第七章硅太阳能电池制造方法-2013修改稿)

12013 微细加工 1第七章 硅太阳能电池的制造方法2013 微细加工 2能量使用比例的时间关系2013 微细加工 3能源使用高峰将出现在 2020 -20302013 微细加工 4传统能源产生的严重大气污染2013 微细加工 5环境污染2013 微细加工 6环 境 污 染22013 微细加工 7新能源利用能源缺口将通过新能源的开发利用得到补充2013 微细加工 8新能源利用能源缺口将通过新能源的开发利用得到补充2013 微细加工 9新能源的利用人类能量可使用的时间2013 微细加工 10太 阳 光 电 原 理 简 述2013 微细加工 11太 阳 能 电 池 电 厂2013 微细加工 12太阳能热水器32013 微细加工 13太阳能热水器工作原理2013 微细加工 14太 阳 能 热 能 电 厂2013 微细加工 15太 阳 能 动 力 RV 2013 微细加工 16太阳能电池的能量传输过程2013 微细加工 17太阳能发电优点取之不尽，用之不竭，随处可得，不必长距离输送；（ 30 分钟辐照到地球上的能量就够全世界一年的能源消耗。地球上所有天然沙漠有 5% 的太阳能被利用，则每年有 300 × 10 13 千瓦时的太阳能变为可用能源，是2000 年全世界能量需求总量 50 × 10 12 的 60 倍。 1KW太阳能光伏发电系统，每年可以减少 CO2 排放量 600 -2300kg ， NOx 排放量 16kg 、 SOx 排放量 9kg 和微粒0.6 kg 。）没有运动部件，不易损坏，维护简单；不产生任何废弃物，没有污染，无噪声等公害 ；发电系统建设周期短，方便灵活。光伏产业的发展有利于稳定社会，增加就业机会（比如研究开发，蓄电池部分生产人员，逆变器 / 控制器，系统集成，产品营销等）。 2013 微细加工 18太阳能发电缺点地面应用时有间歇性和随机性，发电量与气候条件有关；能量密度较低，大规模使用时，需要占有较大面积（辐射强度约 1kW/m2）；目前价格仍较贵，为常规发电的 3-15倍，且初始投资高。42013 微细加工 19欧洲太阳能发展状况2013 微细加工 20我国太阳能发展状况2013 微细加工 21各国相应的政策2013 微细加工 22我国的一些政策2006 年 1 月 1 日起， 《 可再生能源法 》 正式实施2007 年 8 月国务院通过 《 可再生能源中长期发展规划 》《 2005 - 2007 上海市太阳能开发利用行动计划 》《 江苏省能源产业科技示范工程 2005 - 2007 实施方案 》2013 微细加工 23太阳能产品农村和边远地区应用（大约占 51% ）： 独立光伏电站（村庄供电系统）；小型风光互补发电系统；太阳能户用系统；太阳能照明灯；太阳能水泵；农村社团 (学校、医院、饭馆、旅社、商店、卡拉 OK歌舞厅等 )光伏并网发电系统（ 4% ） :当前处于试验示范阶段， 2003 全国总装机容量大约仅有约 2MWp。2013 微细加工 24太阳能产品通信和工业应用（大约占到 36% ）： 微波中继站；光缆通信系统；无线寻呼台站；卫星通信和卫星电视接收系统；农村程控电话系统；部队通信系统；铁路和公路信号系统；灯塔和航标灯电源；气象、地震台站；水文观测系统；水闸阴极保护和石油管道阴极保护。太阳能商品及其它（大约占到 9% ） :太阳帽；太阳能充电器；太阳能手表、计算器；太阳能路灯；太阳能钟；太阳能庭院；汽车换气扇；太阳能电动汽车；太阳能游艇；太阳能玩具。52013 微细加工 25大型户外场所2013 微细加工 26太阳能产品户外出游人必备 摄影包也能太阳能供电2013 微细加工 27空间卫星应用2013 微细加工 28太阳能遮阳帽2013 微细加工 29太阳能灯2013 微细加工 30世界时尚太阳能环保车62013 微细加工 31太阳能产品世界时尚太阳能环保车2013 微细加工 32太阳能植物2013 微细加工 33 2013 微细加工 34新型太阳能路灯陆续在全国亮相2013 微细加工 35太阳能无线键鼠套装2013 微细加工 36太 阳 能 动 力 飞 机72013 微细加工 37太 阳 能 动 力 航 模2013 微细加工 38太 阳 能 动 力 自 行 车2013 微细加工 39太 阳 能 动 力 游 轮2013 微细加工 40太阳能电池发电历史自从 1954 年第一块实用光伏电池问世以来，太阳光伏发电取得了长足的进步。但比计算机和光纤通讯的发展要慢得多。其原因可能是人们对信息的追求特别强烈，而常规能源还能满足人类对能源的需求。 1973 年的石油危机和 90 年代的环境污染问题大大促进了太阳光伏发电的发展。其发展过程简列如下：1839 年 法国科学家贝克勒尔发现 “ 光生伏特效应 ” ，即 “ 光伏效应 ” 。1954 年 恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳电池，效率为 6% 。同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳电池。2013 微细加工 411958 年 太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋 1号卫星电源。1959 年 第一个多晶硅太阳电池问世，效率达 5%1995 年 高效聚光砷化镓太阳电池效率达 32% 。1997 年 美国提出 “ 克林顿总统百万太阳能屋顶计划 ” ，在2010 年以前为 100 万户，每户安装 3-5kWp 。有太阳时光伏屋顶向电网供电，电表反转；无太阳时电网向家庭供电，电表正转。家庭只需交 “ 净电费 ” 。1997 年 日本 “ 新阳光计划 ” 提出到 2010 年生产 43 亿 Wp 光伏电池。1997 年 欧洲联盟计划到 2010 年生产 37 亿 Wp 光伏电池。1998 年 单晶硅光伏电池效率达 25% 。荷兰政府提出 “ 荷兰百万个太阳光伏屋顶计划 ” ，到 2020 年完成。2013 微细加工 42我国硅太阳能产业的发展状况我国光伏产业链极不平衡，呈上小下大的局面82013 微细加工 43太阳能电池的分类太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形等。目前太阳能电池通常的分类方法是根据所用材料的不同。因此习惯上太阳能电池可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。2013 微细加工 44太阳能板的种类2013 微细加工 45硅太阳能电池硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为 24.7% ，规模生产时的效率为 15% 。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难。多晶硅太阳能电池与单晶硅比较 , 成本低廉，而效率高于非晶硅电池，其实验室最高转换效率为 18%, 工业规模生产的转换效率为 12% 。非晶硅太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。2013 微细加工 46通常的晶体硅太阳能电池是在厚度 300 ～400 μ m 的高质量硅片上制成的，（目前批量生产太阳能电池的厚度最小可以达到180 μ m ），这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。这种方法实际消耗的硅材料较多。为了节省材料，目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（ LPCVD ）和等离子增强化学气相沉积（ PECVD ）工艺。此外，液相外延法（ LPPE）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。2013 微细加工 47美国对我国太阳能产品征收双反税2013 微细加工 48欧盟对我国太阳能价格进行调查92013 微细加工 49第一节 太阳能电池的工作原理一、半导体材料二、载流子三、禁带宽度四、光电效应五、 PN 结六、光能转化为电能七、太阳能电池的结构2013 微细加工 50一、半导体材料图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。硅晶体应用于半导体材料时一般都会在其中掺入其他的杂质（磷、硼等），以增加载流子的数量提高材料的导电性能。纯硅晶体2013 微细加工 51N 型半导体掺入磷原子正电荷表示硅原子，负电荷表示四个电子 ,黄色的表示磷原子，红色的表示自由电子其整体显中性，不带电2013 微细加工 52P型半导体掺入硼 ，硅晶体中存在着一个空穴。正电荷表示硅原子，负电荷表示电子。而黄色的表示掺入的硼原子。蓝色的空穴。整体显中性，不带电。2013 微细加工 53二、载流子载流子就是运载电流的 “ 粒子 ” 。不管在 N型还是 P型半导体中，都会同时存在电子和空穴载流子。在给定的温度下，每种半导体的电子载流子和空穴载流子数的乘积是个常数。例如，对于硅来说，在室温下这个常数是 10 21 / 厘米 3。 N型高导性硅，电子载流子可达 10 17 / 厘米 3，而空穴载流子是10 4 / 厘米 3 。这就是多数载流子与少数载流子的区别。2013 微细加工 54三、禁带宽度单一原子中，电子都有分明的能级，当形成晶体时，由于原子的影响，单一的能级就变成了具有一定幅度的能带。受到原子束缚的电子能量很低，其所处的能带叫做满带，也叫价带。自由电子的能量很高，其所处的能带叫做导带。在满带与导带之间有一个空隙，叫做禁带。102013 微细加工 55金属导带与满带重叠在一起，没有禁带；绝缘体的禁带很宽；半导体的禁带宽度在导体与绝缘体之间。禁带具有一定的能量，叫做禁带宽度，用 Eg表示。不同的半导体材料有不同的禁带宽度，例如，锗 0.7eV, 硅1.12eV, 硒 1.5eV 。2013 微细加工 56四、光电效应通常所说的光电效应是指外光电效应，即物体在光的照射下光电子飞到物体外部的现象。另一种光电效应叫 内光电效应 ，是太阳能电池利用的效应，它是物体在光的照射下，内部原子中的一部分束缚电子变为自由电子，这些电子仍留在物体内部，使物体的导电性加强。半导体发生内光电效应的条件是，光子能量 ε 大于等于半导体的禁带宽度 Eg 。2013 微细加工 57当硅半导体处于光照时，能量大于禁带宽度的光子，激发半导体内部的束缚电子，使之成为自由电子，同时产生等量的空穴。这一数量对于少数载流子来说，可以增加很多个数量级；而对于多数载流子来说，数量却微乎其微。2013 微细加工 58五、 PN 结P型半导体中含有较多的空穴，而 N型半导体中含较多的电子，这样，当 P型和 N型半导体结合在一起时， P区与 N区的结合过渡区就是 PN结。下面我们将讨论PN结形成的原因。在 P型与 N型半导体接触时，多数载流子会发生扩散运动。2013 微细加工 59P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场 E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。2013 微细加工微细加工 60漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场 E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。112013 微细加工微细加工 61－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空间电荷区N型区P型区电位 VV02013 微细加工 621、空间电荷区中没有载流子。2、空间电荷区中内电场阻碍 P中的空穴、 N区中的电子（都是多子）向对方运动（扩 散运动）。3、 P 区中的电子和 N区中的空穴（都是少子），数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意 :2013 微细加工 63PN结的单向导电性PN 结加上正向电压、正向偏置的意思都是： P 区加正、 N 区加负电压。PN 结加上反向电压、反向偏置的意思都是： P区加负、 N 区加正电压。2013 微细加工 64－－－－++++R EPN 结正向偏置内电场外电场变薄P N+ _内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。2013 微细加工 65PN 结反向偏置－－－－++++内电场外电场变厚NP +_内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。R E2013 微细加工 66伏安特性UI死区电压 硅管0.6V, 锗管 0.2V。导通压降 : 硅管0.6-0.7V, 锗管0.2-0.3V 。反向击穿电压 UBR122013 微细加工 67PN结结构及单向导电性2013 微细加工 68六、光能转化为电能2013 微细加工 69由于光的照射，具有 PN 结结构的半导体材料中的扩散运动与漂移运动的动态平衡将被打破。在 N型区和 P型区因为内光电效应都会产生光生电子 -空穴对。PN 结会将产生的电子 -空穴分开， P型区内的少数载流子电子被驱向 N型区； N型区的少数载流子空穴被驱向 P型区。其结果是 N型区一侧有过剩的电子积累； P型区一侧有过剩的空穴积累。2013 微细加工 70负载电阻 RL=0 ，过剩载流子都可以穿过结，会产生最大可能的光生电流，即短路电流 I SC，而电动势为零。负载电阻 RL= ∞ ，则被 PN 结分开的过剩载流子会积累在 PN 结附近，并以最大补偿势垒，于是产生最大可能的光生电压，即开路电压 VOC，其电流为零。负载电阻 RL，则过剩载流子部分用于降低 PN 结势垒用于建立工作电压 Vm ，部分用来产生工作电流 I m 。2013 微细加工 71七、太阳能电池的结构2013 微细加工 72太阳能电池的结构原理图132013 微细加工 73太阳能电池发电原理2013 微细加工 74太阳能电池发电原理由于半导体不是电的良导体，电子在通过 p－n结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖 p－ n结（梳状电极），以增加入射光的面积。另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜，将反射损失减小到 5 ％甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池（通常是 36 个）并联或串联起来使用，形成太阳能光电板。2013 微细加工 75太阳能电池发电原理普通发电主要是利用电磁感应原理发电，需要马达，燥声会很大，如果是火力发电，还会产生大气污染。太阳能发电既不需要马达，也不会排出气体。它是绿色能源，不仅是指其利用的太阳能是没有污染的，而且其发电的过程中也是不会有任何污染的。2013 微细加工 76太阳能电池的工作原理2013 微细加工 77第二节 硅 太阳能电池的制造过程原材料的制备切片处理表面织构扩散去背边 PN结电极印刷及烧结减反射膜制备测试组件封装太阳能发电系统各个环节的利率比较太阳能电池的两大难点2013 微细加工 78硅太阳能电池制造流程142013 微细加工 79工 艺 流 程2013 微细加工 801. 原材料的制备砂子（石英岩）还原为冶金级硅SiO 2 + 2C → Si + 2CO纯度约 98 -99%1美元 / 公斤左右2013 微细加工 81原材料的制备低成本的冶金级硅提纯高纯块状多晶硅，纯度为 6个 9。主要有改良西门子法（气相沉淀反应方式）、四氯化硅（硅甲烷）热分解方式、流化床方式， 一般是化学方法。Si + 3HCl → SiHCl3 + H 2 西门子改良法SiHCl3 + H 2→ Si + 3HCl冶金硅成本 50倍2013 微细加工 82原材料的制备2013 微细加工 83多 晶 硅 铸 锭 炉2013 微细加工 84多 晶 硅 坩 埚 切 割 机152013 微细加工 85多 晶 硅 多 线 破 锭 机 床2013 微细加工 86原材料的制备? 多晶硅进一步生长为半导体单晶硅 ，纯度 9 个 9 以上（也可以通过控制掺杂浓度可生长成适合于太阳能用的单晶硅）主要有直拉单晶法（ CZ）、区域熔化提纯法（ FZ）、物理提纯定向结晶（ DSS ）等。? 冶金硅成本的 2000 倍。2013 微细加工 87原材料的制备最常用的柴可拉斯基拉Czochralski 生长单晶仪图解2013 微细加工 88原材料的制备? 太阳能级单晶硅纯度只要 6个 9；? 太阳能级晶体硅的实际生产并不多；? 单晶硅以高纯的单晶硅棒、半导体加工的头尾料、废次单晶硅材料；? 多晶硅硅片以多晶块料、单晶硅头尾料、及锅底料，加人适量硼硅，放入浇铸炉。2013 微细加工 89原材料的制备? 高纯硅提炼具有较高的技术壁垒， 7 大厂家 05年的总产量约占世界总产量 95% 以上，他们分别 是 Hemlock ， REC ， Wacker ，Tokuyama ， MEMC ， Mitsubishi ，Sumitomo ， SolarWorld 。? 除 REC（ Solar Grade Silicon LLC ）以外，都没有专门用于生产太阳能级晶体硅的生产线。2013 微细加工 90单晶硅与多晶硅的区别? 多晶硅晶向小范围内一致，大范围不同? 单晶硅大范围内晶向一致? 多晶硅可作为拉制单晶硅的原料? 多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面，例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅均不如单晶硅。162013 微细加工 91单晶硅与多晶硅的区别2013 微细加工 92单晶硅与多晶硅电池光电转换率比较2013 微细加工 93高纯硅及太阳能电池制备2013 微细加工 94超大晶粒准单晶硅片技术直拉单晶的优点是单一晶向，低缺陷，电池效率高；缺点是单次投料少，操作复杂，成本高。而多晶硅铸锭的优点是原材料来源广、纯度要求低，生产效率高，投料量大，操作简单，低成本；缺点是内部存在大量的晶界、较高的位错密度和杂质使得多晶硅太阳能电池的转换效率低于单晶硅。虽然近年来对多晶硅铸造工艺及内部缺陷和杂质做了深入的研究，并提出了多种改进的方法，但其转换效率仍低于单晶硅太阳电池 1-2% 。如何将单晶硅与多晶硅的优势相结合一直是光伏界所追求的目标，在这种背景下准单晶技术应运而生。2013 微细加工 95准单晶的特征准单晶也称为铸造单晶硅，是通过铸锭的方法获得外观和电学性能均类似于单晶硅的晶体硅。简言之，准单晶技术就是用多晶硅的成本生产出单晶硅的技术。一般对铸造单晶硅的要求是在一定尺寸的硅片上，单个晶粒面积大于硅片面积的 50% 。这种硅片的晶界数量远小于传统的铸造多晶硅片。多晶硅中存在大量的晶界和位错。晶界是晶粒间的过渡区，结构复杂，原子呈无序排列，并存在不完全键合原子，产生大量的悬挂键，形成界面态，有很大的复合性，特别是被金属杂质玷污后其复合强度会提高，大大降低了多晶硅太阳能电池的转换效率。同时由于多晶硅是由许多晶向不同的晶粒组成，因而制绒后不能形成 “ 金字塔 ” 形貌，这也严重影响其光伏性能。2013 微细加工 96准单晶与铸造单晶的比较(a)铸造多晶硅 (b) 铸造单晶硅两种硅片的表面形貌172013 微细加工 97准单晶与铸造单晶的比较(a)铸造多晶硅 (b)铸造单晶硅两种硅片腐蚀后的表面形貌2013 微细加工 98超大晶粒准单晶铸造方法用生产多晶硅铸锭技术，得到直拉单晶硅的高品质；用 60元的成本生产出原本需要 160 元才能生产的东西？准单晶铸锭最大的优势是可以使用多晶硅铸锭方法制备，不需要使用昂贵的直拉单晶硅方法制备。准单晶铸锭加工需要在坩埚底部铺上一层具有较高厚度的单晶籽晶，即先把籽晶、硅料及掺杂元素放置在同一坩埚中，籽晶位于坩埚底部。然后加热融化硅料，并且保持籽晶不被完全融化。最后控制降温，调节固液相的温度梯度，确保单晶从籽晶位置开始生长，而成为准单晶。目前量产的铸锭准单晶技术主要为有籽晶的铸锭。该技术由晶龙实业集团有限公司麾下 “ 东海晶澳太阳能科技有限公司 ” 首先提出。2013 微细加工 99超大晶粒准单晶铸造要注意的问题（ 1 ）精确控制熔化程度。这一环节非常难以掌控，但它是是否能够稳定生产的决定性因素；（ 2 ）合理控制边角多晶。由于受铸锭炉内温度分布、杂质等多种因素的影响，采用铸造的方法生产单晶硅边角处会出现多晶，要有效合理控制边角处多晶的比例；（ 3 ）严格控制位错密度。准单晶的位错密度虽低于铸造多晶硅，但仍高于直拉单晶硅。位错密度对转换效率影响巨大，在生产过程中把位错密度控制到最低是决定产品质量的关键；（ 4 ）采用铸锭方法所生产的单晶硅中存在一些硅片，表面看似一个大晶粒，而制绒后会出现大量晶界，有些厂家称之为亚晶界。出现这种现象的原因尚不确定，目前有专家推测为在长晶过程中引入微小夹杂物所致，需要在生产过程中引起高度重视。2013 微细加工 100超大晶粒准单晶硅片技术采用该技术进行（ 100 ）晶向籽晶及铸锭生产技术，取得超大晶粒硅锭，并加工制成准单晶硅片，实现批量生产。该技术可操作性强、易推广、稳定可靠，产品性能具有单晶硅的优点，且氧含量低于直拉单晶，与单晶硅片相比具有很强的成本优势。其生产工艺具有低能耗（平均 7kWh/h ）、低成本和环境友好的特点。在完成准单晶硅铸锭技术的研发及生产的同时，项目还结合准单晶硅片的特点参与完成了配套电池工艺的研发。采用新工艺制作的电池片平均效率达到 17.2% 以上，比传统多晶硅电池高 1% 左右，最高效率达18.3% ，单锭的电池总功率高出 2000 — 4000W. 与多晶硅锭相比，采用单晶铸锭技术每台铸锭炉每年产能将增加 0.3 — 0.4MW ，该技术将带来每台炉约 3000 —4000 万元的效益增长。2013 微细加工 101超大晶粒准单晶硅片技术的优势准单晶硅铸锭炉单次投料可达 430 公斤左右 ,是传统直拉单晶硅的 4 倍多；工艺成本可降低 60% ；太阳能电池整条生产链的成本可因准单晶铸锭技术降低 10%, 有助于太阳能发电实现平价上网；光伏平价上网无论是在欧美发达国家，还是诸如中国等新兴市场，都是光伏行业议论的焦点，也是产业发展的最终目标。甚至有专家认为，实现平价上网，不仅意味着光伏产业的真正成长，也是新能源发展的大迈进。由于生产成本太高，我国一直无法实现这一宏伟目标，准单晶这一高转换率低成本材料的出现，将迈出光伏发电平价上网的关键一步，对推进我国太阳能的广泛应用具有积极意义，准单晶技术将成为引领光伏行业的风向标。2013 微细加工 1022. 切片处理由于硅片厚度并不影响光电的转换效率，而硅片在太阳能电池中占成本的 70% ；外圆切割、内圆切割（ ID saw ）和线切割（ Wire saw ）、电火花线切割等。目前多线锯的优势还是很明显，切缝小、效率高、切割质量稳定。但是切割机本身的价格昂贵，且切割机的产量不大，厂商很难定到货。182013 微细加工 103切片处理2013 微细加工 104切片处理一般流程下面是一种常见的多线硅片切割过程：切端面，切方，磨圆、磨边，切片，清洗。多 线 切 割 机2013 微细加工 105切 端 面带锯： 常州华盛天龙机械有限公司2013 微细加工 106切方及磨四周特殊装夹： 锯片厚 3mm 切方 + 磨四周 7h2013 微细加工 107将硅锭用水溶性胶沾在玻璃上2013 微细加工 108切 片 处 理线锯 MEYER BURGER192013 微细加工 109多线切割进行切片2013 微细加工 110两块同时切割 7h2013 微细加工 111300 mm 宽 间距 0.37mm 硅片厚 0.2mm2013 微细加工 112搬 运2013 微细加工 113水中浸泡 20min2013 微细加工 114洗好硅片的花篮202013 微细加工 115切片过程录像2013 微细加工 116切好的硅片，表面脏且不平。因此，在制造太阳能电池之前，要先进行表面准备。表面准备一般分为三步：①用热浓硫酸做初步化学清洗；②在酸性或碱性腐蚀液中腐蚀硅片，每面大约蚀去 30-50μ m的厚度；③用王水或其他清洗液再进行化学清洗。在化学清洗和腐蚀后，要用高纯度的去离子水冲洗硅片。3. 硅片的表面准备2013 微细加工 117表 面 织 构其常用的方法主要有机械刻槽、激光刻槽、离子刻蚀、碱腐蚀、酸腐蚀、掩膜生长以及掩膜腐蚀等方法。2013 微细加工 118表面织构2013 微细加工 119表 面 织 构目前单晶硅制比较成熟由于多晶硅不具有各向异性的特征，表面绒面的制备技术发展还不成熟，还没有一项很好的高效低成本方法2013 微细加工 120PN结是单晶硅太阳能电池的核心部分。没有 PN结，便不能产生光电流，也就不成其为太阳能电池了。因此， PN结的制造是最重要的工序；通常采用高温扩散法制结。以 P型硅片扩散磷为例，主要扩散步骤为：4. 扩 散 制 结212013 微细加工 121① 扩散源的配制将特纯的五氧化二磷溶于适量的乙醇或去离子水中再稀释即成。② 涂源从去离子水中取出经表面准备的硅片，在红外灯下烘干后滴源，使扩散源均匀地分散在硅片表面，再用红外灯稍微烘干一下，然后即可把碎片放入石英舟内。③ 扩散将扩散炉预先升温到扩散温度，大约在 900 — 950 ℃ 的温度下，通氮气数分钟。然后，把装有硅片的石英舟推入炉内的石英管中，在炉口预热数分钟，再推入恒温区，经十余分钟的扩散，将石英舟拉至炉口，缓慢冷却数分钟，取出硅片，制结工序即告完成。2013 微细加工 122扩 散4POCl3 + 3O 2 → 2P2O5 + 6 Cl 2↑P2O5在硅晶片上形成地层玻璃并由硅还原出磷 .2P2O5 + 5Si 2 → 4P + 5SiO 2磷被释放出并扩散进入硅中，而 Cl2 则被排走。2013 微细加工 123扩 散2013 微细加工 1245. 去背边 PN 结在高温扩散过程中，硅片的背面也形成 PN结，必须把背结以及边结去掉。在去背结边结时，用黑胶涂敷在硅片的正面上，掩蔽好正面的 PN结，再把硅片置于腐蚀液中，蚀去掉背面及周边扩散层然后去掉黑胶，将硅片洗净烘干后备用。2013 微细加工 1256. 电极印刷及烧结上电极：高纯银铝浆，厚度 30-50μ m；理论覆盖面积 6-8% （实际 8-10% ）；两线主栅线，栅线宽 2.5mm ；20-50条副栅线，宽度 0.2mm ；下电极：铝浆全面积印刷，周边保留 2mm 间隙烧结温度：上电极 600 -700 ℃ ，下电极 800-900℃2013 微细加工 1267. 腐蚀周边扩散过程中，在硅片的四周表面也有扩散层形成，通常它在腐蚀背结时即已去除，所以这道工序可以省略。若钎焊时电池的周边沾有金属，则仍需腐蚀，以除去金属。这道工序对电池的性能影响很大，任何微小的局部短路，都会使电池变坏，甚至使之成为废品。腐蚀周边的方法比较简单，只要把硅片的两面涂上黑胶或用其他方法掩蔽好，再放入腐蚀液中腐蚀 30s或 1min 即可。222013 微细加工 127机械修整多晶硅片周边2013 微细加工 1288. 蒸镀减反射膜光能在硅表面的反射损失率约为 1／ 3。真空镀膜法在硅表面蒸镀一层二氧化硅，或二氧化钛，或五氧化二钽的减反射膜。减反射作用就是利用光的干涉效应来实现的。减反射膜可提高大阳能电池的光能利用率，增加电池的电能输出。2013 微细加工 129减反射膜制备2013 微细加工 130激光切割单晶硅片2013 微细加工 1319. 检验测试经过上述工序制得的电池，在作为成品电池入库前，均需测试，以检验其质量是否合格。在生产中主要测试的是电池的伏 -安特性曲线，从这一曲线可以得知电池的短路电流、开路电压、最大输出功率以及串联电阻等参数。2013 微细加工 1321为无光照时的 I -U曲线； 2为受光照后的 I-U曲线； 2为 1向下平移 ISC量2经坐标转换可得常用的光照太阳能电池 I -U曲线（右图）232013 微细加工 13310. 单晶硅太阳能电池组件的封装在实际使用时，要把单片太阳能电池串联、并联起来，并密封在透明的外壳中，组装成太阳能电池组件。这种密封成的组件，可防止大气侵蚀，延长电池的使用寿命。把组件再进行串联、并联，便组成了具有一定输出功率的太阳能电池方阵。2013 微细加工 134组 件 封 装玻璃壳体式太阳电池组件示意图1－玻璃壳体； 2－硅太阳电池； 3－互连条； 4－粘接剂；5－衬底； 6－下底板； 7 －边框线； 8－电极接线柱。一种常见的太阳电池组件结构2013 微细加工 13511. 太阳能电池方阵的设计和安装单体太阳能电池不能直接作为电源使用。在实际应用时，是按照电性能的要求，将几片或几十片单体太阳电池串联、并联连接起来，经过封装，组成一个可以单独作为电源使用的最小单元，即太阳能电池组件。太阳能电池方阵，则是由若干个太阳能电池组件串联、并联连接而排列成的阵列。2013 微细加工 136组 件 封 装2013 微细加工 137无锡尚德太阳能电池生产工艺流程2013 微细加工 138太阳能电池模块生产线242013 微细加工 139人工组装太阳能电池模块2013 微细加工 14012. 组成太阳能发电系统2013 微细加工 141太阳能发电系统的组成2013 微细加工 142太阳能发电系统2013 微细加工 143太阳能发电系统太阳能电池板太阳能控制器蓄电池逆变器2013 微细加工 144各个环节的利率比较252013 微细加工 145太阳能电池生产的两大难点提纯过程中，有一项 “ 三氯氢硅还原法 (西门子改良法 )” 的关键技术我国还没有掌握2013 微细加工 146太阳能电池生产的两大难点多线切割的速度不是很快，需要有 7个小时，虽然可同时切割 300 － 500 片，但是风险太大，切割所需要的钢丝 300 － 500km 。由于线切割机的价格昂贵、数量较少，国内将圆硅棒切割成方型硅棒的时候，很少使用线切割，而是采用锯片进行切割，导致硅材料损失较大，而且效率不高，通常一台线切割机要配置三台切方机才能满足正常的加工运转。