光伏行業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)(硅片、電池、組件)

1、主要內(nèi)容u光伏產(chǎn)品的應(yīng)用u光伏產(chǎn)業(yè)鏈的介紹u產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)介紹 光伏產(chǎn)品的應(yīng)用什么是光伏？u1839年，法國(guó)Becqueral第一次發(fā)現(xiàn)，在光照條件下，某些系統(tǒng)的兩端具有電壓，用導(dǎo)線將兩端連接起來后，有電流輸出，這就是光生伏特效應(yīng)（photovoltaics，簡(jiǎn)稱PV）。 u1954年,貝爾實(shí)驗(yàn)室Chapin等人開發(fā)出效率為6的單晶硅太陽電池，現(xiàn)代硅太陽電池時(shí)代從此開始。 光伏發(fā)電的應(yīng)用神州五號(hào)飛船上的太陽能帆板空間站上的太陽能帆板 太陽能飛行器太陽能汽車 光伏發(fā)電的應(yīng)用光伏發(fā)電站光伏發(fā)電的應(yīng)用通過光伏供電的通訊基站太陽能電池充電器光伏發(fā)電的應(yīng)用 太陽能路燈光伏發(fā)電的應(yīng)用從2006、2007 年

2、全球光伏市場(chǎng)結(jié)構(gòu)來看，歐洲市場(chǎng)占全球份額高居70%以上，日本市場(chǎng)逐漸下降，美國(guó)市場(chǎng)穩(wěn)步攀升，這與各地區(qū)的光伏產(chǎn)業(yè)政策的扶持力度直接相關(guān)。2006年全球光伏市場(chǎng)結(jié)構(gòu)2007年全球光伏市場(chǎng)結(jié)構(gòu)全球光伏市場(chǎng)結(jié)構(gòu)光伏產(chǎn)業(yè)鏈的介紹光伏產(chǎn)業(yè)鏈中國(guó)的光伏行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中國(guó)的光伏行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)介紹（一）硅片硅片 硅材料硅片 多晶硅硅錠硅片 單晶硅硅棒硅片目前晶體硅太陽電池硅片分為單晶硅硅片和多晶硅硅片。單晶硅主要是125125mm。多晶硅主要是125125mm和156156mm兩種規(guī)格。硅片 單晶硅硅片硅片 多晶硅硅片硅片外觀區(qū)別n多晶硅硅片相對(duì)于單晶硅硅片，有明顯的多晶特性，表面有一個(gè)個(gè)晶粒形狀，而單晶

3、硅硅片表面顏色一致。n單晶硅硅片因?yàn)槭褂霉璋粼?，四角有圓形大倒角，而多晶硅硅片一般采用小倒角。硅片單晶硅硅棒CZ法FZ法多晶硅硅錠澆鑄熱交換法及（HEM）布里曼法（Bridgeman）電磁鑄錠法 生產(chǎn)方法硅片nCZ 法是利用旋轉(zhuǎn)著的籽晶從坩堝中的熔體中提拉制備出單晶的方法，又稱直拉法。目前國(guó)內(nèi)太陽電池單晶硅硅片生產(chǎn)廠家大多采用這種技術(shù)。n多晶硅硅料置于坩堝中經(jīng)加熱熔化，待溫度合適后，經(jīng)過將籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾等步驟，完成一根單晶硅錠的拉制。爐內(nèi)的傳熱、傳質(zhì)、流體力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)等過程都直接影響到單晶的生長(zhǎng)及生長(zhǎng)成的單晶的質(zhì)量，拉晶過程中可直接控制的參數(shù)有溫度場(chǎng)、籽晶的晶

4、向、坩堝和生長(zhǎng)成的單晶的旋轉(zhuǎn)及提升速率，爐內(nèi)保護(hù)氣體的種類、流向、流速、壓力等。 切克勞斯基法（CZ法）硅片 直拉單晶爐及其基本原理示意圖硅片n區(qū)域熔化是對(duì)錠條的一部份進(jìn)行熔化，熔化的部分稱為熔區(qū)，當(dāng)熔區(qū)從頭到尾移動(dòng)一次后，雜質(zhì)隨熔區(qū)移到尾部。利用這種方法可以進(jìn)行多次提純，一次一次移動(dòng)熔區(qū)以達(dá)到最好的提純效果，但由于液固相轉(zhuǎn)變溫度高，能耗大，多次區(qū)熔提純成本高。區(qū)熔法有水平區(qū)熔和懸浮區(qū)熔，前者主要用于鍺提純及生長(zhǎng)鍺單晶，硅單晶的生長(zhǎng)則主要采用懸浮區(qū)熔法，生長(zhǎng)過程中不使用坩堝，熔區(qū)懸浮于多晶硅棒和下方生長(zhǎng)出的單晶之間。由于懸浮區(qū)熔時(shí)，熔區(qū)呈懸浮狀態(tài)，不與任何物質(zhì)接觸，因而不會(huì)被沾污。此外，由于硅

5、中雜質(zhì)的分凝效應(yīng)和蒸發(fā)效應(yīng)，可獲得高純單晶硅。目前航天領(lǐng)域用的太陽電池所用硅片主要用這種方式生長(zhǎng)。 區(qū)熔法（FZ）法硅片 區(qū)熔法生產(chǎn)單晶示意圖硅片n澆鑄法將熔煉及凝固分開，熔煉在一個(gè)石英砂爐襯的感應(yīng)爐中進(jìn)行，熔融的硅液澆入一個(gè)石墨模型中，石墨模型置于一個(gè)升降臺(tái)上，周圍用電阻加熱，然后以1mm/min的速度下降。其特點(diǎn)是熔化和結(jié)晶在兩個(gè)不同的坩堝中進(jìn)行，這種生產(chǎn)方法可以實(shí)現(xiàn)半連續(xù)化生產(chǎn)，其熔化、結(jié)晶、冷卻分別位于不同的地方，可以有效提高生產(chǎn)效率，降低能源消耗。缺點(diǎn)是因?yàn)槿廴诤徒Y(jié)晶使用不同的坩堝，會(huì)導(dǎo)致二次污染，此外因?yàn)橛雄釄宸D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及引錠機(jī)構(gòu)，使得其結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜。 澆鑄硅片 鑄造法硅錠爐示意圖

6、硅片n熱交換法及布里曼法都是把熔化及凝固置于同一坩堝中（ 避免了二次污染），其中熱交換法是將硅料在坩堝中熔化后，在坩堝底部通冷卻水或冷氣體，在底部進(jìn)行熱量交換，形成溫度梯度，促使晶體定向生長(zhǎng)。下圖為一個(gè)使用熱交換法的結(jié)晶。爐示意圖該爐型采用頂?shù)准訜?，在熔化過程中，底部用一個(gè)可移動(dòng)的熱開關(guān)絕熱，結(jié)晶時(shí)則將它移開以便將坩堝底部的熱量通過冷卻臺(tái)帶走，從而形成溫度梯度。 熱交換法及布里曼法硅片 熱交換法及布里曼法熱交換法結(jié)晶爐爐內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖硅片n布里曼法則是在硅料熔化后，將坩堝或加熱元件移動(dòng)使結(jié)晶好的晶體離開加熱區(qū)，而液硅仍然處于加熱區(qū)，這樣在結(jié)晶過程中液固界面形成比較穩(wěn)定的溫度梯度，有利于晶體的生長(zhǎng)

7、。其特點(diǎn)是液相溫度梯度dT/dX 接近常數(shù)，生長(zhǎng)速度受工作臺(tái)下移速度及冷卻水流量控制趨近于常數(shù)，生長(zhǎng)速度可以調(diào)節(jié)。實(shí)際生產(chǎn)所用結(jié)晶爐大都是采用熱交換與布里曼相結(jié)合的技術(shù)。 熱交換法及布里曼法硅片n下圖為一個(gè)熱交換法與布里曼法相結(jié)合的結(jié)晶爐示意圖。圖中，工作臺(tái)通冷卻水，上置一個(gè)熱開關(guān)，坩堝則位于熱開關(guān)上。硅料熔融時(shí)，熱開關(guān)關(guān)閉，結(jié)晶時(shí)打開，將坩堝底部的熱量通過工作臺(tái)內(nèi)的冷卻水帶走，形成溫度梯度。同時(shí)坩堝工作臺(tái)緩慢下降，使凝固好的硅錠離開加熱區(qū)，維持固液界面有一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度梯度，在這個(gè)過程中，要求工作臺(tái)下降非常平穩(wěn)，以保證獲得平面前沿定向凝固。 熱交換法與布里曼法結(jié)合示意圖( 坩堝移動(dòng))硅片

8、熱交換法與布里曼法結(jié)合示意圖( 坩堝移動(dòng))硅片n下圖為另一類型的熱交換法與布里曼法結(jié)合的爐子，這種類型的結(jié)晶爐加熱時(shí)保溫框和底部的隔熱板緊密結(jié)合，保證熱量不外泄。開始結(jié)晶時(shí)，坩堝不動(dòng)，將石墨加熱元件及保溫框往上慢慢移動(dòng)。坩堝底部的熱量通過保溫框和隔熱板間的空隙散發(fā)出去，形成溫度梯度。 熱交換法與布里曼法結(jié)合示意圖( 熱源及保溫框移動(dòng))硅片 HEM + Bridgeman 法示意圖( 熱源 及保溫框移動(dòng))硅片n這種方法的特點(diǎn)是不使用坩堝，硅料通過加料裝置進(jìn)入加熱區(qū)，通過感應(yīng)加熱使硅料熔融，當(dāng)硅液向下移離開加熱區(qū)后，結(jié)晶生長(zhǎng)，如此通過不斷加料，不斷將結(jié)晶好的硅錠往下移，就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生長(zhǎng)，錠子高度

9、可達(dá)12m 。但用這種方法生產(chǎn)的硅錠晶粒尺寸小，橫截面小，因此容量也不大。 電磁鑄錠法硅片n總體來說，單晶和多晶硅錠的生長(zhǎng)方法各有所長(zhǎng)，單晶的轉(zhuǎn)換效率高，但產(chǎn)能低、能耗大；多晶的轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低，但能耗低、產(chǎn)能大，適合于規(guī)?；a(chǎn)。單晶的FZ及CZ方法與多晶定向凝固生長(zhǎng)方法的比較如下表所示。 單晶和多晶硅錠的生長(zhǎng)方法比較硅片 單晶和多晶硅錠的生長(zhǎng)方法比較硅片 多晶硅硅片加工工藝流程硅片 硅片生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備硅片 破錠硅片 硅片切割硅片n1、型號(hào)（ P型和N型， P型多晶硅是摻B，N型多晶硅是摻P）n2、電阻率n3、少數(shù)載流子壽命n4、硅片邊長(zhǎng)n5、對(duì)角線長(zhǎng)度n6、倒角n7、厚度n8、總厚度變化 硅

10、片性能參數(shù)硅片n 周期表中III或V族元素, 如硼（B）、磷（P）等 電離能低，對(duì)電導(dǎo)率影響顯著,作摻雜劑 P型摻硼（受主），N型摻磷（施主） n I副族和過渡金屬元素,如Fe、Zn、Mn、Cr等 電離能高，起復(fù)合中心的作用 破壞 PN 結(jié)特性，少子壽命降低，轉(zhuǎn)換效率下降 n 碳、氧、氮等形成化合物, 結(jié)晶缺陷, 性能不均勻， 硅片變脆 硅片中雜質(zhì)的行為硅片 雜質(zhì)元素濃度對(duì)電池轉(zhuǎn)換效率的影響產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)介紹（二）電池電池單晶硅太陽電池多晶硅太陽電池多晶硅太陽電池與單晶硅太陽電池的最大差別在于硅片，多晶硅片是許多硅晶粒的集合體 晶體硅太陽電池正面和背面的金屬電極用來收集光激發(fā)的自由電子和空穴，對(duì)

11、外輸出電流；減反射薄膜的作用是減小入射太陽光的反射率；pn結(jié)的作用是將光激發(fā)的自由電子輸送給n型硅，將自由空穴輸送給p型硅。 晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)電池單晶硅的晶體結(jié)構(gòu)。單晶硅體內(nèi)的每個(gè)硅原子（Si）最近鄰有四個(gè)Si原子。未摻雜的硅稱為本征硅。摻磷原子（P）摻硼原子（B）P雜質(zhì)原子最外層的電子數(shù)比硅原子多一個(gè)。 P雜質(zhì)原子多余的電子很容易掙脫原子核的束縛，成為自由移動(dòng)的電子。摻P雜質(zhì)的Si半導(dǎo)體主要依靠電子導(dǎo)電，稱為n型Si，P雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)。 B雜質(zhì)原子最外層的電子數(shù)比硅原子少一個(gè)，相當(dāng)于B雜質(zhì)原子最外層多了一個(gè)空穴。在常溫條件下，B雜質(zhì)原子多余的空穴很容易掙脫原子核的束縛。摻B雜質(zhì)的Si半導(dǎo)

12、體主要依靠空穴導(dǎo)電，稱為p型Si，B雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)。 pn結(jié)電池Si原子P雜質(zhì)B雜質(zhì)電子空穴內(nèi)建電場(chǎng)n型硅中有數(shù)量較多的電子，p型硅中有數(shù)量較多的空穴。當(dāng)n型硅和p型硅結(jié)合在一起后，n型硅中有部分電子往p型硅中擴(kuò)散，p型硅中有部分空穴往n型硅中擴(kuò)散，使得n型硅在交界處附近留下帶正電的離子實(shí)，p型硅在交界處附近留下帶負(fù)電的離子實(shí)。這兩種離子實(shí)在交界處附近的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)，稱為內(nèi)建電場(chǎng)，電場(chǎng)方向由n型硅指向p型硅。n型硅和p型硅交界處附近的區(qū)域稱為pn結(jié)。 pn結(jié)電池 光生伏特效應(yīng)電池在太陽光的照射下，硅片中激發(fā)出自由電子和自由空穴。自由電子和空穴擴(kuò)散到p-n結(jié)附近，受到內(nèi)建電場(chǎng)的作用，電子往n

13、型硅中漂移，空穴往p型硅中漂移。 電子帶負(fù)電，空穴帶正電。漂移到n型硅中電子使n型硅帶多余的負(fù)電荷，對(duì)外表現(xiàn)出負(fù)電性；漂移到p型硅中的空穴使p型硅帶多余的正電荷，對(duì)外表現(xiàn)出正電性。n型硅和p型硅之間對(duì)外具有一定的電勢(shì)差，稱為光生電壓或者光生電動(dòng)勢(shì)。 光生伏特效應(yīng)電池當(dāng)太陽光照射到太陽電池表面時(shí)，由于光生伏特效應(yīng)，太陽電池的正面電極和背面電極之間產(chǎn)生光生電壓，用金屬導(dǎo)線接上電燈、電器等負(fù)載，可為這些負(fù)載提供電流。 太陽電池工作原理電池 晶體硅太陽電池生產(chǎn)的工藝流程電池在硅片的切割生產(chǎn)過程中會(huì)形成厚度達(dá)10微米左右的損傷層，且可能引入一些金屬雜質(zhì)和油污。如果損傷層去除不足，殘余缺陷在后續(xù)的高溫處理

14、過程中向硅片深處繼續(xù)延伸，會(huì)影響到太陽電池的性能。 晶體化學(xué)表面處理（清洗制絨）電池電池 清洗的目的：n清除硅片表面的機(jī)械損傷層；n清除表面油污和金屬雜質(zhì)；n形成起伏不平的絨面，減小太陽光的反射。 晶體化學(xué)表面處理（清洗制絨）單晶硅片的清洗采用堿液腐蝕的技術(shù)，堿液與硅反應(yīng)生成可溶于水的化合物，同時(shí)在表面形成“金字塔”狀的絨面結(jié)構(gòu)。多晶硅片的清洗則采用酸液腐蝕技術(shù)，酸液與硅反應(yīng)生成可溶于水的化合物，同時(shí)形成的絨面結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的半球形或者蚯蚓狀的“凹陷”。 晶體化學(xué)表面處理（清洗制絨）電池由于絨面結(jié)構(gòu)的存在，入射光經(jīng)絨面第一次反射后，反射光并非直接入射到空氣中，而是遇到鄰近絨面，經(jīng)過鄰近絨面的第二

15、次甚至第三次反射后，才入射到空氣中，這樣對(duì)入射光就有了多次利用，從而減小了反射率。表面沒有絨面結(jié)構(gòu)的硅片對(duì)入射光的反射率大于30%，有絨面結(jié)構(gòu)的硅片對(duì)入射光的反射率減小到了12%左右。 晶體化學(xué)表面處理（清洗制絨）電池 清洗設(shè)備電池 磷擴(kuò)散電池電池 把p型硅片放在一個(gè)石英容器內(nèi)，同時(shí)將含磷的氣體通入這個(gè)石英容器內(nèi)，并將此石英容器加熱到一定的溫度，這時(shí)施主雜質(zhì)磷可從化合物中分解出來，在容器內(nèi)充滿著含磷的蒸汽，在硅片周圍包圍著許許多多的含磷的分子。磷化合物分子附著到硅片上生成磷原子。由于硅片的原子之間存在空隙，使磷原子能從四周進(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。 如果擴(kuò)散

16、進(jìn)去的磷原子濃度高于p型硅片原來受主雜質(zhì)濃度，就使得p型硅片靠近表面的薄層轉(zhuǎn)變成為n型。n型硅和p型硅交界處就形成了pn結(jié)。 磷擴(kuò)散電池 磷擴(kuò)散的目的：n制備太陽電池的核心pn結(jié)；n吸除硅片內(nèi)部的部分金屬雜質(zhì)。 磷擴(kuò)散電池 磷擴(kuò)散的方法n三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴(kuò)散 n噴涂磷酸水溶液后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散 n絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散 目前行業(yè)上普遍采用第一種方法，這種方法具有生產(chǎn)效率較高，得到的pn結(jié)均勻、平整和擴(kuò)散層表面良好等優(yōu)點(diǎn)，非常適合制作大面積的太陽電池。 磷擴(kuò)散管式擴(kuò)散爐 磷擴(kuò)散電池?cái)U(kuò)散后的硅片除了表面的一薄層n型硅外，在背面以及周邊都有n型硅薄層，而晶體硅太陽電池實(shí)際只需要表面的n型硅，因

17、此須去除背面以及周邊的n型硅薄層。 背面及周邊刻蝕電池電池 背面以及周邊刻蝕的目的：n去除硅片背面和周邊的pn結(jié)；n去除表面的磷硅玻璃。磷硅玻璃是擴(kuò)散過程中的反應(yīng)產(chǎn)物，是一層含磷原子的二氧化硅。 背面以及周邊刻蝕的方法：n酸液腐蝕（濕法刻蝕）n等離子體刻蝕（干法刻蝕） 背面及周邊刻蝕濕法刻蝕設(shè)備 背面及周邊刻蝕電池 PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池電池 PECVD鍍SiN薄膜的目的：nSiN薄膜作為減反射膜可減小入射光的反射；n在SiN薄膜的沉積過程中，反應(yīng)產(chǎn)物氫原子進(jìn)入到SiN薄膜內(nèi)以及硅片內(nèi)，起到了鈍化缺陷的作用。 PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜太陽電池表面的深藍(lán)色SiN薄膜 PEC

18、VD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池電池 SiN薄膜的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)：n結(jié)構(gòu)致密，硬度大n能抵御堿金屬離子的侵蝕n介電強(qiáng)度高n耐濕性好n耐一般的酸堿，除HF和熱H3PO4 PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池 SiN薄膜的優(yōu)點(diǎn)n優(yōu)良的表面鈍化效果n高效的光學(xué)減反射性能（厚度和折射率匹配）n低溫工藝（有效降低成本）n含氫SiNx:H可以對(duì)mc-Si提供體鈍化 PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜入射光在SiN薄膜表面發(fā)生一次反射，在SiN薄膜和硅片界面發(fā)生第二次反射，通過適當(dāng)選取SiN薄膜的厚度和折射率，可以使一次反射光和二次反射光相抵消，從而減小了反射。沉積SiN減反射膜后，硅片表面對(duì)入射光的平均反

19、射率可進(jìn)一步減小到5%左右。 PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池電池 PECVD：n即“等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積”，是一種化學(xué)氣相沉積的鍍膜技術(shù)；nPECVD借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子化學(xué)活性很強(qiáng)，很容易發(fā)生反應(yīng)，在基片上沉積出所期望的薄膜。等離子體中含有大量高能量的電子，它們可以提供化學(xué)氣相沉積過程所需的激活能，大大降低薄膜沉積所需的溫度。 PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池 PECVD的優(yōu)點(diǎn)：n節(jié)省能源，降低成本；n提高產(chǎn)能；n減少了高溫導(dǎo)致的硅片中少子壽命衰減； PECVD的一個(gè)基本特征是實(shí)現(xiàn)了薄膜沉積工藝的低溫化（450）。 PECV

20、D鍍氮化硅（SiN）薄膜PECVD鍍膜設(shè)備 PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池 絲網(wǎng)印刷與燒結(jié)電池電池 絲網(wǎng)印刷的目的：n印刷背面電極漿料，銀鋁（Ag/Al）漿，并烘干；n印刷背面場(chǎng)漿料，鋁漿，并烘干；n印刷正面電極漿料，銀漿，并烘干。 燒結(jié)的目的：n燃盡漿料的有機(jī)組分，使?jié){料和硅片形成良好的金屬電極。 絲網(wǎng)印刷與燒結(jié)正面電極背面電極 絲網(wǎng)印刷與燒結(jié)電池印刷漿料的過程 絲網(wǎng)印刷與燒結(jié)電池絲網(wǎng)印刷設(shè)備，每臺(tái)印刷機(jī)后都有一臺(tái)烘干爐 絲網(wǎng)印刷與燒結(jié)電池?zé)Y(jié)爐 絲網(wǎng)印刷與燒結(jié)電池將太陽電池接上負(fù)載。在光照條件下，改變負(fù)載的電阻，太陽電池的輸出電壓V、輸出電流 I 和輸出功率 P 將隨之變化。記錄下

21、V、I、P 的變化情況，并將數(shù)據(jù)繪成曲線，將得到上圖的曲線，稱為太陽電池的電流電壓特性。 晶體硅太陽電池的電流電壓特性電池電池n短路電流 Isc ：負(fù)載的電阻為零時(shí)，太陽電池的輸出電流；n開路電壓 Voc ：負(fù)載的電阻無窮大時(shí)，太陽電池的輸出電壓；n最大功率點(diǎn) Pm ：太陽電池的最大輸出功率；n最大功率點(diǎn)電流 Im ：輸出功率最大時(shí)，太陽電池的輸出電流；n最大功率點(diǎn)電壓 Vm ：輸出功率最大時(shí)，太陽電池的輸出電壓； 太陽電池的性能參數(shù)電池n轉(zhuǎn)換效率 ：太陽電池的最大輸出功率 Pm 與入射光功率的比值，是衡量太陽電池性能的最重要參數(shù)；n填充因子 FF ：太陽電池的最大輸出功率 Pm 與短路電流

22、Isc 、開路電壓 Voc 乘積的比值；n串聯(lián)電阻 Rs ：主要是太陽電池的體電阻、表面電阻、電極導(dǎo)體電阻、電極與硅表面的接觸電阻組成。n并聯(lián)電阻 Rsh ：為旁漏電阻，它是由硅片的邊緣不清潔或硅片表面缺陷引起。 太陽電池的性能參數(shù)電池具體分類轉(zhuǎn)換效率%優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)產(chǎn)業(yè)化階段商業(yè)化實(shí)驗(yàn)室單晶硅15-1824.70.5技術(shù)工藝最為成熟，市場(chǎng)主導(dǎo)產(chǎn)品，轉(zhuǎn)換效率高，性能穩(wěn)定原料成本高，目前受上游晶體硅供應(yīng)瓶頸所困大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)多晶硅13-1620.30.5多晶硅成本比單晶硅低轉(zhuǎn)化率相對(duì)較低；原料成本仍相對(duì)較高大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)多晶硅薄膜10-1216.60.4可在多種廉價(jià)襯底材料上制備，成本低于晶體硅電

23、池轉(zhuǎn)化率相對(duì)較低中小規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)非晶硅薄膜5-79.50.3對(duì)太陽光的吸收系數(shù)高，因此材料需求量少，可沉積在各種廉價(jià)襯底材料上，生產(chǎn)成本低，單片電池面積大，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)禁帶寬度較大，對(duì)太陽光輻射的長(zhǎng)波區(qū)域不敏感，致使轉(zhuǎn)換效率難以提高；有光致衰退現(xiàn)象中小規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn) 晶體硅太陽電池與其他太陽電池的比較銅銦硒類18.80.5直接帶隙材料，帶隙寬度小，具有大范圍太陽光譜響應(yīng)特性，性能穩(wěn)定銦硒都是稀有金屬，大規(guī)模生產(chǎn)的原料來源有問題實(shí)驗(yàn)室中試階段碲化鎘8-1016.50.5光譜響應(yīng)特性好，弱光和高溫條件下性能相對(duì)較好，耐輻射鎘及其化合物有毒，污染環(huán)境中小規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)砷化鎵25.10.8光吸收

24、率極高，轉(zhuǎn)換效率高，性能穩(wěn)定生產(chǎn)成本高，現(xiàn)用于太空領(lǐng)域，未來有希望應(yīng)用于聚熱式太陽能發(fā)電系統(tǒng)太空和聚光太陽能發(fā)電燃料敏化TiO2納米薄膜10.40.3理論轉(zhuǎn)換效率高，透明性好，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低使用液體電解質(zhì)，使用不便，且對(duì)環(huán)境有潛在影響實(shí)驗(yàn)室階段 晶體硅太陽電池與其他太陽電池的比較電池產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)介紹（三）組件組件n組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟，沒有良好的封裝工藝，多好的電池也生產(chǎn)不出好的組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強(qiáng)了電池的抗擊強(qiáng)度。產(chǎn)品的高質(zhì)量和高壽命是贏得可客戶滿意的關(guān)鍵，所以組件板的封裝質(zhì)量非常重要。 組件線組件n組件作為晶體硅太陽

25、能行業(yè)的最終產(chǎn)品，應(yīng)用于光伏系統(tǒng)發(fā)電，即直接面向客戶。其質(zhì)量最為關(guān)鍵。目前，優(yōu)良的組件產(chǎn)品擁有25年的質(zhì)量保證，即十年內(nèi)功率衰減少于等于10%，二十五年內(nèi)功率減少小于等于20%。 組件線組件 產(chǎn)品實(shí)圖組件TPTEVA玻璃互連條電極接線柱太陽電池 組件結(jié)構(gòu)組件 組件結(jié)構(gòu)組件n晶體硅太陽電池是組件最重要的部分，直接影響組件的電性能。 材料晶體硅太陽電池組件n晶體硅太陽電池囊封材料是EVA，它乙烯與醋酸乙烯脂的共聚物，化學(xué)式結(jié)構(gòu)如下（CH2CH2）（CHCH2） | O | O O CH2 材料EVA組件nEVA是一種熱融膠粘劑，常溫下無粘性而具抗粘性，以便操作，經(jīng)過一定條件熱壓便發(fā)生熔融粘接與交聯(lián)

26、固化，并變的完全透明，長(zhǎng)期的實(shí)踐證明：它在太陽電池封裝與戶外使用均獲得相當(dāng)滿意的效果。n固化后的EVA能承受大氣變化且具有彈性，它將晶體硅片組“上蓋下墊”，將硅晶片組包封，并和上層保護(hù)材料玻璃，下層保護(hù)材料TPT（聚氟乙烯復(fù)合膜），利用真空層壓技術(shù)粘合為一體。n另一方面，它和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率，起著增透的作用，并對(duì)太陽電池組件的輸出有增益作用。 材料EVA組件nTPT（聚氟乙烯復(fù)合膜），用在組件背面，作為背面保護(hù)封裝材料。n用于封裝的TPT至少應(yīng)該有三層結(jié)構(gòu)：外層保護(hù)層PVF具有良好的抗環(huán)境侵蝕能力，中間層為聚脂薄膜具有良好的絕緣性能，內(nèi)層PVF需經(jīng)表面處理和EVA具有良好的粘接性能

27、。n太陽電池的背面覆蓋物氟塑料膜為白色，對(duì)陽光起反射作用，因此對(duì)組件的效率略有提高，并因其具有較高的紅外發(fā)射率，還可降低組件的工作溫度，也有利于提高組件的效率。當(dāng)然，此氟塑料膜首先具有太陽電池封裝材料所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求。 材料TPT組件n采用低鐵鋼化絨面玻璃(又稱為白玻璃)，在太陽電池光譜響應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)(320-1100nm)透光率達(dá)91%以上，對(duì)于大于1200 nm的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時(shí)能耐太陽紫外光線的輻射，透光率不下降。 材料鋼化玻璃組件n平板組件必須有邊框，以保護(hù)組件和組件與方陣的連接固定。邊框?yàn)檎辰Y(jié)劑構(gòu)成對(duì)組件邊緣的密封。 材料鋁型材邊框 組件n涂

28、錫帶由無氧銅剪切拉拔或軋制而成，所有外表面都有熱度途層。涂錫帶用于太陽能組件生產(chǎn)時(shí)太陽能電池片的串焊接和匯流焊接，要求涂錫帶具有較高的焊接操作性及牢固性。 材料涂錫銅帶 組件n1、電池檢測(cè)2、正面焊接檢驗(yàn)3、背面串接檢驗(yàn)4、敷設(shè)（玻璃清洗、材料切割、玻璃預(yù)處理、敷設(shè)）5、層壓6、去毛邊（去邊、清洗）7、裝邊框（涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠）8、焊接接線盒9、組件測(cè)試外觀檢驗(yàn)10、包裝入庫(kù)； 工藝 組件n由于電池片制作條件的隨機(jī)性，生產(chǎn)出來的電池性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應(yīng)根據(jù)其性能參數(shù)進(jìn)行分類；電池測(cè)試即通過測(cè)試電池的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對(duì)

29、其進(jìn)行分類。以提高電池的利用率，做出質(zhì)量合格的電池組件。 工藝電池測(cè)試 組件n是將焊帶焊接到電池正面（負(fù)極）的主柵線上。焊帶為鍍錫的銅帶，長(zhǎng)度約為電池邊長(zhǎng)的2倍。多出的焊帶在背面焊接時(shí)與后面的電池片的背面電極相連。 工藝正面焊接 組件n背面焊接是將12片電池串接在一起形成一個(gè)組件串，電池的定位主要靠一個(gè)膜具板，上面有12個(gè)放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對(duì)應(yīng)，槽的位置已經(jīng)設(shè)計(jì)好，不同規(guī)格的電池片使用不同的模板，操作者使用電烙鐵和焊錫絲將“前面電池”的正面電極（負(fù)極）焊接到“后面電池”的背面電極（正極）上，這樣依次將12片串接在一起并在組件串的正負(fù)極焊接出引線。 工藝背面串接 組件n背面

30、串接好且經(jīng)過檢驗(yàn)合格后，將組件串、玻璃和切割好的EVA 、背板按照一定的層次敷設(shè)好，準(zhǔn)備層壓。敷設(shè)時(shí)保證電池串與玻璃等材料的相對(duì)位置，調(diào)整好電池間的距離，為層壓打好基礎(chǔ)。 工藝敷設(shè)組件 工藝敷設(shè)組件n將敷設(shè)好的電池放入層壓機(jī)內(nèi)，通過抽真空將組件內(nèi)的空氣抽出，然后加熱使EVA熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產(chǎn)的關(guān)鍵一步，層壓溫度、層壓時(shí)間根據(jù)EVA的性質(zhì)決定。 工藝層壓組件 工藝層壓組件n層壓時(shí)EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應(yīng)將其切除 工藝修邊組件n類似與給玻璃裝一個(gè)鏡框。給組件裝鋁框，增加組件的強(qiáng)度， 進(jìn)一步的密封電池組件，延長(zhǎng)電池

31、的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂（硅膠）填充。各邊框間用角鍵連接。 工藝裝框組件n在組件背面引線處焊接一個(gè)盒子，以利于電池與其他設(shè)備或電池間的連接。 工藝焊接接線盒 組件n測(cè)試的目的是對(duì)電池的輸出功率進(jìn)行標(biāo)定，測(cè)試其輸出特性，確定組件的質(zhì)量等級(jí)。出售組件是以組件的功率銷售。 工藝組件測(cè)試 組件n1、高轉(zhuǎn)換效率、高質(zhì)量的電池片；n2、高質(zhì)量的原材料，例如：高的交聯(lián)度交聯(lián)度的EVA、高粘結(jié)強(qiáng)度的封裝劑（中性硅酮樹脂膠）、高透光率高強(qiáng)度的鋼化鋼化玻璃等；n3、合理的封裝工藝；n4、員工嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)； 組件高效和高壽命如何保證 組件 電池測(cè)試 組件 焊接 組件 焊接機(jī) 組件 敷設(shè) 組件 層

32、壓機(jī) 組件 裝鋁框組件 流水線式裝鋁框線組件 粘接線盒組件 組件測(cè)試組件 測(cè)試報(bào)告組件 包裝產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)介紹（四）系統(tǒng)系統(tǒng)n光伏系統(tǒng)是利用太陽電池組件和其他輔助設(shè)備將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)。 光伏系統(tǒng)定義 系統(tǒng) 光伏系統(tǒng)照片 系統(tǒng)n太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽電池組件、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。 光伏系統(tǒng)部件及介紹 系統(tǒng)n太陽電池組件是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽電池組件的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。n太陽電池方陣

33、（簡(jiǎn)稱“方陣” ）：在金屬支架上用導(dǎo)線連在一起的多個(gè)太陽電池組件的組合體。 太陽電池組件 系統(tǒng)n太陽能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過充電保護(hù)、過發(fā)電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)。 太陽能控制器系統(tǒng)n一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽電池組件所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來，到需要的時(shí)候再釋放出來。 蓄電池系統(tǒng)n在很多場(chǎng)合，都需要提供220VAC、110VAC的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向

34、220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場(chǎng)合，需要使用多種電壓的負(fù)載時(shí)，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能（注意，不是簡(jiǎn)單的降壓）。 逆變器 n蓄電池的壽命約為23年；控制器的壽命約為10年；太陽能電池的壽命約為20年。系統(tǒng) 太陽能光伏系統(tǒng)的壽命 系統(tǒng)n一般我們將光伏系統(tǒng)分為獨(dú)立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。 n如果根據(jù)太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用形式，應(yīng)用規(guī)模和負(fù)載的類型，對(duì)光伏供電系統(tǒng)進(jìn)行比較細(xì)致的劃分。還可以將光伏系統(tǒng)細(xì)分為如下六種類型：小型太陽能供電系統(tǒng)（Small DC）；簡(jiǎn)單直流系統(tǒng)（S

35、imple DC）；大型太陽能供電系統(tǒng)（Large DC）；交流、直流供電系統(tǒng)（AC/DC）；并網(wǎng)系統(tǒng)（Utility Grid Connect）；混合供電系統(tǒng)（Hybrid）；并網(wǎng)混合系統(tǒng)。 系統(tǒng)類型與介紹 系統(tǒng)n該系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中只有直流負(fù)載而且負(fù)載功率比較小，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。其主要用途是一般的家庭戶用系統(tǒng)，各種民用的直流產(chǎn)品以及相關(guān)的娛樂設(shè)備。如在我國(guó)西部地區(qū)就大面積推廣使用了這種類型的光伏系統(tǒng)，負(fù)載為直流燈，用來解決無電地區(qū)的家庭照明問題。 小型太陽能供電系統(tǒng)（Small DC） 系統(tǒng)n該系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中的負(fù)載為直流負(fù)載而且對(duì)負(fù)載的使用時(shí)間沒有特別的要求，負(fù)載主要是在白

36、天使用，所以系統(tǒng)中沒有使用蓄電池，也不需要使用控制器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直接使用光伏組件給負(fù)載供電，省去了能量在蓄電池中的儲(chǔ)存和釋放過程，以及控制器中的能量損失，提高了能量利用效率。其常用于PV水泵系統(tǒng)、一些白天臨時(shí)設(shè)備用電和一些旅游設(shè)施中。 簡(jiǎn)單直流系統(tǒng)（Small DC） 系統(tǒng)n與上述兩種光伏系統(tǒng)相比，這種光伏系統(tǒng)仍然是適用于直流電源系統(tǒng)，但是這種太陽能光伏系統(tǒng)通常負(fù)載功率較大，為了保證可以可靠地給負(fù)載提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，其相應(yīng)的系統(tǒng)規(guī)模也較大，需要配備較大的光伏組件陣列以及較大的蓄電池組，其常見的應(yīng)用形式有通信、遙測(cè)、監(jiān)測(cè)設(shè)備電源，農(nóng)村的集中供電，航標(biāo)燈塔、路燈等。我國(guó)在西部一些無電地區(qū)建設(shè)

37、的部分鄉(xiāng)村光伏電站就是采用的這種形式，中國(guó)移動(dòng)公司和中國(guó)聯(lián)通公司在偏僻無電網(wǎng)地區(qū)建設(shè)的通訊基站也有采用這種光伏系統(tǒng)供電的。如山西萬家寨的通訊基站工程。 大型太陽能供電系統(tǒng)（Small DC） 系統(tǒng)n與上述的三種太陽能光伏系統(tǒng)不同的是，這種光伏系統(tǒng)能夠同時(shí)為直流和交流負(fù)載提供電力，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上比上述三種系統(tǒng)多了逆變器，用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電以滿足交流負(fù)載的需求。通常這種系統(tǒng)的負(fù)載耗電量也比較大，從而系統(tǒng)的規(guī)模也較大。在一些同時(shí)具有交流和直流負(fù)載的通訊基站和其它一些含有交、直流負(fù)載的光伏電站中得到應(yīng)用。 直流、交流供電系統(tǒng)（AC/DC） 系統(tǒng) n這種太陽能光伏系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是光伏陣列產(chǎn)生的直流

38、電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入市電網(wǎng)絡(luò)，并網(wǎng)系統(tǒng)中PV方陣所產(chǎn)生電力除了供給交流負(fù)載外，多余的電力反饋給電網(wǎng)。在陰雨天或夜晚，光伏陣列沒有產(chǎn)生電能或者產(chǎn)生的電能不能滿足負(fù)載需求時(shí)就由電網(wǎng)供電。因?yàn)橹苯訉㈦娔茌斎腚娋W(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲(chǔ)能和釋放的過程，可以充分利用PV方陣所發(fā)的電力從而減小了能量的損耗，并降低了系統(tǒng)的成本。但是系統(tǒng)中需要專用的并網(wǎng)逆變器，以保證輸出的電力滿足電網(wǎng)電力對(duì)電壓，頻率等指標(biāo)的要求。因?yàn)槟孀兤餍实膯栴}，還是會(huì)有部分的能量損失。這種系統(tǒng)通常能夠并行使用市電和太陽能光伏組件陣列作為本地交流負(fù)載的電源。降低了整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載缺電率。而且并

39、網(wǎng)PV系統(tǒng)可以對(duì)公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。但是，并網(wǎng)光伏供電系統(tǒng)作為一種分散式發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)的集中供電系統(tǒng)的電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生一些不良的影響，如諧波污染，孤島效應(yīng)等。 并網(wǎng)系統(tǒng)（Utility Grid Connect）系統(tǒng)n這種太陽能光伏系統(tǒng)中除了使用太陽能光伏組件陣列之外，還使用了油機(jī)作為備用電源。使用混合供電系統(tǒng)的目的就是為了綜合利用各種發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的缺點(diǎn)。比方說，上述的幾種獨(dú)立光伏系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)少，缺點(diǎn)是能量的輸出依賴于天氣，不穩(wěn)定。綜合使用柴油發(fā)電機(jī)和光伏陣列的混合供電系統(tǒng)和單一能源的獨(dú)立系統(tǒng)相比就可以提供不依賴于天氣的能源。 混合供電系統(tǒng)（Hybrid） 系統(tǒng)n隨著太陽能光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了可以綜合利用太陽能光伏組件陣列，市電和備用油機(jī)的并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常是控制器和逆變器集成一體化，使用電腦芯片全面控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，綜合利用各種能源達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，并還可以使用蓄電池進(jìn)一步