太陽能電池介紹課件

太陽能電池介紹課件第一頁，共157頁。第3章

太陽能光伏電池

何道清編制2011.12第二頁，共157頁。第3章太陽能光伏電池

太陽能光伏電池——太陽能

電能

第三頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理半導體基礎知識

1.導體、絕緣體和半導體

（1）自由電子與自由電子濃度物質由原子組成，原子由原子核和核外電子組成，電子受原子核的作用，按一定的軌道繞核高速運動。能在晶體中自由運動的電子，稱為“自由電子”，它是導體導電的電荷粒子。自由電子濃度：單位體積中自由電子的數量，稱為自由電子濃度，用n表示，它是決定物體導電能力的主要因素之一。

第四頁，共157頁。

（2）晶體中自由電子的運動由于晶體內原子的振動，自由電子在晶體中做雜亂無章的運動。

電流：導體中的自由電子在電場力作用下的定向運動形成電流。

遷移率：在單位電場強度（1V/cm）下，定向運動的自由電子的“直線速度”，稱為自由電子的遷移率，用表示，這也是決定物體導電能力的主要因素。

電導率：表征物體導電能力的物理量，用表示,=en

電阻：導體中的自由電子定向運動形成電流所受到的“阻力”，它也表征表征物體導電能力。導體的電阻特性用電阻率表示（=1/）。導體電阻3.1太陽能光伏發(fā)電原理第五頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理

（3）導體、絕緣體和半導體

導體，導電能力強的物體，電阻率為10-9~l0-6cm

；

絕緣體，不能導電或者導電能力微弱到可以忽略不計的物體，電阻率為108~l020cm

；

半導體，導電能力介于導體和絕緣體之間的物體，電阻率為10-5~l07cm

。

導電機理：金屬導體導電是自由電子（n恒定）在電場力作用下的定向運動，電導率基本恒定；半導體導電是電子和空穴在電場力作用下的定向運動。電子和空穴的濃度隨溫度、雜質含量、光照等變化較大，影響其導電能力。第六頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理2.硅的晶體結構

（1）硅的原子結構

硅(Si)原子，原子序數14，原子核外14個電子，繞核運動，分層排列：內層2個電子(滿)，第二層8個電子(滿)，第三層4個電子(不滿)，如圖3-1所示。圖3-1硅的原子結構及其原子能級第七頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理

（2）硅的晶體結構

硅晶體中的硅原子在空間按面心立方晶格結構無限排列，長程有序。每個硅原子近鄰有四個硅原子，每兩個硅原子間有一對電子與這兩個原子的原子核都有相互作用，稱為共價鍵?；诠矁r鍵作用，是硅原子緊密地結合在一起，構成晶體。圖3-2硅的晶胞結構第八頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理硅晶體和所有的晶體都是由原子(或離子、分子)在空間按一定規(guī)則排列而成。這種對稱的、有規(guī)則的排列叫做晶體的晶格。一塊晶體如果從頭到尾都按一種方向重復排列，即長程有序，就稱其為單晶體。在硅晶體中，每個硅原子近鄰有四個硅原子，每兩個相鄰原子之間有一對電子，它們與兩個相鄰原子核都有相互作用，稱為共價鍵。正是靠共價鍵的作用，使硅原子緊緊結合在一起，構成了晶體。由許多小顆粒單晶雜亂無章地排列在一起的固體稱為多晶體。非晶體沒有上述特征，但仍保留了相互間的結合形式，如一個硅原子仍有四個共價鍵，短程看是有序的，長程無序，這樣的材料稱為非晶體，也叫做無定形材料。第九頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理

3.能級和能帶圖

電子在原子中的軌道運動狀態(tài)具有不同的能量—能級(E),

單一的電子能級，分裂成能量非常接近但又大小不同的許多電子能級，形成一個“能帶”。圖3-3單原子的電子能級對應的固體能帶

第十頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理4.禁帶、價帶和導帶

電子只能在各能帶內運動，能帶之間的區(qū)域沒有電子態(tài),這個區(qū)域叫做“禁帶”，用Eg

表示。完全被電子填滿的能帶稱為“滿帶”，最高的滿帶容納價電子，稱為“價帶”,價帶上面完全沒有電子的稱為“空帶”。

有的能帶只有部分能級上有電子,一部分能級是空的。這種部分填充的能帶,在外電場的作用下,可以產生電流。

而沒有被電子填滿、處于最高滿帶上的一個能帶稱為“導帶”。

第十一頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理

4.禁帶、價帶和導帶

(a)金屬(b)半導體(c)絕緣體圖3-4金屬、半導體、絕緣體的能帶第十二頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理4.禁帶、價帶和導帶

圖3-4晶體的能帶第十三頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理4.禁帶、價帶和導帶

禁帶寬度Eg價電子要從價帶越過禁帶跳躍到導帶里去參與導電運動，必須從外界獲得大于或等于Eg的附加能量，Eg的大小就是導帶底部與價帶頂部之間的能量差，稱為“禁帶寬度”或“帶隙”

表3-1半導體材料的禁帶寬度

材料SiGeGaAsCu(InGa)SeInPCdTeCdSEg/eV1.120.71.41.041.21.42.6第十四頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理

金屬與半導體的區(qū)別：金屬的導帶和價帶重疊在一起，不存在禁帶，在一切條件下具有良好的導電性。半導體有一定的禁帶寬度，價電子必須獲得一定的能量（>Eg）“激發(fā)”到導帶才具有導電能力。激發(fā)的能量可以是熱或光的作用。

常溫下，每立方厘米的硅晶體，導帶上約有l(wèi)010個電子，每立方厘米的導體晶體的導帶中約有1022個電子。絕緣體禁帶寬度遠大于半導體，常溫下激發(fā)到導帶上的電子非常少，固其電導率很低

。第十五頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理5.電子和空穴

電子從價帶躍遷到導帶（自由電子）后，在價帶中留下一個空位，稱為空穴，空穴移動也可形成電流。電子的這種躍遷形成電子-空穴對。電子和空穴都稱為載流子。

電子-空穴對不斷產生，又不斷復合。圖3-5具有一個斷鍵的硅晶體第十六頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理6.摻雜半導體

晶格完整且不含雜質的半導體稱為本征半導體。

硅半導體摻雜少量的五價元素磷(P)—

N型硅

：自由電子數量多—多數載流子（多子）；空穴數量很少—少數載流子（少子）。電子型半導體或n型半導體。

摻雜少量的三價元素硼(B)

—P型硅：空穴數量多—多數載流子（多子）；自由電子數量很少—少數載流子(少子)?？昭ㄐ桶雽w或p型半導體。圖3-6n型和p型硅晶體結構第十七頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理6.摻雜半導體-雜質能級在摻雜半導體中，雜質原子的能級處于禁帶之中，形成雜質能級。五價雜質原子形成施主能級，位于導帶的下面；三價雜質原子形成受主能級，位于價帶的上面(圖3-7)。施主（或受主）能級上的電子（或空穴）跳躍到導帶（或價帶）中去的過程稱為電離。電離過程所需的能量就是電離能（很小0.04eV

），摻雜雜質幾乎全部電離。

圖3-7施主和受主能級第十八頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理7.載流子的產生與復合由于晶格的熱振動，電子不斷從價帶被“激發(fā)”到導帶，形成一對電子和空穴（即電子-空穴對），這就是載流子產生的過程。電子和空穴在晶格中的運動是無規(guī)則的導帶中的電子落進價帶的空能級，使一對電子和空穴消失。這種現象叫做電子和空穴的復合，即載流子復合。

一定的溫度下晶體內產生和復合的電子-空穴對數目達到相對平衡，晶體的總載流子濃度保持不變，熱平衡狀態(tài)。由于光照作用，產生光生電子-空穴對，電子和空穴的產生率就大于復合率，形成非平衡載流子，稱為光生載流子。

第十九頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理

8.載流子的輸運半導體中存在能夠導電的自由電子和空穴，這些載流子有兩種輸運方式：漂移運動和擴散運動。載流子在熱平衡時作不規(guī)則的熱運動，與晶格、雜質、缺陷發(fā)生碰撞，運動方向不斷改變，平均位移等于零，這種現象叫做散射。散射不會形成電流。半導體中載流子在外加電場的作用下，按照一定方向的運動稱為漂移運動。外界電場的存在使載流子作定向的漂移運動，并形成電流。擴散運動是半導體在因外加因素使載流子濃度不均勻而引起的載流子從濃度高處向濃度低處的遷移運動。擴散運動和漂移運動不同，它不是由于電場力的作用產生的，而是由于載流子濃度差的引起的。第二十頁，共157頁。3.1.2p-n結n型半導體和p型半導體緊密接觸，在交界處n區(qū)中電子濃度高，要向p區(qū)擴散，在N區(qū)一側就形成一個正電荷的區(qū)域；同樣，p區(qū)中空穴濃度高，要向n區(qū)擴散，p區(qū)一側就形成一個負電荷的區(qū)域。這個n區(qū)和p區(qū)交界面兩側的正、負電荷薄層區(qū)域稱為“空間電荷區(qū)”，即p-n結—內建電場E—電勢差UD—電勢能電勢能=電荷×電勢=(q)(UD)=qUDqUD通常稱作勢壘高度。

內建電場一方面阻止“多子”的擴散運動，另一方面增強“少子”漂移運動，最終達到平衡狀態(tài)。3.1太陽能光伏發(fā)電原理第二十一頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理3.1.2p-n結(a)n區(qū)電子往P區(qū)(b)p區(qū)空穴往N區(qū)(c)p-n結電場擴散在n區(qū)形成帶擴散在p區(qū)形成帶正電的薄層A負電的薄層B圖3-8p-n結電子與空穴的擴散第二十二頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理3.1.2p-n結(a)形成p-n結前載流子的擴散過程(b)空間電荷區(qū)和內建電場圖3-8p-n結第二十三頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理3.1.2p-n結—單向導電性

當p-n結加上正向偏壓，外加電場的方向與內建電場的方向相反，打破了擴散運動和漂移運動的相對平衡，形成通過p-n結的電流（稱為正向電流），較大；當p-n結加上反向偏壓，構成p-n結的反向電流，很小。圖3-9p-n結單向導電特性

第二十四頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理3.1.3光伏效應—太陽能電池

1.光伏效應當太陽電池受到光照時，光在n區(qū)、空間電荷區(qū)和p區(qū)被吸收，分別產生電子-空穴對。由于入射光強度從表面到太陽電池體內成指數衰減，在各處產生光生載流子的數量有差別，沿光強衰減方向將形成光生載流子的濃度梯度，從而產生載流子的擴散運動。

n區(qū)中產生的光生載流子到達p-n結區(qū)n側邊界時，由于內建電場的方向是從n區(qū)指向p區(qū)，靜電力立即將光生空穴拉到p區(qū)，光生電子阻留在n區(qū)。

p區(qū)中到達p-n結區(qū)p側邊界的光生電子立即被內建電場拉向n區(qū)，空穴被阻留在p區(qū)。

空間電荷區(qū)中產生的光生電子-空穴對則自然被內建電場分別拉向n區(qū)和p區(qū)。第二十五頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理

1.光伏效應p-n結及兩邊產生的光生載流子就被內建電場所分離，在p區(qū)聚集光生空穴，在n區(qū)聚集光生電子，使p區(qū)帶正電，n區(qū)帶負電，在p-n結兩邊產生光生電動勢。上述過程通常稱作光生伏特效應或光伏效應。光生電動勢的電場方向和平衡p-n結內建電場的方向相反。當太陽能電池的兩端接上負載，這些分離的電荷就形成電流。

圖3-10光伏效應示意圖

第二十六頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理

1.光伏效應—太陽能電池當太陽能電池的兩端接上負載，光伏電動勢就形成電流。圖3-11太陽電池的發(fā)電原理第二十七頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理太陽電池的結構和性能1.太陽電池的結構最簡單的太陽電池是由p-n結構成的，如圖3-142示，其上表面有柵線形狀的上電極，背面為背電極，在太陽電池表面通常還鍍有一層減反射膜。

圖3-12太陽電池的結構和符號第二十八頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理

1.太陽電池的結構硅太陽電池一般制成p/n型結構或n/p型結構。太陽電池輸出電壓的極性，p型一側電極為正，n型一側電極為負。

根據太陽電池的材料和結構不同，分為許多種形式，如p型和n型材料均為相同材料的同質結太陽電池(如晶體硅太陽電池)；p型和n型材料為不同材料的異質結太陽電池[硫化鎘/碲化鎘(CdS/CdTe)，硫化鎘/銅銦硒(CdS/CulnSe2)薄膜太陽電池]；金屬-絕緣體-半導體(MIS)太陽電池；絨面硅太陽電池；激光刻槽掩埋電極硅太陽電池；鈍化發(fā)射結太陽電池；背面點接觸太陽電池；疊層太陽電池等。

第二十九頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理

2.太陽電池的技術參數（1）開路電壓（Uoc）受光照的太陽電池處于開路狀態(tài)，光生載流子只能積累于p-n結兩側產生光生電動勢，這時在太陽電池兩端測得的電勢差叫做開路電壓，用符號Uoc表示。（2）短路電流（Isc）如果把太陽電池從外部短路測得的最大電流，稱為短路電流，用符號Isc表示。圖3-13硅光電池的開路電壓和短路電流與光照度關系

第三十頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理

（3）最大輸出功率（P）把太陽電池接上負載，負載電阻中便有電流流過，該電流稱為太陽電池的工作電流（I），也稱負載電流或輸出電流。負載兩端的電壓稱為太陽電池的工作電壓(U)。太陽電池的輸出功率P=UI。太陽電池的工作電壓和電流是隨負載電阻而變化的，將不同阻值所對應的工作電壓和電流值作成曲線，就得到太陽電池的伏安特性曲線。如果選擇的負載電阻值能使輸出電壓和電流的乘積最大，即可獲得最大輸出功率（Pm）

。此時的工作電壓和工作電流稱為最佳工作電壓（Um）和最佳工作電流（Im

），Pm=UmIm。第三十一頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理

（4）填充因子（FF）太陽電池的另一個重要參數是填充因子FF，它是最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比：

（5）轉換效率（）太陽電池的轉換效率指在外部回路上連接最佳負載電阻時的最大能量轉換效率，等于太陽電池的最大輸出功率與入射到太陽電池表面的能量之比：第三十二頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理

3.太陽電池的伏-安特性及等效電路太陽電池的電路及等效電路如圖3-14所示。ID(二極管電流)為通過p-n結的總擴散電流，與Isc反向；Rs串聯(lián)電阻，主要由電池的體電阻、表面電阻、電極導體電阻和電極與硅表面接觸電阻所組成，很?。籖sh為旁路電阻，主要由硅片的邊緣不清潔或體內的缺陷引起的，很大。

(a)光照時太陽電池的電路(b)光照時太陽電池的等效電路圖3-14太陽電池的電路及等效電路第三十三頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理當RL=0時，所測的電流為電池的短路電流Isc。Isc與電池面積成正比，1cm2太陽電池的Isc值為16~30mA；同一塊太陽電池，Isc值與入射光的輻照度成正比；當環(huán)境溫度升高時，Isc略有上升。當RL為無窮大時，所測得的電壓為電池的開路電壓Uoc，Uoc隨光照度變化不大。(a)光照時太陽電池的電路(b)光照時太陽電池的等效電路圖3-14太陽電池的電路及等效電路第三十四頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理伏安特性曲線圖3-15太陽電池的電流-電壓關系曲線圖3-16常用太陽電池電流-電壓特性曲線

1-未受光照；2-受光照I-電流；Isc-短路電流；Im-最大工作電流；U-電壓；Uoc-開路電壓；Um-最大工作電壓；Pm-最大功率第三十五頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理

太陽電池性能的測試須在標準條件太陽電池（組件）的輸出功率取決于太陽輻照度、太陽光譜分布和太陽電池（組件）的工作溫度，因此太陽電池性能的測試須在標準條件（STC）下進行。測量標準被歐洲委員會定義為101號標準，其測試條件是：

光譜輻照度1000W/m2

；

大氣質量為AM1.5時的光譜分布；

電池溫度25℃。在該條件下，太陽電池（組件）輸出的最大功率稱為峰值功率。第三十六頁，共157頁。3.1太陽能光伏發(fā)電原理串、并聯(lián)電阻對硅太陽電池輸出(Uoc、Isc、FF)性能的影響。(入射光強為l000W/m2，電池面積為2cm2）(a)串聯(lián)電阻的影響(b)并聯(lián)電阻的影響圖3-17太陽電池串、并聯(lián)電阻的影響第三十七頁，共157頁。3.2太陽能電池材料制備*

硅太陽能電池（單晶、多晶和非晶硅太陽電池）是目前使用最廣泛的太陽能電池，占太陽能電池總產量的90%以上。

晶體硅太陽能電池的一般生產制造工藝：

硅材料的制備太陽能電池的制造太陽能電池組件的封裝硅砂(SiO2)→冶金硅(MG-Si)→晶體硅(Si)→硅片→光伏電池片→電池組件→電池方陣第三十八頁，共157頁。3.2太陽能電池材料制備*3.2.1硅材料的優(yōu)異性能（1）Si材料豐富，易于提純，純度可達12個9(12N)；（電子級硅9N，太陽能電池硅6N即可）（2）Si原子占晶格空間?。?4%），有利于電子運動和摻雜；第三十九頁，共157頁。3.2太陽能電池材料制備*（3）Si原子核外4個，摻雜后，容易形成電子-空穴對；（4）容易生長大尺寸的單晶硅（4001100mm，重438kg）；（5）易于通過沉積工藝制作單晶Si、多晶Si和非晶Si薄層材料；第四十頁，共157頁。3.2太陽能電池材料制備*（6）易于腐蝕加工；（7）帶隙適中（在室溫下硅的禁帶寬度Eg＝1.l2eV），受本征激發(fā)影響??；（8）Si材料力學性能好，便于機加工；（9）Si材料理化性能穩(wěn)定；（10）Si材料便于金屬摻雜，制作低阻值歐姆接觸；

（11）切片損傷小，便于可控鈍化；（12）Si材料表面SiO2薄層制作簡單，SiO2薄層有利于減小反射率，提高太陽能電池發(fā)電效率；SiO2薄層絕緣好，便于電氣絕緣的表面鈍化；SiO2薄層是良好的掩膜層和阻擋層。

Si材料是優(yōu)良的光伏發(fā)電材料！第四十一頁，共157頁。3.2太陽能電池材料制備*3.2.2硅材料的制備制造太陽電池的硅材料以石英砂（SiO2）為原料，先把石英砂放入電爐中用碳還原得到冶金硅，較好的純度為98%~99%。冶金硅與氯氣（或氯化氫）反應得到四氯化硅（或三氯氫硅），經過精餾使其純度提高，然后通過氫氣還原成多晶硅。多晶硅經過坩堝直拉法（Cz法）或區(qū)熔法（Fz法）制成單晶硅棒，硅材料的純度可進一步提高，要求單晶硅缺陷和有害雜質少。石英砂冶金硅多晶硅單晶硅從硅材料到制成太陽電池組件，需要經過一系列復雜的工藝過程，以多晶硅太陽電池組件為例，其生產過程大致是：硅砂硅錠硅片電池片電池組件第四十二頁，共157頁。3.2太陽能電池材料制備*1.高純多晶硅的制備

（1）硅砂冶金硅（MG-Si）：SiO2+2C→Si+2CO

（2）冶金硅高純多晶硅：

電子級硅(EG-Si)，9N(99.9999999%)以上純度；

太陽能級硅(SG-Si)，7N以上純度。

①四氯化硅法：SiCl4+2H2→Si+4HCl↑

②三氯氫硅法（改良西門子法）

：

SiO2+2C→Si+2CO2↑Si+3HCl→SiHCl3+H2↑SiHCl3+H2→Si+3HCl↑圖3-19硅砂制備高純多晶硅工藝流程第四十三頁，共157頁。3.2太陽能電池材料制備*

改良西門子法工藝流程

圖3-20改良西門子法工藝流程圖

第四十四頁，共157頁。3.2太陽能電池材料制備*

③硅烷法硅烷（SiH4）生產的工藝是基于化學反應2Mg+Si→MgSi，然后將硅化鎂和氯化銨進行如下化學反應:MgSi+4NH4Cl→SiH4+2MgCl2+4NH3↑從而得到氣體硅烷。高濃度的硅烷是一種易燃、易爆氣體，要用高純氮氣或氫氣稀釋到3%～5%后充入鋼瓶中使用。硅烷可以通過減壓精餾、吸附和預熱分解等方法進行純化，化學反應式為SiH4→Si+2H2↑

第四十五頁，共157頁。3.2太陽能電池材料制備*

2.多晶硅錠的制備多晶硅棒

多晶硅鑄錠

（1）定向凝固法（2）澆鑄法

圖3-21多晶硅定向凝固法原理圖第四十六頁，共157頁。3.2太陽能電池材料制備*

3.片狀硅的制備片狀硅又稱硅帶，是從熔體中直接生長出來，可以減少由于切割而造成硅材料的損失，工藝也比較簡單，片厚100～200rm。主要生長方法有限邊喂膜（EFG）法、枝蔓蹼狀晶（WEB）法、邊緣支撐晶（ESP）法、小角度帶狀生長法、激光區(qū)熔法和顆粒硅帶法等。

第四十七頁，共157頁。3.2太陽能電池材料制備*4.單晶硅的制備（1）直拉單晶法（Cz）

第四十八頁，共157頁。3.2太陽能電池材料制備*直拉單晶爐

第四十九頁，共157頁。3.2太陽能電池材料制備*

（2）區(qū)熔法（Fz）

第五十頁，共157頁。3.2太陽能電池材料制備*內熱式區(qū)熔爐結構示意圖

第五十一頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

3.3.1硅片的加工—晶體硅硅片硅片的加工，是將硅錠經表面整形、定向、切割、研磨、腐蝕、拋光、清洗等工藝，加工成具有一定直徑、厚度、晶向和高度、表面平行度、平整度、光潔度，表面無缺陷、無崩邊、無損傷層，高度完整、均勻、光潔的鏡面硅片。

圖3-23硅片加工工藝流程第五十二頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

3.3.1硅片的加工

1.切片工藝技術的原則要求：

（1）切割精度高、表面平行度高、翹曲度和厚度公差小；（2）斷面完整性好，消除拉絲、刀痕和微裂紋；（3）提高成品率，縮小刀(鋼絲)切縫，降低原材料損耗；（4）提高切割速度，實現自動化切割。

2.切片方法：外圓切割、內圓切割、線切割以及激光切割等。

第五十三頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

內圓切割：用內圓切割機將硅錠切割成0.2~0.4mm的薄片。其刀體的厚度0.1mm左右，刀刃的厚度0.20~0.25mm，刀刃上黏有金剛砂粉。切割過程中，每切割一片，硅材料有0.3~0.35mm的厚度損失，因此硅材料的利用率僅為40~50%。內圓切割刀片的示意圖，如圖3-24所示。

圖3-24內圓切割刀片示意圖第五十四頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

內圓切割方法，可分為4類：（a）刀片水平安裝，硅料水平方向送進切割；

（b）刀片垂直安裝，硅料水平方向送進切割；（c）刀片垂直安裝，硅料垂直方向送進切割；（d）刀片固定，硅片垂直方向送進切割。

圖3-25內圓式切割機切割分類方法示意圖第五十五頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

線切割機切片一根長達幾千米的線兩頭纏繞在轉鼓上，這根線在帶磨料的懸浮液中切割硅晶體。切片更快，硅片更薄（0.18~0.2mm），硅損失更少（30%）。

圖3-26硅片線切割示意圖第五十六頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

表3-2線切割與內圓切割特征的比較

性能線切割內圓切割切割方法自由磨削加工固定研磨加工切片表面線鋸痕跡切痕、裂紋、碎屑損傷深度/m5~1520~30切片效率/(cm2/h)110~22010~30每次切片數/片200~4001損耗/m150~210300~500可切片最薄厚度/m180~200350可切硅錠最大直徑/mm300以上200切片翹曲度輕微嚴重第五十七頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

激光切片機

第五十八頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

3.3.2硅太陽能電池的制造—硅片電池片制造晶體硅太陽能電池包括絨面制備、擴散制結、制作電極和制備蒸鍍減反射膜等主要工序。常規(guī)晶體硅太陽能電池的一般生產制造工藝流程如圖3-27所示。

圖3-27晶體硅太陽能電池生產制造工藝流程第五十九頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

3.3.2硅太陽能電池的制造

1.硅片的選擇硅片通常加工成方形、長方形、圓形或半圓形，厚度為0.18~0.4mm。

2.硅片的表面處理

（1）化學清洗去污，高純水，有機溶劑，濃酸，強堿。（2）硅片的表面腐蝕去除30~50m表面厚的損傷層。①酸性腐蝕濃硝酸與氫氟酸的配比為（10:1）~（2:1）；硝酸、氫氟酸與醋酸的一般配比為5:3:3或5:1:1或6:1:1

。②堿性腐蝕氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿溶液。

第六十頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

3.絨面制備單晶硅絨面結構的制備，就是就是利用硅的各向異性腐蝕(NaOH，KOH)，在硅表面形成金字塔結構。絨面結構，使入射光在硅片表面多次反射和折射，有助于減少光的反射，增加光的吸收，提高電池效率。

圖3-28絨面結構減少光的反射

第六十一頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

4.擴散制結

制結過程：在一塊基體材料上生成導電類型不同的擴散層。

制結方法：熱擴散法、離子注入法、薄膜生長法、合金法、激光法和高頻電注入法等。

熱擴散法制結：采用片狀氮化硼作源，在氮氣保護下進行擴散。擴散前，氮化硼片先在擴散溫度下通氧30min，使其表面的三氧化二硼與硅發(fā)生反應，形成硼硅玻璃沉積在硅表面，硼向硅內部擴散。擴散溫度為950~l000℃，擴散時間為15~30min，氮氣流量為2L/min。

擴散要求：獲得適合于太陽能電池p-n結需要的結深(0.3~0.5m)和擴散層方塊電阻R□(平均為20~l00/囗)。

第六十二頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

5.去除背結

在擴散過程中，硅片的背面也形成了p-n結，所以在制作電極前需要去除背結。去除背結的常用方法，主要有化學腐蝕法、磨片法和蒸鋁或絲網印刷鋁漿燒結法等。（1）化學腐蝕法

掩蔽前結后用腐蝕液蝕去其余部分的擴散層。該法可同時除去背結和周邊的擴散層，因此可省去腐蝕周邊的工序。腐蝕后，背面平整光亮，適合于制作真空蒸鍍的電極。前結的掩蔽一般用涂黑膠的方法。硅片腐蝕去背結后用溶劑去真空封蠟，再經濃硫酸或清洗液煮沸清洗，最后用去離子水洗凈后烤干備用。

第六十三頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

（2）磨片法用金剛砂磨去背結。也可將攜帶砂粒的壓縮空氣噴射到硅片背面以除去背結。背結除去后，磨片后背面形成一個粗糙的硅表面，適用于化學鍍鎳背電極的制造。（3）蒸鋁或絲網印刷鋁漿燒結法前兩種方法對n+/p型和p+/n型電池制造工藝均適用，本法則僅適用于n+/p型電池制造工藝。此法是在擴散硅片背面真空蒸鍍或絲網印刷一層鋁，加熱或燒結到鋁-硅共熔點(577℃)以上使它們成為合金。經過合金化以后，隨著降溫，液相中的硅將重新凝固出來，形成含有少量鋁的再結晶層。實際上是一個對硅摻雜過程。在足夠的鋁量和合金溫度下，背面甚至能形成與前結方向相同的電場，稱為背面場。

第六十四頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

6.制備減反射膜硅表面對光的反射損失率高達35%左右。

減反射膜作用：減反射膜不但具有減少光反射的作用，而且對電池表面還可起到鈍化和保護的作用。制備方法：采用真空鍍膜法、氣相生長法或其它化學方法等，在已制好的電池正面蒸鍍一層或多層二氧化硅或二氧化鈦或五氧化二鉭或五氧化二鈮減反射膜。技術要求：膜對入射光波長范圍的吸收率要小，膜的理化能穩(wěn)定，膜層與硅粘接牢固，膜耐腐蝕，制作工藝簡單、價格低廉。

二氧化硅膜，鍍一層減反射膜可將入射光的反射率減少到10%左右，鍍兩層則可將反射率減少到4%以下。

第六十五頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

7.腐蝕周邊在擴散過程中，硅片的周邊表面也有擴散層形成。硅片周邊表面的擴散層會使電池上下電極形成短路環(huán)，必須將其去除。周邊上存在任何微小的局部短路，都會使電池并聯(lián)電阻下降，以致成為廢品。去邊的方法：主要有腐蝕法和擠壓法。腐蝕法是將硅片兩面掩好，在硝酸、氫氟酸組成的腐蝕液中腐蝕30s左右；擠壓法則是用大小與硅片相同而略帶彈性的耐酸橡膠或塑料與硅片相間整齊地隔開，施加一定壓力阻止腐蝕液滲入縫隙，以取得掩蔽的方法。

第六十六頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

8.制作上、下電極

所謂電極，就是與電池p-n結形成緊密歐姆接觸的導電材料。通常對電極的要求有：①接觸電阻小；②收集效率高；③遮蔽面積??；④能與硅形成牢固的接觸；⑤穩(wěn)定性好；⑥宜于加工；⑦成本低；⑧易于引線，可焊性強；⑨體電阻?。虎馕廴拘?。

制作方法：真空蒸鍍法、化學鍍鎳法、銀/鋁漿印刷燒結法等。所用金屬材料：鋁、鈦、銀、鎳等。

電池光照面的電極稱為上電極（窄細的柵線狀，有利于收集光生電流，并保持較大受光面積

），制作在電池背面的電極稱為下電極或背電極（全部或部分布滿背面，減小電池的串聯(lián)電阻

）。

n+/p型電池上電極是負極，下電極是正極；p+/n型電池上電極是正極，下電極是負極。

第六十七頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

鋁漿印刷燒結法工藝：把硅片置于真空鍍機的鐘罩內，當真空度抽到足夠高時，便凝結成一層鋁薄膜，其厚度控制在30~l00nm；然后，再在鋁薄膜上蒸鍍一層銀，厚度為2~5m，為便于電池的組合裝配，電極上還需釬焊一層錫-鋁-銀合金焊料；此外，為得到柵線狀的上電極，在蒸鍍鋁和銀時，硅表面需放置一定形狀的金屬掩膜。上電極柵線密度一般為2~4條/cm，多的可達10~19條/cm，最多的可達60條/cm。

絲網印刷技術制作上電極，是用滌綸薄膜等制成所需電極圖形的掩膜，貼在絲網上，然后套在硅片上，用銀漿、鋁漿印刷出所需電極的圖形，經過在真空和保護氣氛中燒結，形成牢固的接觸電極。成本低，便于自動化連續(xù)生產

第六十八頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

9.檢驗測試太陽電池制作經過上述工藝完成后，在作為成品電池入庫前，必須通過測試儀器測量其性能參數，以檢驗其質量是否合格。一般需要測量的參數有最佳工作電壓、最佳工作電流、最大功率(也稱峰值功率)、轉換效率、開路電壓、短路電流、填充因子等，通常還要畫出太陽電池的伏安（I-U）特性曲線?，F代測試方法：

圖3-29太陽電池測試設備系統(tǒng)框圖

第六十九頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

典型晶硅電池片技術參數尺寸：156mm156mm0.5mm厚度（Si）：190m20m正面（）：氮化硅減反膜；1.9mm銀柵線背面（+）：AL背場；3mm銀背極開路電壓(V)：0.625%短路電流(A)：9.015%最大功率點電壓：0.515V最大功率點電流：7.914A

溫度系數：TkVoltage0.349%/KTkCurrent0.033%/KTkPower0.44%/K

第七十頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

3.3.3新型太陽能電池簡介1.新型高效單晶硅太陽電池

（1）發(fā)射極鈍化及背表面局部擴散太陽電池(PERL)

圖3-30PERL太陽電池

第七十一頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

（2）埋柵太陽電池(BCSC)采用激光刻槽或機械刻槽。激光在硅片表面刻槽，然后化學鍍銅，制作電極。如圖3-31所示。批量生產這種電池的光電效率已達17%，我國實驗室光電效率為19.55%。

圖3-31BCSC太陽電池

第七十二頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

（3）高效背表面反射器太陽電池(BSR)這種電池的背面和背面接觸之間用真空蒸鍍的方法沉積一層高反射率的金屬表面（一般為鋁）。背反射器就是將電池背面做成反射面，它能發(fā)射透過電池基體到達背表面的光，從而增加光的利用率，使太陽電池的短路電流增加。（4）高效背表面場和背表面反射器太陽電池(BSFR)

BSFR電池也稱為漂移場太陽電池，它是在BSR電池結構的基礎上再做一層p+層。這種場有助于光生電子-空穴對的分離和少數載流子的收集。目前BSFR電池的效率為14.8%.

第七十三頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

2.多晶硅薄膜太陽電池多晶硅薄膜是由許多大小不等和具有不同晶面取向的小晶粒構成，其特點是在長波段具有高光敏性，對可見光能有效吸收，又具有與晶體硅一樣的光照穩(wěn)定性，因此被認為是高效、低耗的理想光伏器件材料。

目前多晶硅薄膜太陽電池光電效率達16.9%，但仍處于實驗室階段，如果能找到一種好的方法在廉價的襯底上制備性能良好的多晶硅薄膜太陽電池，該電池就可以進入商業(yè)化生產，這也是目前研究的重點。多晶硅薄膜太陽電池由于其良好的穩(wěn)定性和豐富的材料來源，是一種很有前途的地面用廉價太陽電池。

第七十四頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

3.非晶硅太陽電池（1）非晶硅的優(yōu)點①有較高的光學吸收系數，在0.315~0.75m的可見光波長范圍內，其吸收系數比單晶硅高一個數量級，因此，很薄(1m左右)的非晶硅就能吸收大部分的可見光，制備材料成本也低；②禁帶寬度為1.5~2.0eV，比晶體硅的1.l2eV大，與太陽光譜有更好的匹配；③制備工藝和所需設備簡單，沉積溫度低(300~400℃)，耗能少；④可沉積在廉價的襯底上，如玻璃、不銹鋼甚至耐溫塑料等，可做成能彎曲的柔性電池。

第七十五頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

（2）非晶硅太陽電池結構及性能①非晶硅太陽電池結構性能較好的非晶硅太陽電池結構有p-i-n結構，如圖3-32所示。

圖3-32非晶硅太陽電池結構第七十六頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

②非晶硅太陽電池的性能a.非晶硅太陽電池的電性能非晶硅太陽電池的實驗室光電轉換效率達15%，穩(wěn)定效率為13%。商品化非晶硅太陽電池的光電效率一般為6%~7.5%。溫度升高，對其效率的影響比晶體硅太陽電池要小。b.光致衰減效應非晶硅太陽電池經光照后，會產生10%～30%的電性能衰減——光致衰減效應，此效應限制了非晶硅太陽電池作為功率發(fā)電器件的大規(guī)模應用。為減小這種光致衰減效應又開發(fā)了雙結和三結的非晶硅疊層太陽電池，目前實驗室光致衰減效應已減小至10%。

第七十七頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

4.化合物薄膜太陽電池薄膜太陽電池由沉積在玻璃、不銹鋼、塑料、陶瓷襯底或薄膜上的幾微米或幾十微米厚的半導體膜構成。由于其半導體層很薄，可以大大節(jié)省太陽電池材料，降低生產成本，是最有前景的新型太陽電池。（1）化合物多晶薄膜太陽電池除上面介紹過的a-Si太陽電池和多晶Si薄膜太陽電池外，目前已開發(fā)出化合物多晶薄膜太陽電池，主要有：硫化鎘/碲化鎘(CdS/CdTe)、硫化鎘/銅鎵銦硒(CdS/CuGalnSe2).硫化鎘/硫化亞銅(CdS/Cu2S)等，其中相對較好的有CdS/CdTe電池和CdS/CuGalnSe2電池。

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（2）化合物薄膜太陽電池的制備①CdS/CdTe薄膜太陽電池

CdS/CdTe薄膜太陽電池制造工藝完全不同于硅太陽電池，不需要形成單晶，可以連續(xù)大面積生產，與晶體硅太陽電池相比，雖然效率低，但價格比較便宜。這類電池目前存在性能不穩(wěn)定問題，長期使用電性能嚴重衰退，技術上還有待于改進。②CdS/CulnSe2薄膜太陽電池

CdS/CulnSe2薄膜太陽電池，是以銅銦硒三元化合物半導體為基本材料制成的多晶薄膜太陽電池，性能穩(wěn)定，光電轉換效率較高，成本低，是一種發(fā)展前景良好的太陽電池。

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5.砷化鎵太陽電池（1）砷化鎵太陽電池的優(yōu)點①砷化鎵的禁帶寬度(1.424eV)與太陽光譜匹配好，效率較高；②禁帶寬度大，其太陽電池可適應高溫下工作；③砷化鎵的吸收系數大，只要5m厚度就能吸收90%以上太陽光，太陽電池可做得很薄；④砷化鎵太陽電池耐輻射性能好，由于砷化鎵是直接躍遷型半導體，少數載流子的壽命短，所以，由高能射線引起的衰減較??；⑤在砷化鎵多晶薄膜太陽電池中，晶粒直徑只需幾個微米；

第八十頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

⑥在獲得同樣轉換效率的情況下，砷化鎵開路電壓大，短路電流小，不容易受串聯(lián)電阻影響，這種特征在大倍數聚光、流過大電流的情況下尤為優(yōu)越。（2）砷化鎵太陽電池的缺點①砷化鎵單晶晶片價格比較昂貴；②砷化鎵密度為5.318g/cm3

（298K），而硅的密度為2.329g/cm3（298K），這在空間應用中不利；③砷化鎵比較脆，易損壞。采用液相外延技術，在砷化鎵表面生長一層光學透明的寬禁帶鎵鋁砷（Ga1xAlxAs）異質面窗口層，阻礙少數載流子流向表面發(fā)生復合，使效率明顯提高。

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（3）砷化鎵太陽電池的結構砷化鎵異質面太陽電池的結構如圖3-33所示，目前單結砷化鎵太陽電池的轉換效率已達27%，GaP/GaAs疊層太陽電池的轉換效率高達30%(AM1.5，l000W/m2,25℃)。由于GaAs太陽電池具有較高的效率和良好的耐輻照特性，國際上已開始在部分衛(wèi)星上試用，轉換效率為17%~18%（AM0）。

圖3-33砷化鎵異質面太陽電池的結構第八十二頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

6.聚光太陽電池聚光太陽電池是在高倍太陽光下工作的太陽電池。通過聚光器，使大面積聚光器上接受的太陽光匯聚在一個較小的范圍內，形成“焦斑”或“焦帶”。位于焦斑或焦帶處的太陽電池得到較高的光能，使單體電池輸出更多的電能，其潛力得到了發(fā)揮。輸出功率、短路電流等基本上與光強成比例增加。要求特殊的密柵線設計和制造工藝。

圖3-34聚光太陽電池的電極

第八十三頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

跟蹤裝置：為了更加充分地利用太陽光，使太陽總是能夠精確地垂直入射在聚光電池上，尤其是對于高倍聚光系統(tǒng)，必須配備跟蹤裝置。跟蹤方法：單軸跟蹤：只在東西方向跟蹤太陽，180/天；雙軸跟蹤：東西方向和南北方向（46.90°/年

）跟蹤。跟蹤裝置：機械結構和控制部分石英晶體為振蕩源，驅動步進機構，每隔4min驅動一次，每次立軸旋轉1，每晝夜旋轉360的時鐘運動方式，進行單軸、間歇式主動跟蹤。光敏差動自動跟蹤控制器控制方式。

第八十四頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

7.光電化學太陽電池（1）光電化學太陽電池的特點1839年發(fā)現電化學體系的光效，應利用半導體-液體結制成的電池稱為光電化學電池。優(yōu)點：①形成半導體-電解質界面很方便，制造方法簡單，沒有固體器件形成p-n結和柵線時的復雜工藝，從理論上講，其轉換效率可與p-n結或金屬柵線接觸相比較；②可以直接由光能轉換成化學能，這就解決了能源儲存問題；③幾種不同能級的半導體電極可結合在一個電池內使光可以透過溶液直達勢壘區(qū)；④可以不用單晶材料而用半導體多晶薄膜，或用粉末燒結法制成電極材料。

第八十五頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

（2）光電化學太陽電池的結構與分類

①光生化學電池結構：如圖3-35所示，電池由陽極、陰極和電解質溶液組成。

圖3-35光電化學太陽電池的結構1，2-電極；3-電解質溶液第八十六頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

原理：兩個電極（電子導體）浸在電解質溶液（離子導體）中，當受到外部光照時，光被溶液中的溶質分子所吸收，引起電荷分離，在光照電極附近發(fā)生氧化還原反應，由于金屬電極和溶液分子之間的電子遷移速度差別很大而產生電流，這類電池稱為光生化學電池，也稱光伽伐尼電池，目前所能達到的光電轉換效率還很低。

第八十七頁，共157頁。3.3太陽能電池制造工藝

②半導體-電解質光電化學電池照射光被半導體電極所吸收，在半導體電極-電解質界面進行電荷分離，若電極為n型半導體，則在界面發(fā)生氧化反應，這類電池稱為半導體-電解質光電化學電池。由于在光電轉換形式上它與一般太陽電池有些類似，都是光子激發(fā)產生電子和空穴，也稱為半導體-電解質太陽電池或濕式太陽電池。但它與p-n結太陽電池不同，是利用半導體-電解質液體界面進行電荷分離而實現光電轉換的，所以也稱它為半導體-液體結太陽電池

第八十八頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝3.4.1太陽能電池組件設計—電池片組件1.太陽能電池單體——一般不直接作為電源使用太陽能電池單體是光電轉換的最小單元。（1）單體電池是由單晶硅或多晶硅材料制成，薄而脆，不能經受較大的撞擊。（2）太陽電池的電極，不能長期裸露使用，必須將太陽電池與大氣隔絕。

（3）單體硅太陽電池工作電壓低（典型值0.48V，硅材料性質決定），輸出功率?。s1W，硅材料尺寸限制）或工作電流?。?0~25mA/cm2），不滿足作為電源應用的要求。常見的太陽電池尺寸2cm2cm到15cm15cm不等，厚度約0.2mm。第八十九頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝2.太陽能電池組件設計將太陽電池單體進行串、并聯(lián)封裝后，就稱為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦、幾十瓦甚至到100～300W，是可以單獨作為電源使用的太陽能電池最小單元。太陽能電池組件再經過串、并聯(lián)裝在支架上，就構成了太陽能電池方陣，可以滿足負載所需求的輸出功率。太陽電池單體太陽電池組件太陽電池方陣第九十頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝(a)單體(b)組件(c)方陣圖3-36太陽電池的單體、組件和方陣太陽能電池的單體、組件和方陣，如圖3-36所示。第九十一頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝（1）太陽電池組件的技術要求如下:

有一定的標稱工作電壓和輸出功率；

工作壽命長，要求組件所使用的材料、零部件及結構，在使用壽命上互相一致，避免因一處損壞而使整個組件失效，對晶體硅太陽電池要求有20年以上的工作壽命；

有良好的電絕緣性；

有足夠的機械強度，能經受運輸、安裝和使用過程中發(fā)生的振動、沖擊和其他應力；

組合引起的效率損失?。?/p>

成本較低。

第九十二頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝

（2）電池組件的連接方式：串聯(lián)連接，并聯(lián)連接，串、并聯(lián)混合連接方式。制作太陽電池組件時，根據電池組件的標稱工作電壓確定單片太陽電池的串聯(lián)數；標稱的輸出功率（或工作電流）來確定太陽電池片的并聯(lián)數。

圖3-37太陽能電池的連接方式第九十三頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝多個單體電池的串聯(lián)連接，可在不改變輸出電流的情況下，使輸出電壓成比例地增加；并聯(lián)連接方式，則可在不改變輸出電壓的情況下，使輸出電流成比例地增加；而串、并聯(lián)混合連接方式，則既可增加組件的輸出電壓，又可增加組件的輸出電流。太陽電池標準組件，一般用36片（10cm10cm）串聯(lián)構成，輸出電壓約17V，正好可以對12V的蓄電池進行有效充電。

第九十四頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝

（3）太陽電池組件的板型設計圖3-3820W組件板型設計排布圖電池組件不論功率大小，一般都是由

36片、72片、54片和60片等幾種串聯(lián)形式組成。常見的排布方法有4片9片、6片6片、6片12片、6片9片和6片10片等。

第九十五頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝36片太陽電池組件設計：

【例】

要生產一塊20W的太陽能電池組件，現有單片功率為2.2～2.3W、125mm125mm單晶硅電池片，確定板型和組件尺寸。根據電池片情況，首先確定選用2.3W的電池片9片(組件功率為2.3W9＝20.7W，符合設計要求，設計時組件功率誤差在5%以內可視為合格)，并將其4等分切割成36小片，電池片排列可采用4片9片或6片6片的形式，如圖3-38所示。第九十六頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝36片太陽電池組件設計：根據板型大小，電池片與電池片中的間隙取2～3mm；一般上邊距取35～50mm；下邊距一般取20～35mm；左右邊距一般取10～20mm。這些尺寸都確定以后，就確定了玻璃的長寬尺寸。假設上述板型都按最小間隙和邊距尺寸選取，則4×9板型的玻璃尺寸長為633.5mm，取整為63.5mm，寬為276mm；66板型的玻璃尺寸長為440mm，寬為405mm。組件安裝邊框后，長寬尺寸一般要比玻璃尺寸大4～5mm，因此一般所說組件外形尺寸都是指加上邊框后的尺寸。

第九十七頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝太陽電池組件的封裝結構圖3-39玻璃殼體式太陽能電池組件示意圖1-玻璃殼體；2-硅太陽能電池；9-互連條；4-黏結劑5-襯底；6-下底板；7-邊框膠；8-電極接線柱第九十八頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝太陽電池組件的封裝結構圖3-40底盒式太陽能電池組件示意圖1-玻璃蓋板；2-硅太陽能電池；3-盒式下底板；4-黏結劑5-襯底；6-固定絕緣膠；7-電極引線；8-互連條

第九十九頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝太陽電池組件的封裝結構圖3-41平板式太陽能電池組件示意圖1-邊框；2-邊框封裝膠；3-上玻璃蓋板；4-黏結劑；5-下底板6-硅太陽能電池；7-互連條；8-引線護套；9-電極引線

第一百頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝太陽電池組件的封裝結構圖3-42全膠密封式太陽能電池組件示意圖1-硅太陽能電池；2-黏結劑；3-電極引線；4-下底板；5-互連條圖3-43太陽能電池組件結構剖面圖第一百零一頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝太陽電池組件封裝材料真空層壓封裝太陽電池，主要使用的材料有黏結劑、玻璃、Tedlar或Tedlar復合薄膜（如TPT或TPE等）、連接條、鋁框等。1.黏結劑

黏合劑是固定電池和保證與上、下蓋板密合的關鍵材料。技術要求：①在可見光范圍內具有高透光性，并抗紫外線老化；②具有一定的彈性，可緩沖不同材料間的熱脹冷縮；③具有良好的電絕緣性能和化學穩(wěn)定性，不產生有害電池的氣體和液體；④具有優(yōu)良的氣密性，能阻止外界濕氣和其它有害氣體對電池的侵蝕；⑤適合用于自動化的組件封裝。

第一百零二頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝1.黏結劑（1）環(huán)氧樹脂黏結力比較強，耐老化性能相對差，容易老化而變黃，因而會嚴重影響太陽電池的使用效果。此外，使用過程中還會由于老化導致材料脆化，這與環(huán)氧樹脂的低韌性以及在老化過程中的結構變化有關。通過對環(huán)氧樹脂進行各種改性可在一定程度上改善其耐老化性能。耐濕性差（分子間距離為50～200nm，大于水分子體積

），熱膨脹系數的影響大。封裝工藝簡單、材料成本低廉，在小型組件封裝上使用較多。第一百零三頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝1.黏結劑（2）有機硅膠具有無機材料和有機材料的許多特性，如耐高溫、耐低溫、耐老化、抗氧化、電絕緣、疏水性等。有機硅膠是彈性體；硅膠對玻璃陶瓷等無機非金屬材料的黏結牢固，對金屬黏結力也很強。封裝中使用中性硅膠。透明材料，透光率可以達到90%以上；具有低溫固化的特點，可方便表面鍍膜；有機硅膜在熱、空氣、潮氣等老化條件下，抗老化性能差。

第一百零四頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝

（3）EVA膠膜EVA是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物，標準太陽電池組件中一般要加入兩層EVA膠膜，EVA膠膜在電池片與玻璃、電池片與底板(TPT、PVF、TPE等)之間起粘接作用。

以EVA為原料，添加適宜的改性助劑等，經加熱擠出成型而制得的EVA太陽能電池膠膜在常溫時無黏性，便于裁切操作；使用時，要按加熱固化條件對太陽電池組件進行壓封裝，冷卻后即產生永久的黏合密封。EVA太陽電池膠膜性能最好，使用最廣。

第一百零五頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝（3）EVA膠膜EVA太陽電池膠膜主要性能指標:

固化條件快速型，加熱至l35℃，恒溫15～20min；慢速型，加熱至l45℃，恒溫30~40min。

厚度0.3~0.8mm；寬度：1100mm，800mm，600mm等多種規(guī)格。

太陽電池封裝用的EVA膠膜固化后的性能要求透光率大于90%；交聯(lián)度大于65%；剝離強度(N/cm)：玻璃/膠膜大于30；TPT/膠膜大于15；耐溫性：高溫80℃，低溫40℃；尺寸穩(wěn)定性較好；具有較好的耐紫外光老化性能。

第一百零六頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝2.玻璃-上蓋板材料

玻璃是覆蓋在電池正面的上蓋板材料，構成組件的最外層，它既要透光率高，又要堅固、耐風霜雨雪、能經受砂礫冰雹的沖擊，起到長期保護電池的作用。低鐵鋼化玻璃，透光率高、抗沖擊能力強和使用壽命長。

圖3-45太陽電池組件用超白玻璃光譜透過率

第一百零七頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝2.玻璃—上蓋板材料

浸蝕法減反射層“減反射玻璃”的制備工藝流程：

玻璃原片→洗滌→干燥→浸入硅酸鈉溶液→提取玻璃→低溫烘干（或自然風干）→二次化學處理→提取并烘干→檢測（透光率、反射率及膜厚）→包裝→出廠減反射玻璃透光率比原先提高4%～5%：如3mm厚玻璃光透過率由原來80%提高到85%；折射率較高的超白玻璃（含鐵量較低），光透過率可從原來86%提高到91%。

第一百零八頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝

3．背面材料—TPT(Tedlar/Polyester/Tedlar)復合膜組件底板對電池既有保護作用又有支撐作用。對底板的一般要求為：具有良好的耐氣候性能，能隔絕從背面進來的潮氣和其它有害氣體；在層壓溫度下不起任何變化；與黏結材料結合牢固。常用的底板材料為玻璃、鋁合金、有機玻璃以及PVF(或TPT)復合膜等。目前生產上較多應用的是PVF(或TPT)復合膜。

TPT復合薄膜：Tedlar厚度為38m，聚酯為75m。防潮、抗?jié)窈湍秃蛐阅軆?yōu)良，紅外反射率較高，具有高強、阻燃、耐久、自潔等特性，價高（10美元/m2）TPE（ThermoplasticElastomer

）替代TPT，熱塑性彈性體，具有硫化橡膠的物理機械性能和熱塑性塑料的工藝加工性能。價格約為TPT的1/2。第一百零九頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝

4.邊框平板式組件應有邊框，以保護組件和便于組件與方陣支架的連接固定。邊框與黏結劑構成對組件邊緣的密封。邊框材料主要有不銹鋼、鋁合金、橡膠以及塑料等。5.其它材料連接條（浸錫銅條）、電極接線盒、焊錫等。第一百一十頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝

太陽電池組件制造設備太陽電池組件制造、封裝和測試設備主要有激光劃片機、層壓機、固化爐、電池片測試臺、組件測試臺、電阻率測試儀等。較大型的太陽電池組件專業(yè)廠家設備非常齊全，如清洗玻璃、平鋪切割EVA、太陽電池焊接等都有專門的設備。第一百一十一頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝

太陽電池組件制造設備

RDCY-Z-4B全自動層壓機1、四柱液壓起升并配有液壓鎖裝置；2、上箱帶有高溫布循環(huán)系統(tǒng)并配有自動清洗功能；3、層壓機C級不銹鋼多輥結構并配有多檔冷卻裝置；4、平板電腦觸摸顯示屏及windows操作系統(tǒng)，具有存儲信息量大等特點。第一百一十二頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝

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層壓機第一百一十三頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝

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層壓機第一百一十四頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝

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自動組角裝框機第一百一十五頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝

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標準模組的裝框架構第一百一十六頁，共157頁。3.4太陽能電池組件的封裝

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組件封裝生產線第一百一十