太陽能電池原理及生產

第五組

賽太爾汗.賽力克李鵬志蘇順生

太陽能電池

主要內容

1.太陽能電池的發(fā)展歷史

2.太陽能電池定義和分類

3.太陽能電池的結構及工作原理

4.太陽能電池的生產工藝5.太陽能電池的應用

6.太陽能電池市場狀況及趨勢1.太陽能電池的發(fā)展歷史1954年世界第一塊實用化太陽能電池在美國貝爾實驗室問世，幷首先應用于空間技術。當時太陽能電池的轉換效率為8％。1973年世界爆發(fā)石油危機，從此之后，人們普遍對于太陽能電池關注，近10幾年來，隨著世界能源短缺和環(huán)境污染等問題日趨嚴重，太陽能電池的清潔性、安全性、長壽命，免維護以及資源可再生性等優(yōu)點更加顯現。一些發(fā)達國家制定了一系列鼓舞光伏發(fā)電的優(yōu)惠政策，幷實施龐大的光伏工程計劃，為太陽能電池產業(yè)創(chuàng)造了良好的發(fā)展機遇和巨大的市場空間，太陽能電池產業(yè)進入了高速發(fā)展時期，幷帶動了上游多晶硅材料業(yè)和下游太陽能電池設備業(yè)的發(fā)展。在1997－2006年的10年中，世界光伏產業(yè)擴大了20倍，今后10年世界光伏產業(yè)仍以每年30％以上的增長速度發(fā)展。世界太陽能電池發(fā)展的主要節(jié)點1954美國貝爾實驗室發(fā)明單晶硅太陽能電池，效率為6％1955第一個光伏航標燈問世，美國RCA發(fā)明GaAs太陽能電池1958太陽能電池首次裝備于美國先鋒1號衛(wèi)星，轉換效率為8％。1959第一個單晶硅太陽能電池問世。1960太陽能電池首次實現并網運行。1974突破反射絨面技術，硅太陽能電池效率達到18％。1975非晶硅及帶硅太陽能電池問世1978美國建成100KW光伏電站1980單晶硅太陽能電池效率達到20％多晶硅為14.5％，GaAs為22.5％1986美國建成6.5KW光伏電站1990德國提出“2000光伏屋頂計劃”1995高效聚光GaAs太陽能電池問世，效率達32％。1997美國提出“克林頓總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計劃，日本提出“新陽光計劃”1998單晶硅太陽能電池效率達到24.7％，荷蘭提出“百萬光伏屋頂計劃”2000世界太陽能電池總產量達287MW，歐洲計劃2010年生產60億瓦光伏電池Back2.太陽能電池定義和分類太陽能電池，又稱光伏器件，是一種利用光生伏特效應把光能轉變?yōu)殡娔艿钠骷Ｋ翘柲芄夥l(fā)電的基礎和核心。太陽能發(fā)電太陽能電池分類按結構分類同質結太陽電池異質結太陽電池肖特基太陽電池按材料分類硅太陽電池敏化納米晶太陽電池有機化合物太陽電池塑料太陽電池無機化合物半導體太陽電池按光電轉換機理傳統(tǒng)太陽電池激子太陽電池薄膜太陽能電池多晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池敏化納米晶太陽電池示例Back3.太陽能電池的結構及工作原理太陽能電池的結構示意圖太陽能電池發(fā)電原理太陽能電池工作原理的基礎是半導體PN結的光生伏打效應。所謂光生伏打效應就是當物體受到光照時，物體內的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產生電動勢和電流的一種效應。當太陽光或其他光照射半導體的PN結時，就會在PN結的兩邊出現電壓，叫做光生電壓。太陽能電池發(fā)電原理圖光伏發(fā)電系統(tǒng)及工作原理

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大體上可以分為兩類，一類是并網發(fā)電系統(tǒng)，即和公用電網通過標準接口相連接。并網發(fā)電系統(tǒng)通過光伏數組將接收來的太陽輻射能量經過高頻直流轉換后變成高壓直流電，經過逆變器逆變后向電網輸出與電網電壓同頻、同相的正弦交流電流。另一類是獨立式發(fā)電系統(tǒng)，即在自己的閉路系統(tǒng)內部形成電路。獨立式發(fā)電系統(tǒng)光伏數組首先會將接收來的太陽輻射能量直接轉換成電能供給負載，并將多余能量經過充電控制器后以化學能的形式儲存在蓄電池.光伏發(fā)電系統(tǒng)及工作原理圖并網光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖Back短片：光伏發(fā)電系統(tǒng)4.太陽能電池的生產工藝導電玻璃膜切割清洗

檢測鍍鋁電極沉積PN結老化檢測封裝成品檢測太陽能電池組件生產工藝

組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產中的關鍵步驟，沒有良好的封裝工藝，多好的電池也生產不出好的組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強了電池的抗擊強度。產品的高質量和高壽命是贏得可客戶滿意的關鍵，所以組件板的封裝質量非常重要。流程：

1、電池檢測—2、正面焊接并檢驗—3、背面串接并檢驗—4、敷設（玻璃清洗、材料切割、玻璃預處理、敷設）—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、高壓測試—10、組件測試—外觀檢驗—11、包裝入庫

組件高效和高壽命如何保證：

高轉換效率、高質量的電池片；高質量的原材料，例如：高的交聯(lián)度的EVA、高粘結強度的封裝劑（中性硅酮樹脂膠）、高透光率高強度的鋼化玻璃等；合理的封裝工藝員工嚴謹的工作作風；由于太陽電池屬于高科技產品，生產過程中一些細節(jié)問題，一些不起眼問題如應該戴手套而不戴、應該均勻的涂刷試劑而潦草完事等都是影響產品質量的大敵，所以除了制定合理的制作工藝外，員工的認真和嚴謹是非常重要的。

Back5.太陽能電池的應用上世紀60年代，科學家們就已經將太陽電池應用于空間技術——通信衛(wèi)星供電，上世紀末，在人類不斷自我反省的過程中，對于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應用，在眾多領域中也大顯身手。如：太陽能庭院燈、太陽能發(fā)電戶用系統(tǒng)、村寨供電的獨立系統(tǒng)、光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保護、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、城鎮(zhèn)中路標、高速公路路標等。歐美等先進國家將光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)及邊遠地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽電池與建筑系統(tǒng)的結合已經形成產業(yè)化趨勢用戶太陽能電源1.小型電源10-100W不等，用于邊遠無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等

太陽能電源太陽能逆變器2.3-5KW家庭屋頂并網發(fā)電系統(tǒng)；3.光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉

交通領域如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。通訊/通信領域太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機、士兵GPS供電等。石油、海洋、氣象領域石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀測設備等風云三號氣象衛(wèi)星的太陽能電池海洋氣象監(jiān)測標

光伏航標燈家庭燈具電源如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。光伏電站10KW-50MW獨立光伏電站、風光（柴）互補電站、各種大型停車廠充電站等。山東東營太陽能光伏發(fā)電站已累計發(fā)電124萬度Back太陽能發(fā)電應用6.太陽能電池市場狀況及趨勢6.1太陽能電池的市場狀況1998年以前，單晶硅電池占世界光伏生產的主導地位其次是多晶硅電池。從1998年開始，多晶硅電池開始超過單晶硅躍居第一。非晶硅從20世紀80年代初開始商業(yè)化生產，但由于效率低和光衰減問題，市場份額增加不快。CdTe電池從20世紀80年代中期開始商業(yè)化生產，市場份額增加緩慢，除技術因素外，人們對Cd的毒性的疑慮也是原因之一。CIS電池的產業(yè)化進程比較緩慢，原因是生產過程中化學劑量比難以控制，大面積均勻性和重復性較差。6.2太陽電池的未來發(fā)展趨勢

6.2.1商業(yè)化趨勢

1998年以前，單晶硅電池占市場主導地位，其次是多晶硅電池。

從1998年起，多晶硅電池開始超過單晶硅躍居第一。非晶硅從80年代初開始商業(yè)化，由于效率低和光衰減問題，市場份額先高后低。CdTe電池從80年代中期開始商業(yè)化生產，市場份額增加緩慢，Cd的毒性是原因之一；CIS電池的產業(yè)化進程比較緩慢，生產工藝難于控制，In是稀有元素；

Sanyo公司a-Si/c-Si電池商業(yè)化僅兩三年，發(fā)展迅速6.2.2技術發(fā)展趨勢6.2.2.1硅基電池:硅是地球上豐度第二大元素，資源豐富(以石英砂形式存在)；

環(huán)境友好；

電池效率高，性能穩(wěn)定；

工藝基礎成熟。

硅基電池是目前光伏界研究開發(fā)的重點、熱點晶硅電池的產業(yè)化技術硅基薄膜電池研究開發(fā)方向：晶硅電池:①提高電池/組件效率高效鈍化技術：TiO2，SiNx,H、SiO2,a-Si。。高效陷光技術：減反射，表面織構化，背反射等，選擇性發(fā)射區(qū)(前)，背表面場(BSF)，細柵或者單面技術，高效封裝技術－最佳封裝材料的折射率等。②簡化、改進工藝－自動化、環(huán)保、低成本；如硅片薄化及其工藝，③材料的國產化和提高性能；硅基薄膜電池①低溫過程(PECVD)<300℃，非晶、微晶、微非迭層－效率、穩(wěn)定性，柔性襯底②低溫過程>900℃,多晶硅基薄膜電池，廉價襯底；