太陽能產(chǎn)業(yè)鏈.ppt

太陽能產(chǎn)業(yè)鏈 從 泥沙 到 白金 太陽能電池產(chǎn)業(yè)鏈 一 工業(yè)硅冶煉工業(yè)硅是制備多晶硅的基本原料 其制備的方法很多 通常用還原劑油焦在高溫中將SiO2還原為單質(zhì)硅 還原劑有碳 鎂 鋁等 一般工業(yè)生產(chǎn)中選用價格低的焦炭 和木炭 木材 玉米芯等還原劑 在生產(chǎn)中采用工業(yè)電爐 將碳電極插入硅石和還原劑組成的爐料中 加熱到1600 1800 還原出硅 反應式為 太陽能產(chǎn)業(yè)鏈 二 工業(yè)硅提純 多晶硅生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈最上游是7家太陽能多晶硅 Silicon 廠商 Hemlock 德國Wacker 日本德山 Tokuyama REC MEMC Misubishi和Sumitomo 他們對全球的多晶硅供應造成了嚴重的壟斷 總產(chǎn)量占到全球太陽能多晶硅總產(chǎn)量的95 以上 其中 前3大廠產(chǎn)能約占全球總產(chǎn)能近6成 而龍頭廠Hemlock市占率高達23 由于技術(shù)門檻 幾乎沒有企業(yè)可以很快進入多晶硅生產(chǎn)制造領(lǐng)域 而且產(chǎn)能也遠不是全球7巨頭的對手 太陽能產(chǎn)業(yè)鏈 二 硅晶片生產(chǎn)第二層是22家硅片 Wafer 廠商 包括RWESchottSolar Sharp Q cells BPSolar DeutscheSolar Kyocera等 在這一環(huán)節(jié)主要的技術(shù)流程包括鑄錠 或單晶生長 切方滾磨 用多線切割機切片 化學腐蝕拋光 其中鑄錠 或單晶生長 環(huán)節(jié)屬于高能耗 切割機等投資規(guī)模亦相對較大 設(shè)備投資約占初期總投資的60 以上 中國保定天威英利是這個領(lǐng)域的中國代表 具備生產(chǎn)單晶硅片的制造能力 技術(shù)難度僅次于多晶硅的制造難度 太陽能產(chǎn)業(yè)鏈 三 太陽電池制造第三層是太陽能電池 Cell 制造 全球電池廠商有40余家 中國的代表企業(yè)是無錫尚德和天威英利 產(chǎn)能產(chǎn)量都屬于全球主流的太陽能電池制造商 太陽能產(chǎn)業(yè)鏈 四 太陽電池組件封裝最下面是組件 將制作好的電池封裝 技術(shù)含量相對較低 進入門檻亦低 屬于勞動力密集型產(chǎn)業(yè) 全球廠商數(shù)量超過200家 國內(nèi)也有相當多企業(yè)進行封裝作業(yè) 太陽能產(chǎn)業(yè)鏈 五 安裝組成太陽能發(fā)電系統(tǒng)最后 把封裝好的太陽電池組件進行安裝 即可組成太陽能發(fā)電系統(tǒng) 太陽能產(chǎn)業(yè)鏈 一 冶煉 硅材料及冶煉 南安三晶冶煉廠進行金屬硅冶煉 二 冶煉過程 硅材料及冶煉 石英石 木屑 石油焦 工業(yè)硅的精制 工業(yè)硅 又稱金屬硅 用途廣泛 可以用于保溫材料 例如耐火磚 高溫密封件 電焊條等 冶煉用硅 高硅鑄鐵 硅鋼 矽鋼片 碳化硅材料等 化學用硅 有機硅集合物 硅膠 硅烷 耐低溫潤滑油等等 電子用硅 用于制造晶體管 集成電路 功率器件 提純光電高純硅 工業(yè)硅根據(jù)不同領(lǐng)域的應用 需要經(jīng)過進一步加工方能夠在各種加工廠所使用 特別在某些特殊元素的處理上 比如Fe Al Ga的含量有特殊要求 產(chǎn)品的粒度有特殊要求 產(chǎn)品的均勻性 顆粒的大小 產(chǎn)品的初步挑選等等方面有特殊的要求 這就是工業(yè)硅的精制 特別是制作高純硅材料的工業(yè)硅 需要更加特別 高純硅材料化學提純方法 在第二次世界大戰(zhàn)期間美國杜邦公司采用鋅 Zn 還原SiCl4制出多晶硅 供美國的電子公司生產(chǎn)高頻二極管 但用途未擴大 1955年西門子公司研究成功了用H2還原SiHCl3 在硅芯發(fā)熱體上沉積硅的工藝技術(shù) 并于1957年建廠進行工業(yè)規(guī)模生產(chǎn) 這就是通常所說的西門子法 隨后 西門子工藝的改進主要集中在減少單位多晶硅產(chǎn)品的原料 輔料 電能消耗以及降低成本等方面 于是出現(xiàn)了改良西門子法 1956年英國國際標準電氣公司的標準電訊實驗所研究成功了SiH4熱分解制備多晶硅的方法 被稱為硅烷法 1959年日本的石冢研究所也同樣成功研究出該方法 美國聯(lián)合碳化物公司研究歧化法制備SiH4 1980年發(fā)表最終報告 綜合上述工藝并加以改進 誕生了新硅烷法多晶硅生產(chǎn)工藝技術(shù) 硅材料的提純 改良西門子法的典型代表 Wacker公司W(wǎng)acker公司是一家大的化工企業(yè) 有自建的水力發(fā)電廠 主要產(chǎn)品有多晶硅 單晶硅硅片 有機硅 高純SiHCl3 SiCl4 HCl等 Wacker的氫還原爐 Wacker生產(chǎn)的多晶硅棒 硅材料的提純 高純硅材料物理提純方法 隨著太陽能光伏發(fā)電市場的一步步發(fā)展 硅材料的緊張局勢在90年代中期就已經(jīng)被很多科學家和有識之士所注意到 以日本川崎制鐵 挪威Elkem 中國的福建南安三晶為代表的工廠開始致力于物理法提純高純硅材料 旨在解決化學方法所面臨的產(chǎn)量難以擴大 成本難以降低的問題 物理提純方法制取太陽能級高純硅材料是基于化合反應生成機理 根據(jù)金屬硅所含的各種雜質(zhì)元素的化學性質(zhì) 在液態(tài)硅中將化合物 氣體 導入液態(tài)硅熔爐中 控制不同溫度 壓力 通過高溫汽化將雜質(zhì)元素揮發(fā)去除 或生成新的化合物而粘附在液態(tài)硅表面或附著于中間包桶壁 達到去雜的效果 硅材料的提純 其中的一種物理提純法 硅材料的提純 物理提純法 物理提純中 一般設(shè)計到三個步驟 第一是去除硅材料中的P元素第二是去除硅材料中的B元素第三是通過定向凝固去除硅材料中的金屬元素目前 去除P B 特別是B元素成為物理提純法中最為關(guān)鍵的步驟 B元素的含量成為評判物理法硅材料最重要的指標 硅材料的提純 物理提純法與化學提純的比較 太陽能級硅材料 太陽級硅簡稱SoG硅 SolarGradeSilicon 是指其性能可以滿足制造晶體硅太陽電池需要的硅材料 本質(zhì)上也應當是高純度硅 絕大多數(shù)非人為摻入硅中的雜質(zhì)都是有害無利的 因此采用多種方法提純工業(yè)硅 去除硅中雜質(zhì)到一定限度 使其不至于對器件 太陽電池也是一種光電轉(zhuǎn)換的器件 性能產(chǎn)生不良影響 SoG硅涵義包括兩層意思 其一是SoG硅與通常半導體級硅是有一定的區(qū)別 晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)屬光電二極管 比mos器件和雙極型器件對硅材料的雜質(zhì) 缺陷要求低一些 其二是SoG硅要求太陽光照射產(chǎn)生的非平衡少數(shù)載流子壽命要足夠長 因此對硅材料的電阻率 雜質(zhì)和缺陷有一定的要求 太陽能級硅材料 挪威科技大學 NTNU 的太陽能級多晶硅標準 ppmw 物理提純法生產(chǎn)的高純多晶硅材料在各種參數(shù)中符合SOG多晶硅的要求 這也成為這種低成本的硅材料在未來代替現(xiàn)有的高純硅創(chuàng)造了條件 各種太陽能級硅材料 物理法太陽能級硅材料 IC次等硅片 高純硅材料 太陽能級晶體硅片生產(chǎn) 太陽能級硅片生產(chǎn) 硅晶體制作 太陽能級硅晶生長技術(shù) 硅晶體制作 直拉 CZ 法 目前大多數(shù)的單晶硅是采用直拉法生長的 最新的技術(shù)已經(jīng)可以生長直徑為300mm的硅錠 單個重量可達300kg 直拉法主要用于拉制中 低阻以及重摻單晶 硅晶體制作 Mono Silicon 單晶硅 區(qū)熔 FZ 法 區(qū)熔法相比于直拉法 能夠獲得更高純度的高阻單晶硅 但是受限于其工作機理 區(qū)熔法直拉單晶的尺寸較小 成本也較直拉法高昂 硅晶體制作 Mono Silicon 單晶硅 硅晶體制作 Mono Silicon 多晶硅 傳統(tǒng)切割技術(shù)是根據(jù)半導體工藝的需求發(fā)展起來的 面向單晶硅棒的切割技術(shù) 且單片厚度較大 0 5mm以上 太陽電池生產(chǎn)的硅片使用量遠遠大于半導體工藝 且電池用硅片厚度較小 0 2mm左右 隨著近年來太陽電池生產(chǎn)的飛速發(fā)展 出現(xiàn)了一批專用于太陽能級硅片切割的設(shè)備 例如 HCT公司和MAYER BEGER公司的大型多線切割機 其生產(chǎn)效率高 可以滿足太陽電池產(chǎn)業(yè)的需要 晶體硅切片技術(shù) 太陽能級硅片生產(chǎn) 多晶硅切片 多線切割 帶硅 極具潛力的晶體硅片生長技術(shù) 帶狀硅生長主要分為兩種方式 垂直于固 液界面生長近似于平行固 液界面生長根據(jù)siliconsultant網(wǎng)站的報道 使用上述技術(shù)獲得的帶硅在制成太陽能電池后 最高電池效率已達17 3 但商業(yè)化效率仍然偏低 僅在12 14 5 同時 帶硅的產(chǎn)能也仍然是一個需要解決的問題 這也是未來帶硅技術(shù)發(fā)展所急需解決的兩點 帶硅生長 帶硅 水平生長 帶硅生長 晶體硅太陽電池發(fā)展方向 未來的發(fā)展方向 大尺寸 210mm 325mm 薄片 180 m 150 m 高轉(zhuǎn)換效率 多晶 17 20 單晶 20 23 發(fā)展方向 太陽能電池制作 地面用太陽能電池主要包括硅片清洗 清除表面損傷層 絨面制作 P N結(jié)制作 等離子腐蝕刻邊 減反射膜制作 電極制備 最后測試分檔 地面用晶體硅太陽電池制備工藝流程框圖 太陽能電池制作 一 清洗 絨面制作 太陽能電池制作 二 擴散 太陽能電池制作 三 減反射膜制作 太陽能電池制作 三 絲網(wǎng)印刷 太陽能電池制作 三 燒結(jié) 太陽能電池制作 三 成品電池 五 太陽能組件和系統(tǒng) 太陽能組件和系統(tǒng) 太陽電池組件分類 太陽能組件和系統(tǒng) 太陽電池組件的結(jié)構(gòu)和工藝流程 晶體硅太陽電池組件的結(jié)構(gòu)下圖為太陽電池的典型封裝結(jié)構(gòu)示意圖 常規(guī)的太陽電池組件結(jié)構(gòu)形式有下列幾種 玻璃殼體式結(jié)構(gòu) 底盒式組件 平板式組件 無蓋板的全膠密封組件 太陽能組件和系統(tǒng) 玻璃殼體式太陽電池組件示意圖1 玻璃殼體 2 硅太陽電池 3 互連條 4 粘接劑 5 襯底 6 下底板 7 邊框線 8 電極接線柱 底盒式太陽電池組件示意圖1 玻璃蓋板 2 硅太陽電池 3 盒式下底板 4 粘接劑 5 襯底 6 固定絕緣膠 7 電極引線 8 互連條 平板式太陽電池組件示意圖1 邊框 2 邊框封裝膠 3 上玻璃蓋板 4 粘接劑 5 下底板 6 硅太陽電池 7 互連條 8 引線護套 9