1、<p><b>　　引 言</b></p><p>　　隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對(duì)能源的需求量持續(xù)增加，化石燃料的大量使用，導(dǎo)致了能源的迅速短缺、環(huán)境污染日益加劇，全球面臨著一個(gè)嚴(yán)峻的問題：能源問題已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國(guó)際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來(lái)越多的國(guó)家開始實(shí)行“陽(yáng)光計(jì)劃”，開發(fā)太陽(yáng)能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)

2、展的新動(dòng)力。歐洲一些高水平的核研究機(jī)構(gòu)也開始轉(zhuǎn)向可再生能源。在國(guó)際光伏市場(chǎng)巨大潛力的推動(dòng)下，各國(guó)的太陽(yáng)能電池制造業(yè)爭(zhēng)相投入巨資，擴(kuò)大生產(chǎn)，以爭(zhēng)一席之地。</p><p>　　目前，全球太陽(yáng)能電池市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，歐洲和日本領(lǐng)先的格局已被打破。盡管主要的銷售市場(chǎng)在歐洲，但太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)重鎮(zhèn)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到亞洲。2010年，在光伏市場(chǎng)帶動(dòng)下，全球光伏電池產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)。</p><p>　　在世界光伏市

3、場(chǎng)的強(qiáng)力拉動(dòng)下，中國(guó)太陽(yáng)能電池制造業(yè)通過引進(jìn)、消化、吸收和再創(chuàng)新，獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。中國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段。第一階段為1984年以后的研究開發(fā)時(shí)期；之后迎來(lái)了2001年以后的產(chǎn)業(yè)形成時(shí)期，第二階段也是尚德等太陽(yáng)能電池廠商開始創(chuàng)業(yè)的時(shí)期；2005年至今的第三階段是中國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展時(shí)期。</p><p>　　得益于國(guó)家對(duì)太陽(yáng)能等新能源產(chǎn)業(yè)的政策、資金支持，2010年太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)迅

4、速，在世界10大太陽(yáng)能電池生產(chǎn)商中有4家是中國(guó)企業(yè)。</p><p>　　中國(guó)已在太陽(yáng)能電池生產(chǎn)制造方面取得重要地位，也將成為使用太陽(yáng)能的大市場(chǎng)。近年來(lái)國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)了太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃、金太陽(yáng)工程等諸多補(bǔ)貼扶持政策，在政策的支持下中國(guó)有望像美國(guó)一樣，啟動(dòng)一個(gè)巨大的市場(chǎng)。</p><p>　　太陽(yáng)能電池及光伏發(fā)電原理</p><p>　　早在1839年，法國(guó)科學(xué)家貝克雷爾

5、(Becqurel)就發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來(lái)被稱為“光生伏打效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)”。1954年，美國(guó)科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室首次制成了實(shí)用的單晶硅太陽(yáng)電池，誕生了將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)。太陽(yáng)電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏打效應(yīng)，就是當(dāng)物體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。即當(dāng)太陽(yáng)光或其他光照射半導(dǎo)體的PN結(jié)時(shí)，就會(huì)在PN結(jié)的

6、兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓，使PN結(jié)短路，就會(huì)產(chǎn)生電流。</p><p>　　太陽(yáng)能電池是利用光伏效應(yīng)將其所吸收的能量轉(zhuǎn)換為電能的器件,也稱光伏電池.太陽(yáng)電池是太陽(yáng)能開發(fā)和利用的主要方向.光伏是一個(gè)朝陽(yáng)的產(chǎn)業(yè).太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，光生空穴由n區(qū)流向p區(qū)，光生電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池的工作原理。 太陽(yáng)能綠色能源太陽(yáng)能發(fā)

7、電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。</p><p>　　1.1 光—熱—電轉(zhuǎn)換</p><p>　　光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過利用太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽(yáng)能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。目前只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場(chǎng)合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟(jì)上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競(jìng)爭(zhēng)。</p><p&g

8、t;　　1.2 光—電直接轉(zhuǎn)換</p><p>　　光—電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽(yáng)光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽(yáng)的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)就可以成為有比較大的輸出功率的太陽(yáng)能電池方陣了。太陽(yáng)能電池是一種大有前

9、途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn).太陽(yáng)能電池壽命長(zhǎng)，只要太陽(yáng)存在，太陽(yáng)能電池就可以一次投資而長(zhǎng)期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽(yáng)能電池不會(huì)引起環(huán)境污染；太陽(yáng)能電池可以大中小并舉，大到百萬(wàn)千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽(yáng)能電池組，這是其它電源無(wú)法比擬的 </p><p>　　太陽(yáng)光發(fā)電是指無(wú)需通過熱過程直接將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。它包括光伏發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。光伏發(fā)

10、電是利用太陽(yáng)能級(jí)半導(dǎo)體電子器件有效地吸收太陽(yáng)光輻射能，并使之轉(zhuǎn)變成電能的直接發(fā)電方式，是當(dāng)今太陽(yáng)光發(fā)電的主流。時(shí)下，人們通常所說太陽(yáng)光發(fā)電就是太陽(yáng)能光伏發(fā)電，亦稱太陽(yáng)能電池發(fā)電。從上世紀(jì)70年代中期開始了地面用太陽(yáng)電池商品化以來(lái)，晶體硅就作為基本的電池材料占據(jù)著統(tǒng)治地位。硅系列太陽(yáng)能電池中，單晶硅和多晶硅電池繼續(xù)占據(jù)光伏市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，單晶硅和多晶硅的比例已超過80%，而這一發(fā)展趨勢(shì)還在繼續(xù)增長(zhǎng)。</p><p>

11、;　　光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是較少受地域限制，因?yàn)殛?yáng)光普照大地;光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無(wú)噪聲、低污染、無(wú)需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)同期短的優(yōu)點(diǎn)?！肮馍匦?yīng)”，簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)”，英文名稱：Photovoltaic

12、effect。指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過程；其次，是形成電壓過程。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會(huì)形成電流的回路。</p><p>　　晶體硅太陽(yáng)能電池的分類介紹</p><p>　　以晶體硅材料制備的太陽(yáng)能電池主要包括：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)電池，鑄造多晶硅太陽(yáng)能電池，非晶硅太陽(yáng)能電池

13、和薄膜晶體硅電池。單晶硅電池具有電池轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高；非晶硅太陽(yáng)電池則具有生產(chǎn)效率高，成本低廉，但是轉(zhuǎn)換效率較低，而且效率衰減得比較厲害；鑄造多晶硅太陽(yáng)能電池則具有穩(wěn)定得轉(zhuǎn)換的效率，而且性能價(jià)格比最高；薄膜晶體硅太陽(yáng)能電池則現(xiàn)在還只能處在研發(fā)階段。目前，鑄造多晶硅太陽(yáng)能電池已經(jīng)取代直拉單晶硅成為最主要的光伏材料。但是鑄造多晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率略低于直拉單晶硅太陽(yáng)能電池，材料中的各種缺陷，如晶界、位錯(cuò)、微缺陷，和材料

14、中的雜質(zhì)碳和氧，以及工藝過程中玷污的過渡族金屬被認(rèn)為是電池轉(zhuǎn)換效率較低的關(guān)鍵原因，因此關(guān)于鑄造多晶硅中缺陷和雜質(zhì)規(guī)律的研究，以及工藝中采用合適的吸雜，鈍化工藝是進(jìn)一步提高鑄造多晶硅電池的關(guān)鍵。另外，尋找適合鑄造多晶硅表面織構(gòu)化的濕化學(xué)腐蝕方法也是目前低成本制備高效率電池的重要工藝 。多晶硅太陽(yáng)電池的出現(xiàn)主要是為了降低成本，其優(yōu)點(diǎn)是能直接制備出適于規(guī)模化生產(chǎn)的大尺寸方型硅錠，設(shè)備比較簡(jiǎn)單，制造過程簡(jiǎn)單、省電、節(jié)約硅材料，對(duì)材質(zhì)要求也較低。

15、晶界及雜質(zhì)影響可通過電他工藝</p><p>　　2.1 單晶硅太陽(yáng)能電池</p><p>　　硅系列太陽(yáng)能電池中，單晶硅大陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的成熱的加工處理工藝基礎(chǔ)上的?，F(xiàn)在單晶硅的電地工藝己近成熟，在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。提高

16、轉(zhuǎn)化效率主要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。在此方面，德國(guó)夫朗霍費(fèi)費(fèi)萊堡太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所保持著世界領(lǐng)先水平。該研究所采用光刻照相技術(shù)將電池表面織構(gòu)化，制成倒金字塔結(jié)構(gòu)。并在表面把一13nm。厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結(jié)合．通過改進(jìn)了的電鍍過程增加?xùn)艠O的寬度和高度的比率：通過以上制得的電池轉(zhuǎn)化效率超過23%，是大值可達(dá)23．3％。Kyocera公司制備的大面積（225cm2）單電晶太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率為19．44%，國(guó)內(nèi)北京

17、太陽(yáng)能研究所也積極進(jìn)行高效晶體硅太陽(yáng)能電池的研究和開發(fā)，研制的平面高效單晶硅電池（2cm X 2cm）轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19.79%，刻槽埋柵電極晶體硅電池（5cm X 5cm）轉(zhuǎn)換效率達(dá)8.6%。</p><p>　　單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率無(wú)疑是最高的，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于受單晶硅材料價(jià)格及相應(yīng)的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價(jià)格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困難的。為了節(jié)省高質(zhì)

18、量材料，尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品，現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太陽(yáng)能電池，其中多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池就是典型代表。</p><p>　　2.2 多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池</p><p>　　通常的晶體硅太陽(yáng)能電池是在厚度350－450μm的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。因此實(shí)際消耗的硅材料更多。為了節(jié)省材料，人們從70年代中期就開始在廉價(jià)襯底上沉積多晶硅薄膜，

19、但由于生長(zhǎng)的硅膜晶粒大小，未能制成有價(jià)值的太陽(yáng)能電池。為了獲得大尺寸晶粒的薄膜，人們一直沒有停止過研究，并提出了很多方法。目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學(xué)氣相沉積法，包括低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）和等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）工藝。此外，液相外延法（LPPE）和濺射沉積法也可用來(lái)制備多晶硅薄膜電池。</p><p>　　化學(xué)氣相沉積主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4或SiH4,為反應(yīng)氣體

20、,在一定的保護(hù)氣氛下反應(yīng)生成硅原子并沉積在加熱的襯底上，襯底材料一般選用Si、SiO2、Si3N4等。但研究發(fā)現(xiàn)，在非硅襯底上很難形成較大的晶粒,并且容易在晶粒間形成空隙。解決這一問題辦法是先用 LPCVD在襯底上沉熾一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜，因此，再結(jié)晶技術(shù)無(wú)疑是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，目前采用的技術(shù)主要有固相結(jié)晶法和中區(qū)熔再結(jié)晶法。多晶硅薄膜電池除采用了再結(jié)晶工藝外，另

21、外采用了幾乎所有制備單晶硅太陽(yáng)能電池的技術(shù)，這樣制得的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率明顯提高。</p><p>　　多晶硅薄膜電池由于所使用的硅遠(yuǎn)較單晶硅少，又無(wú)效率衰退問題，并且有可能在廉價(jià)襯底材料上制備，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池，因此，多晶硅薄膜電池不久將會(huì)在太陽(yáng)能電地市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。</p><p>　　三、光電池的工作原理及其特性</p><p&

22、gt;　　3.1電池的工作原理</p><p>　　在一塊N形硅片表面，用擴(kuò)散的方法摻入一些P型雜質(zhì)，形成PN結(jié)，光這就是一塊硅光電池。當(dāng)照射在PN上時(shí)，如光子能量hv大于硅的禁帶寬度E時(shí)，則價(jià)帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子空穴對(duì)。因?yàn)镻N結(jié)阻擋層的電場(chǎng)方向指向P區(qū)，所以，任阻擋層電場(chǎng)的作用下，被光激發(fā)的電子移向N區(qū)外側(cè)，被光激發(fā)的空穴移向P區(qū)外側(cè)，從而在硅光電池與PN結(jié)平行的兩外表而形成電勢(shì)差，P區(qū)帶正電，為光

23、電池的正極，N區(qū)帶負(fù)電，為光電池的負(fù)極。照在PN結(jié)上的光強(qiáng)增加，就有更多的空穴流向P區(qū)，更多的電子流向N區(qū)，從而硅光電池兩外側(cè)的電勢(shì)差增加。如上所述，在光的作用下，產(chǎn)生一定方向一定大小的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，叫作光生伏特效應(yīng)。</p><p>　　3.2 硅光電池特性</p><p>　　3.2.1 光照特性</p><p>　　不同強(qiáng)度的光照射在光電池上，光電池有不同的短

24、路電流Isc和開路電在Voc，如圖1所示。由圖1可知短路電流Isc—光強(qiáng)Ev特性是一條直線，即短路電流在很寬的光強(qiáng)范圍內(nèi)，與光強(qiáng)成線性關(guān)系，而開路電壓是非線性的，而且，在當(dāng)光強(qiáng)較小，約20mW／cm2時(shí)，短路電壓就趨于飽和。因此，要想用光電池來(lái)測(cè)量或控制光的強(qiáng)弱，應(yīng)當(dāng)用光電池的短路電流特性。</p><p>　　3.2.2 硅光電池的光譜特性</p><p>　　圖2是硅光電池、硒光電池的

25、光譜特性曲線。顯而易見，不同的光電池，光譜曲線峰值的位置不同，例如硅光電池峰值波長(zhǎng)在0.8μm左右，硒光電池在0.54μm左右。硅光電池的光譜范圍寬，在0.45～1.1μm之間，硒光電池的光譜范圍在0.34～0.75μm之間，只對(duì)可見光敏感。</p><p>　　值得注意的是，光電池的光譜曲線形狀，復(fù)蓋范圍，不僅與光電池的材料有關(guān)，還與制造工藝有關(guān)，而且還隨著環(huán)境溫度的變化而變化。</p><

26、p>　　3.2.3 光電池的溫度特性</p><p>　　光電池的溫度特性如圖3所示。由圖可知，開路電壓隨溫度的升高而快速下降，短流電流隨溫度升高而緩緩增加。所以，用光電池作傳感器制作的測(cè)量?jī)x器，即使采用Isc—Ev特性，在被測(cè)參量恒定不變時(shí)，儀器的讀數(shù)也會(huì)隨環(huán)境溫度的變化而漂移，所以，儀器必須采用相應(yīng)的溫度補(bǔ)償措施。</p><p>　　四、硅光電池的結(jié)構(gòu)及工作原理 </p&

27、gt;<p>　　硅光電池是一種能將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件,其結(jié)構(gòu)圖所示.它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大面積的半導(dǎo)體PN結(jié).硅光電池的基體材料為一薄片P型單晶硅,其厚度在0.44mm以下,在它的表面上利用熱擴(kuò)散法生成一層N型受光層,基體和受光層的交接處形成PN結(jié).在N型層受光層上制作有柵狀負(fù)電極,另外在受光面上還均勻覆蓋有抗反射膜,它是一層很薄的天藍(lán)色一氧化硅膜,可以使電池對(duì)有效入射光的吸收率達(dá)到90%以上,并使硅光電池的短路電

28、流增加25%-30%. </p><p>　　以硅材料為基體的硅光電池,可以使用單晶硅、多晶硅、非晶硅來(lái)制造.單晶硅光電池是目前應(yīng)用最廣的一種,它有2CR和2DR兩種類型,其中2CR型硅光電池采用N型單晶硅制造,2DR型硅光電池則采用P型單晶硅制造. </p><p>　　硅光電池的工作原理是光生伏特效應(yīng).當(dāng)光照射在硅光電池的PN結(jié)區(qū)時(shí),會(huì)在半導(dǎo)體中激發(fā)出光生電子空穴對(duì).PN結(jié)兩邊的光生電

29、子空穴對(duì),在內(nèi)電場(chǎng)的作用下,屬于多數(shù)載流子的不能穿越阻擋層,而少數(shù)載流子卻能穿越阻擋層.結(jié)果,P區(qū)的光生電子進(jìn)入N區(qū),N區(qū)的光生空穴進(jìn)入P區(qū),使每個(gè)區(qū)中的光生電子一空穴對(duì)分割開來(lái).光生電子在N區(qū)的集結(jié)使N區(qū)帶負(fù)電,光生電子在P區(qū)的集結(jié)使P區(qū)帶正電.P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì).當(dāng)硅光電池接入負(fù)載后,光電流從P區(qū)經(jīng)負(fù)載流至N區(qū),負(fù)載中即得到功率輸出. </p><p>　　4.1. 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成<

30、/p><p>　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能光伏電池組，光伏系統(tǒng)電池控制器，蓄電池和交直流逆變器是其主要部件。其中的核心元件是光伏電池組和控制器。各部件在系統(tǒng)中的作用是：</p><p>　　光伏電池：光電轉(zhuǎn)換。</p><p>　　控制器：作用于整個(gè)系統(tǒng)的過程控制。光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用的控制器類型很多，如2點(diǎn)式控制器，多路順序控制器、智能控制器、大功率跟蹤充電控制器

31、等，我國(guó)目前使用的大都是簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的控制器，智能型控制器僅用于通信系統(tǒng)和較大型的光伏電站。</p><p>　　蓄電池：蓄電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，用于存儲(chǔ)從光伏電池轉(zhuǎn)換來(lái)的電力。目前我國(guó)還沒有用于光伏系統(tǒng)的專用蓄電池，而是使用常規(guī)的鉛酸蓄電池。</p><p>　　交直流逆變器：由于它的功能是交直流轉(zhuǎn)換，因此這個(gè)部件最重要的指標(biāo)是可靠性和轉(zhuǎn)換效率。并網(wǎng)逆變器采用最大功率跟蹤技術(shù)，最大

32、限度地把光伏電池轉(zhuǎn)換的電能送入電網(wǎng)。</p><p>　　4.2 太陽(yáng)能光伏電池板</p><p>　　太陽(yáng)能電池主要使用單晶硅為材料。用單晶硅做成類似二極管中的P-N結(jié)。工作原理和二極管類似。只不過在二極管中，推動(dòng)P-N結(jié)空穴和電子運(yùn)動(dòng)的是外部電場(chǎng)，而在太陽(yáng)能電池中推動(dòng)和影響P-N結(jié)空穴和電子運(yùn)動(dòng)的是太陽(yáng)光子和光輻射熱（*）。也就是通常所說的光生伏特效應(yīng)原理。目前光電轉(zhuǎn)換的效率，也就是光

33、伏電池效率大約是單晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％。目前最新的技術(shù)還包括光伏薄膜電池。</p><p>　　1839年，法國(guó)物理學(xué)家A．E．Becquerel在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)液體的光生伏特效應(yīng)（由光照射在液體蓄電池的金屬電極板上使得蓄電池電路中的伏特表產(chǎn)生微弱變化）至今，在所有能找到的材料中，由單晶硅做成的P-N結(jié)光伏電池是光電轉(zhuǎn)換效率最高的材料。</p><p>　　4.3 薄膜太

34、陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)原理分析</p><p>　　光伏發(fā)電就是利用半導(dǎo)體技術(shù)，直接將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。太陽(yáng)能是一種清潔、高效的可再生能源，能廣泛應(yīng)用于家庭發(fā)電系統(tǒng)和大型商業(yè)光伏項(xiàng)目等諸多領(lǐng)域。</p><p>　　晶體硅是太陽(yáng)能電池大規(guī)模生產(chǎn)中最常用的原材料，通常包括單晶硅和多晶硅。目前晶體硅太陽(yáng)能電池約占整個(gè)太陽(yáng)能市場(chǎng)90%左右的市場(chǎng)份額。</p><p>　　在各類薄膜

35、太陽(yáng)能電池中，預(yù)計(jì)能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的是硅基薄膜，CIS和CdTe，其中CIS薄膜太陽(yáng)能電池制造過程中由于要用到稀有金屬硒，使得大規(guī)模的生產(chǎn)的成本比較高，而且CIS的生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜，給大規(guī)模生產(chǎn)也造成了一定的困難，所以目前時(shí)機(jī)還未完全成熟。至于CdTe薄膜太陽(yáng)能電池，由于其原材料中的“鎘”被證實(shí)是一種致癌物質(zhì)，所以與太陽(yáng)能電池的綠色能源特性有些許沖突，另外其原材料中的“碲”，價(jià)格也比較貴。所以相比來(lái)說，硅基薄膜電池更適合大規(guī)?；a(chǎn)。&

36、lt;/p><p>　　五、太陽(yáng)電池用晶硅材料</p><p><b>　　5．1單晶硅材料</b></p><p>　　單晶硅材料制造要經(jīng)過如下過程：石英砂一冶金級(jí)硅一提純和精煉一沉積多晶硅錠一單晶硅一硅片切割。</p><p>　　硅主要以siO2形式存在于石英和砂子中。它的制備主要是在電弧爐中用碳還原石英砂而成。該過程

37、能量消耗很高，約為14kwh／kg，因此硅的生產(chǎn)通常在水電過剩的地方（挪威，加拿大等地）進(jìn)行。這樣被還原出來(lái)的硅的純度約98％一99％，稱為冶金級(jí)硅（MG一Si）。大部分冶金級(jí)硅用于制鐵和制鋁工業(yè)。目前全世界冶金級(jí)硅的產(chǎn)量約為50萬(wàn)噸／年。半導(dǎo)體工業(yè)用硅占硅總量的很小一部分，而且必須進(jìn)行高度提純。電子級(jí)硅的雜質(zhì)含量約10-10％以下。</p><p>　　典型的半導(dǎo)體級(jí)硅的制備過程：粉碎的冶金級(jí)硅在硫化床反應(yīng)器中

38、與HCI氣體混合并反應(yīng)生成三氯氫硅和氫氣，Si＋3HCI→SiHC13＋H2。由于SiHC13在30℃以下是液體，因此很容易與氫氣分離。接著，通過精餾使</p><p>　　SiHC13與其它氯化物分離，經(jīng)過精餾的SiHCl3，其雜質(zhì)水平可低于10-10％的電子級(jí)硅要求。提純后的SiHC13通過CVD原理制備出多晶硅錠。</p><p>　　基于同樣原理可開發(fā)出另一種提純方法，即在硫化床反

39、應(yīng)器中，用Si烷在很小的Si球表面上原位沉積出Si。此法沉積出的Si粉未顆粒只有十分之幾毫米，可用作CZ直拉單晶的投爐料或直接制造Si帶。</p><p>　　拉制單晶有CZ法（柑禍拉制）和區(qū)熔法兩種。CZ法因使用石英柑蝸而不可避免地引入一定量的氧，對(duì)大多數(shù)半導(dǎo)體器件來(lái)說影響不大，但對(duì)高效太陽(yáng)電池，氧沉淀物是復(fù)合中心，從而降低材料少子壽命。區(qū)熔法可以獲得高純無(wú)缺陷單晶。常規(guī)采用內(nèi)圓切割（ID）法將硅錠切成硅片，該

40、過程有50％的硅材料損耗，成本昂貴。現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出多線切割法，可以切出很?。ā?00Pm）的硅片，切割損失?。ā?0％），硅片表面切割損傷輕，有利于提高電池效率，切割成本低。</p><p><b>　　5．2多晶硅材料</b></p><p>　　由于硅材料占太陽(yáng)電池成本中的絕大部分，降低硅材料的成本是光伏應(yīng)用的關(guān)鍵。澆鑄多晶硅技術(shù)是降低成本的重要途徑之一，該技術(shù)省

41、去了昂貴的單晶拉制過程，也能用較低純度的硅作投爐料，材料及電能消耗方面都較省。</p><p><b>　?。?）鑄錠工藝</b></p><p>　　鑄錠工藝主要有定向凝固法和澆鑄法兩種。定向凝固法是將硅料放在柑塌中加以熔融，然后將柑塌從熱場(chǎng)中逐漸下降或從增蝸底部通上冷源以造成一定的溫度梯度，使固液界面從柑蝸底部向上移動(dòng)而形成晶錠。定向凝固法中有一種稱為熱交換法（H

42、EM），在柑禍底部通入氣體冷源來(lái)形成溫度梯度。澆鑄法是將熔化后的硅液從增禍中倒入另一模具中凝固以形成晶錠，鑄出硅錠呈方形，切成的硅片一般尺寸為10cmXl0cm，平均晶粒尺寸從毫米到厘米。</p><p>　　鑄錠法中需要解決的主要問題是：（1）盛硅容器的材質(zhì)。國(guó)為硅熔體冷凝時(shí)會(huì)牢固地粘附在柑禍的內(nèi)壁，若兩者的膨脹系數(shù)不同，硅固化時(shí)體積增加9％，會(huì)使硅錠產(chǎn)生裂紋或破碎。此外，熔化硅幾乎能與所有材料起化學(xué)反應(yīng)，因而

43、柑禍對(duì)硅料的污染必須控制在太陽(yáng)級(jí)硅所允許的限度以內(nèi)。（2）晶體結(jié)構(gòu)。用調(diào)整熱場(chǎng)等方法控制晶體結(jié)構(gòu)，以生長(zhǎng)出大小適當(dāng)（數(shù)毫米）的具有單向性的晶粒，并盡量減少晶體中的缺陷，這樣才有可能制成效率較高的電池。</p><p>　　近年來(lái)，鑄錠工藝主要朝大錠的方向發(fā)展。技術(shù)先進(jìn)的公司生產(chǎn)的鑄錠多在55cmX55cm（錠重150kJ左右，目前65cmX65cm（錠重230kJ的方形硅錠也已被鑄出，鑄錠時(shí)間在3一43h范圍，切

44、片前硅材料的實(shí)收率可達(dá)到83．8％。大型鑄錠爐多采用中頻加熱，以適應(yīng)大形硅錠及工業(yè)化規(guī)模。與此同時(shí)，硅錠質(zhì)量也得到明顯的改進(jìn)，經(jīng)過工藝優(yōu)化和柑蝸材質(zhì)改進(jìn)，使缺陷及雜質(zhì)、氧、碳含量減少。在晶體生長(zhǎng)中固液界面的形狀會(huì)影響晶粒結(jié)構(gòu)的均勻性與材料的電性能，一般而言，水平形狀的固液界面較好。由于硅錠整體質(zhì)量的提高，使硅錠的可利用率得到明顯提高。</p><p>　　由于鑄錠中采用低成本的柑禍及脫模涂料，對(duì)硅錠的材質(zhì)仍會(huì)造成

45、影響。近年來(lái)電磁法（EMC）被用來(lái)進(jìn)行鑄錠試驗(yàn)，方法是投爐硅料從上部連續(xù)加到熔融硅處，而熔融硅與無(wú)底的冷柑渦通過電磁力保持接觸，同時(shí)固化的硅被連續(xù)地向下拉。冷增渦用水冷的銅渦來(lái)形成。目前該工藝已鑄出截面為220mmX220mm的長(zhǎng)硅錠，鑄錠的材質(zhì)純度比常規(guī)硅錠高。生產(chǎn)性的鑄錠爐已鑄造出500kg的硅錠，錠的截面為350mmX350mm，2． 2m長(zhǎng)，固化率為1mm／min。固化及冷卻時(shí)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力是影響硅錠質(zhì)量的主要參數(shù)，應(yīng)不斷優(yōu)化

46、和改進(jìn)。該法能否正式進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)仍在實(shí)驗(yàn)評(píng)估中。</p><p>　　六、太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)制造工藝</p><p>　　6.1 一次清洗作業(yè)規(guī)程</p><p><b>　　1、目的</b></p><p>　　去除硅片表面的污染物；在硅片表面腐蝕出絨面；絡(luò)合硅片表面沾污的金屬離子。</p><p&

47、gt;<b>　　2適用范圍</b></p><p>　　適用于125、156多晶硅片一次清洗工位。</p><p>　　清洗制絨（超聲波清洗→減薄→噴淋→絨面）</p><p>　　→（噴淋→酸洗→噴淋→漂洗→噴淋→甩干）→擴(kuò)散（合片→擴(kuò)散→卸片）</p><p>　　→刻蝕（疊片→上夾具→刻蝕→插片)→洗磷（去磷硅玻

48、璃→噴淋→甩干）→PECVD</p><p>　　→絲網(wǎng)印刷 [絲印1（背極）→絲印2（背場(chǎng)）→絲印3（柵極）]→燒結(jié)（試燒→批量燒結(jié)）</p><p><b>　　超聲波清洗</b></p><p>　　機(jī)械切片以后會(huì)在硅片表面形成10—40微米的損傷層，且表面有油脂、松香、石蠟、金屬離子等雜質(zhì)。</p><p>　　

49、工藝目的；主要是去除油脂、松香、石蠟等雜質(zhì)。</p><p>　　工藝原理；超聲振動(dòng)使油珠滾落，物理去油。</p><p>　　條件；去離子水一定量，溫度60—90℃，時(shí)間10—40min。</p><p><b>　　超聲波清洗機(jī)</b></p><p><b>　　設(shè)備要求：穩(wěn)定性</b><

50、;/p><p><b>　　好，精確度高（溫</b></p><p><b>　　度、時(shí)間），操作</b></p><p><b>　　方便（換水方便）。</b></p><p><b>　　減薄</b></p><p>　　工藝目的；

51、去除表面損傷層和部分雜質(zhì)。</p><p>　　工藝原理；利用硅在濃NaOH溶液中的各向同性腐蝕除去損傷層。</p><p>　　Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑</p><p>　　工藝條件；生產(chǎn)常用NaOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%左右，溫度85±5℃，時(shí)間0.2—3min</p><p>　　具體據(jù)原始硅片的厚度和

52、表面損傷情況而定。</p><p><b>　　絨面</b></p><p>　　目的；制作絨面，減少反射，提升硅片對(duì)光吸收效率。</p><p>　　原理；利用Si在稀NaOH溶液中的各向異性腐蝕，在硅片表面形成無(wú)數(shù)個(gè)3—6微米的金字塔結(jié)構(gòu)，這樣光照在硅片表面便會(huì)經(jīng)過多次反射和折射，增加了對(duì)光的吸收。</p><p>

53、　　條件；生產(chǎn)常用NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%左右，Na2SiO3 1.5%—2%，乙醇或異丙醇每次約加200—400ml(50L混合液）。溫度85±5℃,時(shí)間15—45min，具體工藝據(jù)硅片種類、減薄后厚度和上次生產(chǎn)情況而定。</p><p>　　質(zhì)量目標(biāo)：絨面后硅片表面顏色深灰無(wú)亮點(diǎn)、均勻、氣泡印小，無(wú)籃腳印、白花等現(xiàn)象。400倍顯微鏡下大小符合標(biāo)準(zhǔn)，倒金字塔結(jié)構(gòu)均勻</p><p>

54、;<b>　　酸洗</b></p><p>　　目的；去除硅片表面金屬離子和絨面后的殘留藥液，</p><p>　　原理；主要利用的是酸堿中和反應(yīng)。</p><p>　　條件；10%鹽酸，時(shí)間10min</p><p><b>　　漂洗</b></p><p>　　目的；去除

55、氧化層（SiO2）。</p><p>　　原理；SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O</p><p>　　條件；HF溶液8%—10%，時(shí)間10min。</p><p>　　注★清洗工藝每個(gè)小環(huán)節(jié)之后，均需用去離子水將硅片沖洗干凈，以免殘留藥液影響倒下個(gè)小環(huán)節(jié)的正常進(jìn)行。</p><p>　　去離子水是指純水，指的是將水中的強(qiáng)電解質(zhì)去除并且

56、將弱電解質(zhì)去除到一定程度的水。其電阻率越大，電導(dǎo)率約小則級(jí)別越高。</p><p><b>　　清洗機(jī)</b></p><p>　　設(shè)備要求：穩(wěn)定性好，精確度高，密閉性能好，有抽風(fēng)裝置，便于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，操作簡(jiǎn)單安全。</p><p><b>　　烘干</b></p><p><b>　　目

57、的：烘干。</b></p><p>　　原理：熱吹風(fēng)（~75 ℃ ）去除硅片表面殘留的水。</p><p><b>　　擴(kuò)散</b></p><p><b>　　目的；形成PN結(jié)。</b></p><p>　　原理；（POCL3液態(tài)源高溫?cái)U(kuò)散），POCL3在高溫下經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)生成單

58、質(zhì)P，P在高溫下擴(kuò)散進(jìn)入硅片表面，與本已經(jīng)摻B的硅形成PN結(jié)。</p><p>　　4POCl3+3O2→2P2O5+6Cl2</p><p>　　2P2O5+5Si→5SiO2+4P</p><p><b>　　擴(kuò)散工藝步驟及條件</b></p><p>　　進(jìn)舟：速度230—280mm/min。</p>

59、<p>　　通大氮：時(shí)間5min， 流量27000±5000ml/min。</p><p>　　通小氮和氧氣：時(shí)間35min，O2流量400±40ml/min，N2流量2400±40ml/min</p><p>　　通大氮和氧氣：時(shí)間5min，流量27000±5000ml/min。</p><p>　　出舟：速度2

60、30—280mm/min。</p><p>　　溫度：800℃—900℃</p><p>　　質(zhì)量目標(biāo)：擴(kuò)散后表面顏色均勻，方塊電阻大小</p><p>　　一般在40±5歐姆之間.</p><p><b>　　擴(kuò)散爐</b></p><p><b>　　設(shè)備要求：</b

61、></p><p><b>　　精確度高</b></p><p><b>　　可準(zhǔn)確控制反應(yīng)管</b></p><p>　　的實(shí)際工藝溫度 和氣</p><p><b>　　流量。</b></p><p>　　用于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作、</p>

62、;<p><b>　　高精度、高穩(wěn)定性、</b></p><p><b>　　自動(dòng)控制。 </b></p><p><b>　　刻蝕</b></p><p>　　目的；去除周邊短路環(huán)。</p><p>　　原理：在輝光放電條件下，CF4和O2生成等離子體，交替對(duì)周

63、邊作用，使周邊電阻增大。</p><p>　　CF4→C4++4F- O2→2O2-</p><p>　　F+Si→SiF4 SiF4揮發(fā)性高，隨即被抽走。</p><p>　　工藝條件：CF4︰O2=10︰1</p><p>　　板流：0.35—0.4A</p><

64、;p>　　板壓：1.5—2KV</p><p>　　壓強(qiáng)：80—120Pa</p><p>　　刻蝕時(shí)間：10—16min</p><p>　　質(zhì)量目標(biāo);刻邊電阻大于5KΩ，刻邊寬度1—2mm間。</p><p><b>　　等離子體刻蝕機(jī)</b></p><p><b>　　設(shè)備

65、要求：</b></p><p><b>　　工藝重復(fù)性好，</b></p><p><b>　　刻蝕速度快、</b></p><p><b>　　均勻性好 。</b></p><p><b>　　密封性能好、</b></p>&l

66、t;p><b>　　操作安全</b></p><p><b>　　洗磷</b></p><p>　　目的：去除硅片表面氧化層及擴(kuò)散時(shí)形成的磷硅</p><p>　　玻璃(磷硅玻璃是指P2O5與SiO2的混合物）。</p><p>　　原理：P2O5溶于HF酸 </p><

67、p>　　SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O H2SiF6可溶于水</p><p>　　條件：HF濃度8％-10％</p><p>　　洗磷后需用去離子水將硅片沖洗干凈并甩干。</p><p>　　PECVD（等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積）</p><p>　　目的：表面鈍化和減少光的反射，降低載流子復(fù)合速度和增加光的吸收。<

68、;/p><p>　　原理：硅烷與氨氣反應(yīng)生成氮化硅淀積在硅片表面形成減反射膜。反應(yīng)過程中有大量的氫離子注入，使硅片中懸掛鍵飽和，達(dá)到表面鈍化和體鈍化的目的，有效降低了載流子的復(fù)合，提高了電池的短路電流和開路電壓。</p><p>　　SiH4+NH3→Si3N4+10H2</p><p>　　PECVD（德）工藝步驟及條件</p><p>　　工

69、藝步驟：分17步。進(jìn)舟→慢抽真空→快抽真空→調(diào)壓→恒溫→恒壓→檢漏→調(diào)壓→淀積→淀積→淀積→抽真空稀釋尾氣→清洗→抽真空→抽真空→充氮→退舟。</p><p>　　條件：溫度480℃，淀積壓強(qiáng)200Pa，射頻功率1800W，抽空設(shè)定壓強(qiáng)0.5pa，進(jìn)出舟設(shè)定15%。</p><p>　　質(zhì)量目標(biāo)：淀積后表面顏色深藍(lán)且均勻。</p><p><b>　　管式

70、PECVD</b></p><p>　　設(shè)備要求：管內(nèi)氣氛 </p><p>　　均勻、恒溫區(qū)溫度均勻</p><p>　　穩(wěn)定。氣路系統(tǒng)、工藝</p><p>　　管、真空系統(tǒng)密封可靠，</p><p>　　使用安全 。工藝穩(wěn)定性</p><p>　　和重復(fù)性好，精

71、確度高，</p><p><b>　　射頻頻率穩(wěn)定。</b></p><p><b>　　絲網(wǎng)印刷</b></p><p>　　目的；印刷電極和背場(chǎng)，使電流能夠輸出，提升電池轉(zhuǎn)換效率。</p><p>　　原理：給硅片表面印刷一定圖形的銀漿或鋁漿，通過燒結(jié)后形成歐姆接觸，使電流有效輸出。正面電極通常

72、印成柵線狀，是為了克服擴(kuò)散層的方塊電阻且使光線有較高的透過率。背面電極布滿大部分或整個(gè)背面，目的是克服由于電池串聯(lián)而引起的電阻。</p><p>　　絲網(wǎng)印刷工藝步驟及要求</p><p>　　工藝步驟：背極（銀漿） →烘干→背場(chǎng)（鋁漿） → 烘干→柵極（銀漿) →烘干。</p><p>　　要求：背極厚度小于20微米，烘干溫度設(shè)定160 ℃—200℃。</p

73、><p>　　背場(chǎng)厚度20—35微米，具體根據(jù)片源而定。烘干溫度160℃—240℃，具體根據(jù)漿料確定。</p><p>　　柵極要求印刷圖案完整、清晰、均勻、對(duì)稱，無(wú)</p><p>　　漏漿及較大斷線。烘干溫度160℃—240℃，具體據(jù)漿料確定。</p><p><b>　　印刷達(dá)標(biāo)的電池片</b></p>

74、<p><b>　　燒結(jié)</b></p><p>　　目的：形成燒結(jié)合金和歐姆接觸及去除背結(jié)。</p><p><b>　　原理：</b></p><p>　　燒結(jié)合金是指高溫下金屬和硅形成的合金，主要有正柵的銀硅合金、背場(chǎng)的鋁硅合金、背電極的銀鋁合金。</p><p>　　燒結(jié)過程實(shí)際上

75、是一個(gè)高溫?cái)U(kuò)散過程，是一個(gè)對(duì)硅摻雜的過程，需加熱到鋁硅共熔點(diǎn)（577℃）以上。經(jīng)過合金化后，隨著溫度的下降，液相中的硅將重新凝固出來(lái)，形成含有少量鋁的結(jié)晶層，它補(bǔ)償了N層中的施主雜質(zhì)，從而得到以鋁為受主雜質(zhì)的P層，達(dá)到了消除背結(jié)的目的。</p><p><b>　　燒結(jié)工藝條件</b></p><p>　　燒結(jié)工藝較為靈活，設(shè)定時(shí)應(yīng)考慮以下因素：</p>

76、<p>　　燒結(jié)爐的特點(diǎn)，如燒結(jié)溫區(qū)數(shù)目，高溫區(qū)長(zhǎng)度，帶速設(shè)定等等。</p><p><b>　　原始硅片的電阻率。</b></p><p><b>　　絨面后硅片厚度。</b></p><p><b>　　擴(kuò)散后方塊電阻</b></p><p><b>

77、　　印刷背場(chǎng)厚度。</b></p><p>　　太陽(yáng)能電池的品質(zhì)要求</p><p>　　太陽(yáng)能電池片的生產(chǎn)盡可能高的轉(zhuǎn)換效率</p><p>　　表面狀況良好（顏色均勻，圖案完整、清晰、對(duì)稱）。</p><p>　　低損耗（硅片破損率低）。</p><p><b>　　彎曲度小。</b&g

78、t;</p><p>　　生產(chǎn)高效率電池片應(yīng)具備的條件</p><p>　　工藝—有優(yōu)良的工藝并且與設(shè)備匹配。</p><p>　　設(shè)備—穩(wěn)定性好，維修頻率低，日損耗小精確度高，便于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，操作簡(jiǎn)單安全，配套設(shè)施齊全。</p><p>　　環(huán)境—凈化級(jí)別達(dá)標(biāo)，避免產(chǎn)品污染。</p><p>　　操作—按照SOP操作

79、，避免污染。</p><p>　　原材料及輔助用料—用料品質(zhì)達(dá)標(biāo)。</p><p><b>　　生產(chǎn)管理的需求</b></p><p>　　工藝需求—能夠不斷優(yōu)化工藝，持續(xù)改進(jìn)。</p><p><b>　　品質(zhì)需求</b></p><p><b>　　成本需求&l

80、t;/b></p><p><b>　　安全需求</b></p><p><b>　　標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的需求</b></p><p><b>　　操作簡(jiǎn)單方便的需求</b></p><p><b>　　保護(hù)環(huán)境的需求。</b></p><

81、;p>　　工藝流程分為硅片檢測(cè)——表面制絨——擴(kuò)散制結(jié)——去磷硅玻璃——等離子刻蝕——鍍減反射膜——絲網(wǎng)印刷——快速燒結(jié)等。具體介紹如下：</p><p><b>　　一、硅片檢測(cè)</b></p><p>　　硅片是太陽(yáng)能電池片的載體，硅片質(zhì)量的好壞直接決定了太陽(yáng)能電池片轉(zhuǎn)換效率的高低，因此需要對(duì)來(lái)料硅片進(jìn)行檢測(cè)。該工序主要用來(lái)對(duì)硅片的一些技術(shù)參數(shù)進(jìn)行在線測(cè)量，

82、這些參數(shù)主要包括硅片表面不平整度、少子壽命、電阻率、P/N型和微裂紋等。該組設(shè)備分自動(dòng)上下料、硅片傳輸、系統(tǒng)整合部分和四個(gè)檢測(cè)模塊。其中，光伏硅片檢測(cè)儀對(duì)硅片表面不平整度進(jìn)行檢測(cè),同時(shí)檢測(cè)硅片的尺寸和對(duì)角線等外觀參數(shù)；微裂紋檢測(cè)模塊用來(lái)檢測(cè)硅片的內(nèi)部微裂紋；另外還有兩個(gè)檢測(cè)模組，其中一個(gè)在線測(cè)試模組主要測(cè)試硅片體電阻率和硅片類型，另一個(gè)模塊用于檢測(cè)硅片的少子壽命。在進(jìn)行少子壽命和電阻率檢測(cè)之前，需要先對(duì)硅片的對(duì)角線、微裂紋進(jìn)行檢測(cè)，并自

83、動(dòng)剔除破損硅片。硅片檢測(cè)設(shè)備能夠自動(dòng)裝片和卸片，并且能夠?qū)⒉缓细衿贩诺焦潭ㄎ恢?，從而提高檢測(cè)精度和效率。</p><p><b>　　二、表面制絨</b></p><p>　　單晶硅絨面的制備是利用硅的各向異性腐蝕，在每平方厘米硅表面形成幾百萬(wàn)個(gè)四面方錐體也即金字塔結(jié)構(gòu)。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了電池的短路電流和轉(zhuǎn)換效率。硅的各向異性腐蝕

84、液通常用熱的堿性溶液，可用的堿有氫氧化鈉，氫氧化鉀、氫氧化鋰和乙二胺等。大多使用廉價(jià)的濃度約為1%的氫氧化鈉稀溶液來(lái)制備絨面硅，腐蝕溫度為70-85℃。為了獲得均勻的絨面，還應(yīng)在溶液中酌量添加醇類如乙醇和異丙醇等作為絡(luò)合劑，以加快硅的腐蝕。制備絨面前，硅片須先進(jìn)行初步表面腐蝕，用堿性或酸性腐蝕液蝕去約20～25μm，在腐蝕絨面后，進(jìn)行一般的化學(xué)清洗。經(jīng)過表面準(zhǔn)備的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，應(yīng)盡快擴(kuò)散制結(jié)。</p>&

85、lt;p><b>　　三、擴(kuò)散制結(jié)</b></p><p>　　太陽(yáng)能電池需要一個(gè)大面積的PN結(jié)以實(shí)現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，而擴(kuò)散爐即為制造太陽(yáng)能電池PN結(jié)的專用設(shè)備。管式擴(kuò)散爐主要由石英舟的上下載部分、廢氣室、爐體部分和氣柜部分等四大部分組成。擴(kuò)散一般用三氯氧磷液態(tài)源作為擴(kuò)散源。把P型硅片放在管式擴(kuò)散爐的石英容器內(nèi)，在850---900攝氏度高溫下使用氮?dú)鈱⑷妊趿讕胧⑷萜?，通過三氯

86、氧磷和硅片進(jìn)行反應(yīng)，得到磷原子。經(jīng)過一定時(shí)間，磷原子從四周進(jìn)入硅片的表面層，并且通過硅原子之間的空隙向硅片內(nèi)部滲透擴(kuò)散，形成了N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的交界面，也就是PN結(jié)。這種方法制出的PN結(jié)均勻性好,方塊電阻的不均勻性小于百分之十,少子壽命可大于10ms。制造PN結(jié)是太陽(yáng)電池生產(chǎn)最基本也是最關(guān)鍵的工序。因?yàn)檎荘N結(jié)的形成，才使電子和空穴在流動(dòng)后不再回到原處，這樣就形成了電流，用導(dǎo)線將電流引出，就是直流電。</p>&l

87、t;p><b>　　四、去磷硅玻璃</b></p><p>　　該工藝用于太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)制造過程中，通過化學(xué)腐蝕法也即把硅片放在氫氟酸溶液中浸泡，使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸，以去除擴(kuò)散制結(jié)后在硅片表面形成的一層磷硅玻璃。在擴(kuò)散過程中，POCL3與O2反應(yīng)生成P2O5淀積在硅片表面。P2O5與Si反應(yīng)又生成SiO2和磷原子，這樣就在硅片表面形成一層含有磷元素的SiO2，

88、稱之為磷硅玻璃。去磷硅玻璃的設(shè)備一般由本體、清洗槽、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械臂、電氣控制系統(tǒng)和自動(dòng)配酸系統(tǒng)等部分組成，主要?jiǎng)恿υ从袣浞?、氮?dú)狻嚎s空氣、純水，熱排風(fēng)和廢水。氫氟酸能夠溶解二氧化硅是因?yàn)闅浞崤c二氧化硅反應(yīng)生成易揮發(fā)的四氟化硅氣體。若氫氟酸過量，反應(yīng)生成的四氟化硅會(huì)進(jìn)一步與氫氟酸反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸。</p><p><b>　　五、等離子刻蝕</b></p>

89、<p>　　由于在擴(kuò)散過程中，即使采用背靠背擴(kuò)散，硅片的所有表面包括邊緣都將不可避免地?cái)U(kuò)散上磷。PN結(jié)的正面所收集到的光生電子會(huì)沿著邊緣擴(kuò)散有磷的區(qū)域流到PN結(jié)的背面，而造成短路。因此，必須對(duì)太陽(yáng)能電池周邊的摻雜硅進(jìn)行刻蝕，以去除電池邊緣的PN結(jié)。通常采用等離子刻蝕技術(shù)完成這一工藝。等離子刻蝕是在低壓狀態(tài)下，反應(yīng)氣體CF4的母體分子在射頻功率的激發(fā)下，產(chǎn)生電離并形成等離子體。等離子體是由帶電的電子和離子組成，反應(yīng)腔體中的氣

90、體在電子的撞擊下，除了轉(zhuǎn)變成離子外，還能吸收能量并形成大量的活性基團(tuán)?；钚苑磻?yīng)基團(tuán)由于擴(kuò)散或者在電場(chǎng)作用下到達(dá)SiO2表面，在那里與被刻蝕材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并形成揮發(fā)性的反應(yīng)生成物脫離被刻蝕物質(zhì)表面，被真空系統(tǒng)抽出腔體。</p><p><b>　　六、鍍減反射膜</b></p><p>　　拋光硅表面的反射率為35%,為了減少表面反射,提高電池的轉(zhuǎn)換效率,需要沉

91、積一層氮化硅減反射膜?，F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中常采用PECVD設(shè)備制備減反射膜。PECVD即等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積。它的技術(shù)原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電使樣品升溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體SiH4和NH3，氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面形成固態(tài)薄膜即氮化硅薄膜。一般情況下，使用這種等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積的方法沉積的薄膜厚度在70nm左右。這樣厚度的薄膜具有光學(xué)的功能性

92、。利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大為減少，電池的短路電流和輸出就有很大增加，效率也有相當(dāng)?shù)奶岣摺?lt;/p><p><b>　　七、絲網(wǎng)印刷</b></p><p>　　太陽(yáng)電池經(jīng)過制絨、擴(kuò)散及PECVD等工序后，已經(jīng)制成PN結(jié)，可以在光照下產(chǎn)生電流，為了將產(chǎn)生的電流導(dǎo)出，需要在電池表面上制作正、負(fù)兩個(gè)電極。制造電極的方法很多，而絲網(wǎng)印刷是目前制作太陽(yáng)電池電極最普遍的

93、一種生產(chǎn)工藝。絲網(wǎng)印刷是采用壓印的方式將預(yù)定的圖形印刷在基板上，該設(shè)備由電池背面銀鋁漿印刷、電池背面鋁漿印刷和電池正面銀漿印刷三部分組成。其工作原理為：利用絲網(wǎng)圖形部分網(wǎng)孔透過漿料，用刮刀在絲網(wǎng)的漿料部位施加一定壓力，同時(shí)朝絲網(wǎng)另一端移動(dòng)。油墨在移動(dòng)中被刮刀從圖形部分的網(wǎng)孔中擠壓到基片上。由于漿料的粘性作用使印跡固著在一定范圍內(nèi)，印刷中刮板始終與絲網(wǎng)印版和基片呈線性接觸，接觸線隨刮刀移動(dòng)而移動(dòng)，從而完成印刷行程。</p>

94、<p><b>　　八、快速燒結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過絲網(wǎng)印刷后的硅片，不能直接使用，需經(jīng)燒結(jié)爐快速燒結(jié)，將有機(jī)樹脂粘合劑燃燒掉，剩下幾乎純粹的、由于玻璃質(zhì)作用而密合在硅片上的銀電極。當(dāng)銀電極和晶體硅在溫度達(dá)到共晶溫度時(shí)，晶體硅原子以一定的比例融入到熔融的銀電極材料中去，從而形成上下電極的歐姆接觸，提高電池片的開路電壓和填充因子兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，使其具有電阻特性，以提高電池

95、片的轉(zhuǎn)換效率。</p><p>　　燒結(jié)爐分為預(yù)燒結(jié)、燒結(jié)、降溫冷卻三個(gè)階段。預(yù)燒結(jié)階段目的是使?jié){料中的高分子粘合劑分解、燃燒掉，此階段溫度慢慢上升；燒結(jié)階段中燒結(jié)體內(nèi)完成各種物理化學(xué)反應(yīng)，形成電阻膜結(jié)構(gòu)，使其真正具有電阻特性，該階段溫度達(dá)到峰值；降溫冷卻階段，玻璃冷卻硬化并凝固，使電阻膜結(jié)構(gòu)固定地粘附于基片上。</p><p><b>　　九、外圍設(shè)備</b><

96、;/p><p>　　在電池片生產(chǎn)過程中，還需要供電、動(dòng)力、給水、排水、暖通、真空、特汽等外圍設(shè)施。消防和環(huán)保設(shè)備對(duì)于保證安全和持續(xù)發(fā)展也顯得尤為重要。一條年產(chǎn)50MW能力的太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)線，僅工藝和動(dòng)力設(shè)備用電功率就在1800KW左右。工藝純水的用量在每小時(shí)15噸左右，水質(zhì)要求達(dá)到中國(guó)電子級(jí)水GB/T11446.1-1997中EW-1級(jí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。工藝?yán)鋮s水用量也在每小時(shí)15噸左右，水質(zhì)中微粒粒徑不宜大于10微米，供

97、水溫度宜在15-20℃。真空排氣量在300M3/H左右。同時(shí)，還需要大約氮?dú)鈨?chǔ)罐20立方米，氧氣儲(chǔ)罐10立方米。考慮到特殊氣體如硅烷的安全因素，還需要單獨(dú)設(shè)置一個(gè)特氣間，以絕對(duì)保證生產(chǎn)安全。另外，硅烷燃燒塔、污水處理站等也是電池片生產(chǎn)的必備設(shè)施。</p><p>　　晶體硅太陽(yáng)能電池的技術(shù)解析</p><p><b>　　1.1表面織構(gòu)</b></p>

98、<p>　　減少入射光學(xué)損失是提高電池效率最直接方法?；瘜W(xué)腐蝕工藝是最成熟的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，也是行業(yè)內(nèi)最廣泛使用的技術(shù)，工藝門檻低、產(chǎn)量大；但絨面質(zhì)量不易控制、不良率高，且減反射效果有限（腐蝕后的反射率一般仍在11%以上），并產(chǎn)生大量的化學(xué)廢液和酸堿氣體，非環(huán)境友好型生產(chǎn)方式。反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)（RIE）是最有發(fā)展前景的技術(shù)，它首先在硅片表面形成一層MASK（掩膜）再顯影出表面織構(gòu)模型，然后再利用反應(yīng)離子刻蝕方法制備表面織構(gòu)。用

99、這種方法制備出的減反射絨面非常完美，表面反射率最低可降至0.4％，單多晶技術(shù)統(tǒng)一，生產(chǎn)工藝與設(shè)備都可移植于IC工業(yè)，如果生產(chǎn)成本能夠進(jìn)一步降低可望取代化學(xué)腐蝕方法而大規(guī)模使用。</p><p><b>　　1.2發(fā)射區(qū)擴(kuò)散</b></p><p>　　PN結(jié)特性決定了太陽(yáng)能電池的性能！傳統(tǒng)工藝對(duì)太陽(yáng)能電池表面均勻摻雜，且為了減少接觸電阻、提高電池帶負(fù)載能力表面摻雜濃度

100、較高。但研究發(fā)現(xiàn)表面雜質(zhì)濃度過高導(dǎo)致擴(kuò)散區(qū)能帶收縮、晶格畸變、缺陷增加、“死層”明顯、電池短波響應(yīng)差。PN結(jié)技術(shù)是國(guó)際一流電池制造企業(yè)與國(guó)內(nèi)電池企業(yè)的主要技術(shù)差距。為了在提高電池的填充因子的同時(shí)避免表面“死層”，選擇性擴(kuò)散發(fā)射極電池技術(shù)是最有望獲得產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的低成本革命性高效電池技術(shù)，其技術(shù)原理簡(jiǎn)單且通過現(xiàn)有裝備已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)，但如何降低制造成本是該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過程中所面臨的主要挑戰(zhàn)。目前國(guó)內(nèi)某些大公司對(duì)外宣傳的超過17.6%以上的高效

101、電池其技術(shù)核心均來(lái)源于此，相信隨著配套裝備與輔助材料的及時(shí)解決近二年內(nèi)將會(huì)迅速普及與推廣。</p><p><b>　　1.3去邊技術(shù)</b></p><p>　　產(chǎn)業(yè)化的周邊PN結(jié)去除方式是等離子體干法刻蝕，該方法技術(shù)成熟、產(chǎn)量大，但存在過刻、鉆刻及不均勻的現(xiàn)象，不僅影響電池的轉(zhuǎn)換效率，而且導(dǎo)致電池片蹦邊、色差與缺角等不良率上升。激光開槽隔離技術(shù)根據(jù)PN結(jié)深度而在硅

102、片邊緣開一物理隔離槽，但與國(guó)外情況相反，據(jù)國(guó)內(nèi)使用情況來(lái)看電池效率反而不及等離子體刻蝕技術(shù)，因此該方法有待進(jìn)一步研究。目前行業(yè)出現(xiàn)的另外一種技術(shù)——化學(xué)腐蝕去邊與背面腐蝕拋光技術(shù)集刻蝕與去PSG一體，背面絨面的拋光極大降低了入射光的透射損失、提高電池紅光響應(yīng)。該方法工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)inline自動(dòng)化生產(chǎn)，不存在“鉆刻”與刻蝕不均勻現(xiàn)象，工藝相對(duì)穩(wěn)定，因此盡管配套設(shè)備昂貴但仍引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。</p><p>　

103、　1.4表面減反射膜生長(zhǎng)技術(shù)</p><p>　　在電池背面生長(zhǎng)一層10～30nmSiN膜以期最大限度對(duì)電池進(jìn)行鈍化與缺陷的修復(fù)從而提高電池的效率是目前的一個(gè)熱點(diǎn)課題，由于該技術(shù)牽涉到與后面的絲網(wǎng)印刷技術(shù)、電極漿料技術(shù)及燒結(jié)工藝的配合目前尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段，但它肯定是今后的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　匹配封裝材料對(duì)光譜的折射率定制減反射膜以獲得最佳的實(shí)際使用效果是光伏企業(yè)技術(shù)實(shí)力的

104、體現(xiàn)！如何減少電磁波對(duì)電池表面PN結(jié)輻射損傷以及損傷的有效修復(fù)是該工藝的核心技術(shù)，處理不好往往導(dǎo)致電池效率一致性較差。 </p><p>　　1.5絲網(wǎng)印刷與金屬漿料技術(shù)</p><p>　　絲網(wǎng)印刷技術(shù)是低成本太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，其主要技術(shù)進(jìn)步與電極漿料及網(wǎng)版制版技術(shù)緊密相聯(lián)。電極漿料技術(shù)進(jìn)步是提升電池效率的捷徑，也是一些實(shí)驗(yàn)室技術(shù)向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。</p>

105、<p>　　硅片厚度不斷減薄、電池面積不斷增大，如何降低碎片率與電池片的翹曲度成為設(shè)備制造廠商與電池制造企業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)問題。設(shè)備方面已經(jīng)出現(xiàn)能適應(yīng)120um厚度硅片的全自動(dòng)印刷設(shè)備。</p><p>　　二十一世紀(jì)晶硅電的發(fā)展趨勢(shì)和展望</p><p>　　90年代以來(lái)，在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推動(dòng)下，可再生能源技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。</p><p>　

106、　7.1 晶體硅太陽(yáng)能電池的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著我們對(duì)半導(dǎo)體材料與光伏技術(shù)研究的不斷深入，必將會(huì)不斷誕生一些突破性的技術(shù)來(lái)巔覆傳統(tǒng)、提升太陽(yáng)能電池的效率、降低系統(tǒng)發(fā)電成本，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電從補(bǔ)充能源向主流能源的躍進(jìn)！只是以前這些技術(shù)都由國(guó)外企業(yè)與機(jī)構(gòu)產(chǎn)生?？梢灶A(yù)見通過中國(guó)廣大“光伏人”的努力，今后這些革命性的技術(shù)突破將會(huì)在我們中國(guó)本土企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生！</p><p>　　電

107、池行業(yè)是２１世紀(jì)的朝陽(yáng)行業(yè)，發(fā)展前景十分廣闊。在電池行業(yè)中，最沒有污染、市場(chǎng)空間最大的應(yīng)該是太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能電池的研究與開發(fā)越來(lái)越受到世界各國(guó)的廣泛重視。現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，一方面加大對(duì)能源的需求，引發(fā)能源危機(jī)；另一方面在常規(guī)能源的使用中釋放出大量的二氧化碳?xì)怏w，導(dǎo)致全球性的“溫室效應(yīng)”。為此各國(guó)力圖擺脫對(duì)常規(guī)能源的依賴，加速發(fā)展可再生能源。作為最理想的可再生能源，太陽(yáng)能具有“取之不盡，用之不竭”的特點(diǎn)，而利用太陽(yáng)能發(fā)以在發(fā)達(dá)國(guó)家得到了高

108、度重視，電具有環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，而且不必考慮其安全性問題。在能源短缺，環(huán)境保護(hù)問題日益嚴(yán)重的我國(guó)，低成本高效率地利用太陽(yáng)能尤為重要。</p><p>　　7.2 非晶硅薄膜電池</p><p>　　非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池由于其成本優(yōu)勢(shì)而具有很大的市場(chǎng)潛力，因此受到投資者青睞。薄膜太陽(yáng)能電池作為一種新型太陽(yáng)能電池，由于其原材料來(lái)源廣泛、生產(chǎn)成本低、便于大規(guī)模生產(chǎn)，因而具有廣闊的市場(chǎng)前景。近年來(lái)，以玻

109、璃為基板的非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池憑借其成本低廉、工藝成熟、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，逐漸從各種類型的薄膜太陽(yáng)能電池中脫穎而出，在全球范圍內(nèi)掀起了一波投資熱潮。大尺寸玻璃基板薄膜太陽(yáng)能電池投入市場(chǎng)，必將極大地加速光伏建筑一體化、屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)以及光伏電站等的推廣和普及。</p><p>　　非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池優(yōu)勢(shì)漸顯</p><p>　　由于晶體硅太陽(yáng)能電池的成本隨著硅材料價(jià)格的連年上漲而不斷提高

110、，各類薄膜太陽(yáng)能電池成為全球新型太陽(yáng)能電池研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。</p><p>　　薄膜太陽(yáng)能電池中最具發(fā)展?jié)摿Φ氖欠蔷Ч璞∧ぬ?yáng)能電池，非晶硅材料是由氣相淀積形成的，目前已被普遍采用的方法是等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積(PECVD)法。此種制作工藝可以連續(xù)在多個(gè)真空淀積室完成，從而實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。由于反應(yīng)溫度低，可在200℃左右的溫度下制造，因此可以在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上淀積薄膜，易于大面積化生產(chǎn)，成

111、本較低。</p><p>　　與晶體硅太陽(yáng)電池比較，非晶硅薄膜太陽(yáng)電池具有弱光響應(yīng)好，充電效率高的特性。非晶硅材料的吸收系數(shù)在整個(gè)可見光范圍內(nèi)，幾乎都比單晶硅大一個(gè)數(shù)量級(jí)，使得非晶硅太陽(yáng)電池?zé)o論在理論上和實(shí)際使用中都對(duì)低光強(qiáng)有較好的適應(yīng)。越來(lái)越多的實(shí)踐數(shù)據(jù)也表明，當(dāng)峰值功率相同時(shí)，在晴天直射強(qiáng)光和陰雨天弱散射光環(huán)境下，非晶硅太陽(yáng)能電池板的比功率發(fā)電量均大于單晶硅、非晶硅薄膜太陽(yáng)電池?！　　　　　　　　?lt;/p