太陽能電池原理及生產(chǎn)

1、太陽能電池太陽能電池主要內(nèi)容 太陽能電池的發(fā)展歷史 太陽能電池市場狀況及趨勢 太陽能電池定義和分類 太陽能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理 太陽能電池的生產(chǎn)工藝 太陽能電池的應(yīng)用 1.太陽能電池的發(fā)展歷史 1954 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(yīng)用于空間技術(shù)。當(dāng)時太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率為8 8。19731973年世界爆發(fā)石油危機(jī)，從此之后，人們普遍對于太陽能電池關(guān)注，近1010幾年來，隨著世界能源短缺和環(huán)境污染等問題日趨嚴(yán)重，太陽能電池的清潔性、安全性、長壽命，免維護(hù)以及資源可再生性等優(yōu)點更加顯現(xiàn)。一些發(fā)達(dá)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，

2、為太陽能電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了良好的發(fā)展機(jī)遇和巨大的市場空間，太陽能電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)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(shè)備業(yè)的發(fā)展。在1997199720062006年的1010年中，世界光伏產(chǎn)業(yè)擴(kuò)大了2020倍，今后1010年世界光伏產(chǎn)業(yè)仍以每年3030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(biāo)燈問世，美國RCA發(fā)明Ga As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(zhuǎn)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(xiàn)并網(wǎng)運行。 1974 突破反

3、射絨面技術(shù)，硅太陽能電池效率達(dá)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(dá)到20多晶硅為14.5，Ga As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Ga As太陽能電池問世，效率達(dá)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(dá)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(chǎn)量達(dá)287MW，歐洲計劃2010年生產(chǎn)60億瓦光伏電池并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及工作原理光伏航標(biāo)燈2.

4、太陽能電池市場狀況及趨勢2.1 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(chǎn)的主導(dǎo)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(jì)80年代初開始商業(yè)化生產(chǎn)，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(jì)80年代中期開始商業(yè)化生產(chǎn)，市場份額增加緩慢，除技術(shù)因素外，人們對Cd的毒性的疑慮也是原因之一。 CIS電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程比較緩慢，原因是生產(chǎn)過程中化學(xué)劑量比難以控制，大面積均勻性和重復(fù)性較差。2.2太陽電池的未來發(fā)展趨勢 2.2.1 商業(yè)化趨勢 1998年以前，單晶硅電池占市場主導(dǎo)地位，其次是多晶硅電池。 從1998年

5、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(chǎn)，市場份額增加緩慢，Cd的毒性是原因之一； CIS電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程比較緩慢，生產(chǎn)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20012001、20022002年各種電池的市場份額和開始商業(yè)化時間. .電池技術(shù)市場份額 %商業(yè)化時間單晶硅35.1329.46 70初(地面應(yīng)用)多晶硅47.3354.44 70年代末非晶硅8.625.580年代初A-Si/c-Si(n)4.615.990年代末帶硅3

6、.483.380年代中薄硅/陶瓷0.260.390年代中CdTe0.390.380年代中CIS0.18/00年代初2001、2002年太陽電池的產(chǎn)量及份額 2001 2002 mc-Si 184.85 47.33% 278.9 54.44% Sc-Si 137.18 35.13% 150.91 29.46% a-Si 33.68 8.62% 28.01 5.5% a-Si/Cz 18.0 4.61% 30.0 5.9% RibbonSi 13.6 3.48 % 16.9 3.3% CdTe 1.53 0.39% 1.6 0.3% CIS 0.7 0.18% - Si/LCS 1.0 0.26%

7、 1.7 0.3% C-Si/Sc-Si 3.7 0.7% 2.2.2 技術(shù)發(fā)展趨勢2.2.2.1 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(chǔ)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(chǎn)業(yè)化技術(shù) 硅基薄膜電池研究開發(fā)方向：晶硅電池: 提高電池/組件效率高效鈍化技術(shù)：TiO2，SiNx, H、SiO2, a-Si 。高效陷光技術(shù)：減反射，表面織構(gòu)化，背反射等，選擇性發(fā)射區(qū)(前)，背表面場(BSF)，細(xì)柵或者單面技術(shù)， 高效封裝技術(shù)最佳封裝材料的折射率等。簡化、改進(jìn)工藝自動化、環(huán)保、低成本； 如硅片薄化及其工藝

8、， 材料的國產(chǎn)化和提高性能； 硅基薄膜電池 低溫過程(PECVD) 900,多晶硅基薄膜電池，廉價襯底； 2.2.2.2 2.2.2.2 化合物電池 CIGS CIGS 電池：提高效率，大面積重復(fù)性，S S代SeSe CdTe CdTe電池：提高效率，大面積重復(fù)性 GratzelGratzel電池 高效染料，固體或準(zhǔn)固態(tài)電 解質(zhì)，提高效率，大面積重復(fù)性 有機(jī)電池 高效電子受體 和給體以及材料，提高效率 3.3.新型概念電池：量子點、量子阱電池，中間帶 光伏電池，帶隙遞變迭層電池等，尚處在理論探索、概念研究和驗證階段。3.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(yīng)把光

9、能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷?。它是太陽能光伏發(fā)電的基礎(chǔ)和核心。太陽能電池分類按結(jié)構(gòu)分類同質(zhì)結(jié)太陽電池異質(zhì)結(jié)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(jī)化合物太陽電池塑料太陽電池?zé)o機(jī)化合物半導(dǎo)體太陽電池按光電轉(zhuǎn)換機(jī)理傳統(tǒng)太陽電池激子太陽電池4.太陽能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理太陽能電池的結(jié)構(gòu)太陽能電池發(fā)電原理5.太陽能電池的生產(chǎn)工藝導(dǎo)電玻璃 膜切割 清洗 檢測 鍍鋁電極 沉積PN結(jié)老化 檢測 封裝 成品檢測太陽能電池組件生產(chǎn)工藝 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

10、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。 流程： 1 1、電池檢測22、正面焊接并檢驗33、背面串接并檢驗44、敷設(shè)（玻璃清洗、材料切割、玻璃預(yù)處理、敷設(shè)）55、層壓66、去毛邊（去邊、清洗）77、裝邊框（涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠）88、焊接接線盒99、高壓測試1010、組件測試外觀檢驗1111、包裝入庫工藝簡介 電池測試：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；電池測試即通過測試電池的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對其進(jìn)行分類。以提高電池的利用率，做

11、出質(zhì)量合格的電池組件。 正面焊接：是將匯流帶焊接到電池正面（負(fù)極）的主柵線上，匯流帶為鍍錫的銅帶，我們使用的焊接機(jī)可以將焊帶以多點的形式點焊在主柵線上。焊接用的熱源為一個紅外燈（利用紅外線的熱效應(yīng)）。焊帶的長度約為電池邊長的2 2倍。多出的焊帶在背面焊接時與后面的電池片的背面電極相連 背面串接：背面焊接是將36片電池串接在一起形成一個組件串，我們目前采用的工藝是手動的，電池的定位主要靠一個膜具板，上面有36個放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對應(yīng)，槽的位置已經(jīng)設(shè)計好，不同規(guī)格的組件使用不同的模板，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）

12、上，這樣依次將36片串接在一起并在組件串的正負(fù)極焊接出引線。 層壓敷設(shè)：背面串接好且經(jīng)過檢驗合格后，將組件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纖維、背板按照一定的層次敷設(shè)好，準(zhǔn)備層壓。玻璃事先涂一層試劑（primer）以增加玻璃和EVA的粘接強(qiáng)度。敷設(shè)時保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調(diào)整好電池間的距離，為層壓打好基礎(chǔ)。（敷設(shè)層次：由下向上：玻璃、EVA、電池、EVA、玻璃纖維、背板）。 組件層壓：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EVAEVA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，層壓溫度層壓時間根據(jù)EVAEVA的性質(zhì)

13、決定。我們使用快速固化EVAEVA時，層壓循環(huán)時間約為2525分鐘。固化溫度為150150。 修邊：層壓時EVAEVA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。 裝框：類似與給玻璃裝一個鏡框；給玻璃組件裝鋁框，增加組件的強(qiáng)度，進(jìn)一步的密封電池組件，延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填充。各邊框間用角鍵連接。 焊接接線盒：在組件背面引線處焊接一個盒子，以利于電池與其他設(shè)備或電池間的連接。 高壓測試：高壓測試是指在組件邊框和電極引線間施加一定的電壓，測試組件的耐壓性和絕緣強(qiáng)度，以保證組件在惡劣的自然條件（雷擊等）下不被損壞。 組件測試：測試的目的是對電池的輸出功

14、率進(jìn)行標(biāo)定，測試其輸出特性，確定組件的質(zhì)量等級。 組件高效和高壽命如何保證： 高轉(zhuǎn)換效率、高質(zhì)量的電池片 ； 高質(zhì)量的原材料，例如：高的交聯(lián)度的EVAEVA、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)度的鋼化玻璃等； 合理的封裝工藝 員工嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)； 由于太陽電池屬于高科技產(chǎn)品，生產(chǎn)過程中一些細(xì)節(jié)問題，一些不起眼問題如應(yīng)該戴手套而不戴、應(yīng)該均勻的涂刷試劑而潦草完事等都是影響產(chǎn)品質(zhì)量的大敵，所以除了制定合理的制作工藝外，員工的認(rèn)真和嚴(yán)謹(jǐn)是非常重要的。6.6.太陽能電池的應(yīng)用 上世紀(jì)6060年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽電池應(yīng)用于空間技術(shù)通信衛(wèi)星供電，上世紀(jì)末，在人類不斷自我反省的過程中，

15、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(yīng)用，在眾多領(lǐng)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(hù)、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、城鎮(zhèn)中路標(biāo)、高速公路路標(biāo)等。歐美等先進(jìn)國家將光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)及邊遠(yuǎn)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(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢 用戶太陽能電源1.1.小型電源10-100W10-100W不等，用于邊遠(yuǎn)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(jī)等 太陽能電源 太陽能逆變器2. 3-5KW2. 3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；3.3.光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉 交通領(lǐng)域 如航標(biāo)燈、交通/ /鐵路信號燈、交通警示/ /標(biāo)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(lǐng)域 太陽能無人值