重 新 得 到 了 生 产 多 晶 硅 的 原 料 三 氯 氢 硅 ， 氯 化 氢 也 可 以 自 身 利 用 ， 能 显 著 地降 低 生 产 成 本 ， 各 个 生 产 企 业 都 花 费 了 大 量 的 人 力 物 力 进 行 研 究 。 2 0 2 5 /5 /3 0 1 1 氯 化 氢硅 粉 氯 化 分 离 冷 凝 粗 馏 精 馏冷 凝还 原 尾 气 还 原 氢 净 化多 晶 硅 水 电 解四 氯 化 硅 冷 凝四 氯 化 硅 氢 气 、 三 氯 氢 硅氯 化 氢三 氯 氢 硅氢 还 原② 改 良 西 门 工 艺 流 程 三 .主 要 流 程 介 绍 2 0 2 5 /5 /3 0 1 2 ③ 氢 化 方 法 ： 热 氢 化 与 冷 氢 化热 氢 化 技 术利 用 以 下 反 应 :2 SiCl4 +H2 ﹦ 2 SiHCl3 +2 HCl反 应 温 度 为 1 2 0 0 ～ 1 2 5 0 ℃ ,压 力 范 围 1 .5 ～ 2 .5 个 大 气 压 力 ,三 氯 氢 硅 的 单 程 收 率 大 约为 1 7 %～ 2 0 %左 右 . 工 艺 优 点 ： 压 力 比 较 缓 和 ,对 设 备 要 求 低 ,安 全 性 好 ,且 氢 气 和 四 氯 化 硅 比 值 较 小 ,因此 还 原 炉 内 四 氯 化 硅 浓 度 较 高 ,保 证 了 还 原 反 应 的 速 率 以 及 充 分 性 ,且 降 低 了 后期 分 离 的 难 度 . 工 艺 缺 点 ： 反 应 温 度 高 ， 电 耗 高 ， TCS单 耗 2 .2 ～ 3 KWh/kg， 加 热 片 为 易 耗 材 料 ，运 行 费 用 较 高 ， 有 碳 污 染 的 可 能 。 三 .主 要 流 程 介 绍 2 0 2 5 /5 /3 0 1 3 热 氢 化 改 良 西 门 子 法 多 晶 硅 生 产 工 艺 流 程 简 图 三 .主 要 流 程 介 绍 2 0 2 5 /5 /3 0 1 4 冷 氢 化 技 术利 用 以 下 反 应 :SiCl4 +2 H2 +3 Si → 4 SiHCl3反 应 温 度 为 4 5 0 ℃ ,压 力 范 围 1 .5 ～ 1 .8 MPa,转 化 率 大 约 为 2 0 %～ 2 5 %左 右 .需 要 催 化 剂NiO工 艺 优 点 ： 反 应 温 度 低 ， 电 耗 低 ， TCS单 耗 ≤ 1 KWh/kg工 艺 缺 点 ： 气 固 反 应 ， 操 作 压 力 较 高 ， 对 设 备 密 封 性 要 求 高 ， 操 作 系 统 较 复 杂 ，提 纯 工 作 量 大 。 三 .主 要 流 程 介 绍 2 0 2 5 /5 /3 0 1 5 冷 氢 化 改 良 西 门 子 法 多 晶 硅 生 产 工 艺 流 程 简 图 TCS:三 氯 化 硅STC： 四 氯 化 硅DCS： 二 氯 二 氢 硅 2 0 2 5 /5 /3 0 1 7 （ 3 ） 硅 烷 法最 终 用 硅 烷 热 解 制 得 多 晶 硅 的 方 法其 中 制 备 硅 烷 的 方 法 ： 硅 镁 合 金 工 艺 、 氯 硅 烷 歧 化 工 艺 、金 属 氢 化 物 工 艺 三 .主 要 流 程 介 绍 2 0 2 5 /5 /3 0 1 8 （ 4 ） 冶 金 法工 业 硅 酸 洗 氧 化 精 炼 真 空 处 理 凝 固 精 炼 太 阳 能 级 硅添 加 Ca 去 除 Ti、 Fe 除 B、 C 去 除 P、 O、 Ca、 Al↓ ↓↓↓ 三 .主 要 流 程 介 绍 2 0 2 5 /5 /3 0 1 9 1 . 光 伏 产 业 带 动 多 晶 硅 产 业 的 迅 速 发 展 ， 生 产 1 MW太 阳 能 电 池 约 需 要 1 0 吨 多晶 硅 ， 晶 体 硅 材 料 是 主 要 的 光 伏 材 料 ， 其 市 场 占 有 率 在 8 0 %以 上 ， 而 且 在 今 后相 当 长 一 段 时 期 ， 也 依 然 是 太 阳 能 的 主 流 材 料 。 2 . 西 门 子 法 是 目 前 多 晶 硅 生 产 的 主 流 技 术 ， 约 9 0 %的 多 晶 硅 由 此 技 术 生 产 ，短 期 内 这 种 局 面 不 会 改 变 . 3 . 多 晶 硅 生 产 气 体 使 用 情 况 氮 气 的 消 耗 量 是 跟 你 的 工 艺 设 计 、 用 途 有 关 ， 一 般 年 产 一 千 吨 的 多 晶 硅 ， 经 验统 计 ， 消 耗 每 小 时 在 5 0 0 ～ 7 0 0 方 ， 主 要 是 用 在 尾 气 、 置 换 气 、 压 料 气 、 擦 洗 气氩 气 的 消 耗 主 要 是 硅 芯 方 面小 结 ： 三 .主 要 流 程 介 绍 2 0 2 5 /5 /3 0 2 0 2 .单 晶 硅 拉 制 工 艺 三 .主 要 流 程 介 绍 2 0 2 5 /5 /3 0 2 1 （ 1 ） 拉 制 方 法 及 拉 制 过 程 ： 直 拉 单 晶 （ CZ） 和 区 熔 （ FZ）化 料 引 晶 放 肩 等 径收 尾冷 却装 炉直 拉 单 晶 拉 制 过 程 图 三 .主 要 流 程 介 绍化 料 引 晶 放 肩 等 径收 尾装 炉 直拉单晶炉 2 0 2 5 /5 /3 0 2 3 三 .主 要 流 程 介 绍 2 0 2 5 /5 /3 0 2 4 （ 2 ） 氩 气 使 用 情 况 ： 整 个 热 场 系 统 ， 包 括 两 大 部 分 ， 加 热 器 发 热 ，其 它 部 分 主 耍 是 保 温 、 导 流 ， 形 成 一 定 的 温 度 梯 度 ， 使 座 落 在 石 墨 托里 的 石 英 坩 埚 中 的 熔 料 能 按 要 求 的 晶 向 结 晶 生 长 。 SiO2 ﹢ 2 C＝ SiC﹢ 2 CO SiC﹢ SiO2 ＝ SiO ﹢ CO+Si SiO2 →si﹢ O2 拉 制 单 晶 需 全 程 通 氩 ， 一 边 抽 空 ,炉 内 压 力 控 制 在 2 0 乇 左 右 。 通 过 合 理的 热 场 结 构 ， 能 迅 速 带 走 挥 发 物 。 减 压 有 利 于 sio的 挥 发 及 防 止 co返 回 熔体 ， 达 到 降 氧 和 降 碳 的 目 的 。氩 气 流 量 ： 3 5 -5 5 L/min(联 创 炉 )， 投 料 公 斤 ， 耗 气 量 约 1 7 0 立 方三 .主 要 流 程 介 绍 2 0 2 5 /5 /3 0 2 5 3 .多 晶 铸 锭 工 艺（ 1 ） 多 晶 铸 锭 炉 发 展 趋 势 ： a装 料 多 b周 期 短 C品 质 高 d功 率 低三 .主 要 流 程 介 绍 2 0 2 5 /5 /3 0 2 6 （ 2 ） 工 艺 周 期加 热 熔 化 长 晶退 火冷 却出 炉 1 5 4 0 ℃ 约 1 0 -1 5 h 1 4 3 0 ℃ 1 3 7 0 ℃9 0 0 ℃约 4 h整 个 工 艺 周 期 三 .主 要 流 程 介 绍加 热 熔 化 长 晶退 火 2 0 2 5 /5 /3 0 2 8 （ 3 ） 多 晶 铸 锭 炉 主 要 生 产 厂 家国 外 主 要 厂 商 ： 美 国 GT SOLAR、 德 国 ALD、 普 法 拓 普 等 ， 其 中 GT占 据中 国 多 晶 铸 锭 炉 市 场 约 5 0 %。国 内 主 要 厂 商 ： 绍 兴 精 工 、 中 电 4 8 所 、 华 盛 天 龙 、 京 运 通 等三 .主 要 流 程 介 绍氩 气 主 要 使 用 量 ： 不 需 全 程 吹 氩 ， 4 5 0 铸 锭 炉 单 锭 氩 气 耗 量 为 7 0 ～ 9 0 方 2 0 2 5 /5 /3 0 2 9 4 .准 单 晶 工 艺（ 1 ） 准 单 晶 定 义 ： 准 单 晶 （ Mono Like ） 是 基 于 多 晶 铸 锭 的 工 艺 ，在 长 晶 时 通 过 部 分 使 用 单 籽 晶 ， 获 得 外 观 和 电 性 能 均 类 似 单 晶 的 多晶 硅 片 。 三 .主 要 流 程 介 绍 2 0 2 5 /5 /3 0 3 0 （ 2 ） 籽 晶 铺 设 方 式 三 .主 要 流 程 介 绍