《晶体硅太阳能电池》PPT课件

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1、第二章晶体硅太阳能电池引言为什么要选硅作为太阳电池材料晶硅和非晶硅是制备太阳能电池的理想材料。这首先因为硅材料对入射阳光有很强的吸收。由于a-Si不存在长程的周期性，其能带结构与Si晶体存在一些差别，两者的吸收谱也就不一样。图是晶态硅（c-Si）和非晶态（a-Si）吸收谱的比较，横坐标是光子能量（eV）。可以很清楚地看出，1.5（eV）附近，c-Si的吸收较a-Si略强一些，而高能光子和低能光子，a-Si的吸收都较c-Si强得多。太阳光谱中可见光部分的波长范围400~800nm，相应的能量范围为3.1~1.6eV。当

2、入射光波长进入太阳的可见部分波段时，a-Si的吸收系数已开始大于d-Si的吸收系数。随频率的增加，光子能量的提高，吸收系数还要逐渐增大。总的来说硅材料能较好的匹配太阳光谱、价格低、含量丰富、工艺成熟第二章晶体硅太阳能电池自１９５３年研制出具有一定光电转换效率的硅太阳电池后，便被主要应用于空间飞行器的能源系统。最早在尖兵一号卫星上装备了太阳电池，从此，太阳电池在空间的应用不断扩大。相应地，研制了生产满足空间电池的标准电池工艺流程。该工艺在六十年代和七十年代初期一直被沿用。到七十年代中期，由于石油危机，人们将注意力投到新

3、能源上。一些企业开始生产专门用于地面的电池，生产电池的工艺有了某些重大的改变。其基本工艺可以归纳为下列步骤：１、砂子还原成治金级硅２、治金级硅提纯为半导体级（太阳能级）硅３、半导体级（太阳能级）硅转变为硅片４、硅片制成太阳电池（重点）５、太阳电池封装成电池组件（重点）第一节硅太阳电池常规工艺第二章晶体硅太阳能电池1.1硅材料的制备与选取硅是地球外壳第二位最丰富的元素，提炼硅的原料是ＳiO２。在目前工业提炼工艺中，一般采用ＳiＯ２的结晶态，即石英砂在电弧炉中（如图3.１）用碳还原的方法治炼得反应方程为工业硅的纯度一般为

4、９５％～９９％，所含的杂质主要为Ｆｅ、Ａｌ、Ｇａ、Ｍg等。由工业硅制成硅的卤化物（如三氯硅烷，四氯化硅）通过还原剂还原成为元素硅，最后长成棒状（或针状、块状）多晶硅。习惯上把这种还原沉积出的高纯硅棒叫作多晶硅。多晶硅经过区熔法（Ｆｚ）和坩埚直拉法（ＣＧ）制成单晶硅棒。随着太阳电池的应用从空间扩展到地面，电池生产成本成为推广应用的最大障碍。硅片质量直接影响成品电池的性能，它的价格在很大程度上决定了成品电池的成本。质量和价格是必须要重点考虑的因素。图3.1生产冶金级硅的电弧炉的断面图碳和石英岩内腔电极；硅；碳化硅6.炉床

5、7.电极膏8.铜电极9.出料喷口；10.铸铁壁11.陶瓷12.石墨盖第二章晶体硅太阳能电池1.1硅材料的制备与选取降低太阳电池的成本决定于硅材料成本的降低。而硅材料成本的关键在于材料的制造方法。为了能与其它能源竞争，一般要和晶硅太阳电池的转换效率大于１０％。达到这一要求实际上并不需要使用半导体级硅。人们研制、生产太阳电池级硅（ＳＯＧ——Ｓｉ）。我们知道一些金属（Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔｉ和Ｖ）只要很低的浓度就能降低电池的性能，而另一些杂质即便浓度超过１０１５／ｃｍ２仍不成问题，此浓度大约比半导体级硅的杂质浓度高

6、１００倍，这样就可以选用成本较低的工艺来生产纯度稍低的太阳电池级硅，而仍旧能制造性能比较好的电池。除了价格、成本和来源难易外，根据不同用途，可以从下几方面选用硅材料：１、导电类型：从国内外硅太阳电池生产的情况来看，多数采用Ｐ型硅材料，这是基于ｎ＋／ｐ型电池在空间的应用及其传统的生产历史。也由于该种材料易得。第一章太阳能电池的工作原理和基本特性——之半导体物理基础２、电阻率：由硅太阳电池的原理知道，在一定范围内，电池的开路电压随着硅基体电阻率的下降而增加，材料电阻率较低时，能得到较高的开路电压，而短路电流则略低，总的转

7、换效率较高。所以，地面应用倾向于０.５～３.０Ωｃｍ的材料。太低的电阻率。反而使开路电压降低，并且导致填充因子下降。３、晶向、位错、寿命太阳电池较多选用（１１１）和（１００）晶向生长的单晶。由于绒面电池相对有较高的吸光性能，较多采用（１００）间的硅衬底材料。在不要求太阳电池有很高转换效率的场合，位错密度和电子寿命不作严格要求。第二章晶体硅太阳能电池1.2单体电池的制造可分为两大工序：硅片生产工艺（及主要设备）和太阳能电池片生产制造工艺1.2.1、硅片生产工艺（及主要设备）工艺流程：硅锭（硅棒）--切块（切方）--倒角

8、抛光--粘胶--切片--脱胶清洗--分选检验包装工艺简介：切块／切方：将硅锭或者硅棒切成适合切片的尺寸，一般硅锭切成25块（主流）。倒角抛光：将晶柱的圆面棱角研磨成符合要求的尺寸，对表面进行抛光处理，从而获得高度平坦的晶片。粘胶：用粘附剂把晶柱固定在由铝板和玻璃板组成的夹具上，自然硬化或用恒温炉使其硬化。切片：把晶柱切割成硅片，切割的深度要达到