太陽能電池板及其工作原理

1、太陽能電池板及其工作原理性能及特點(diǎn)：太陽能電池分為單晶硅太陽電池鞏固耐用,使用壽命一般可達(dá)20年.光電轉(zhuǎn)換效率為15%.多晶硅太陽電池其光電轉(zhuǎn)換效率 約14.5%,材料制造簡便,節(jié)約電耗,總的生產(chǎn)本錢較低非晶硅太陽 電池.非晶硅太陽能電池其光電轉(zhuǎn)換率為10%,本錢低,重量輕, 應(yīng)用方便.螞伴型號1 .標(biāo)稱功率c in峰值電壓f V)峰值電漆(Q( mm )重量t kg JTM-10OFIIIL2O17.5B. S610.T1OU17.55. 71YM-0OMIEO17 E4.ET1200X520X407 57517 54.29sa17.52.TT1-25FXII源17, 51.43T31 *央

2、3區(qū)第2.6SCI1T.51 14594343X232. 1YT1-1OFIII1017 5 .5T1 5太陽能發(fā)電原理:太陽能不象煤和石油一樣用交通工具進(jìn)行運(yùn)輸,而是應(yīng)用光學(xué)原理,通過光的反射和折射進(jìn)行直接傳輸,或者將太陽能轉(zhuǎn)換成其它形式的能量進(jìn)行間接傳輸. 直接傳輸適用于較短距離.根本上有三種方法:根本上有三種方法：通過反射鏡及其它光學(xué)元件組合,改變陽光的傳播方向,到達(dá)用能地點(diǎn)；通過光導(dǎo)纖維,可以將入射在其一端的陽光傳輸?shù)搅硪欢?傳輸時(shí)光導(dǎo)纖維可任意彎曲；采用外表鍍有高反學(xué)習(xí)文檔僅供參考 射涂層的光導(dǎo)管,通過反射可以將陽光導(dǎo)入室內(nèi).間接傳輸適用于各 種不同距離.將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能,通過熱管

3、可將太陽能傳輸?shù)绞覂?nèi)； 將太陽能轉(zhuǎn)換為氫能或其它載能化學(xué)材料,通過車輛或管道等可輸送 到用能地點(diǎn)；空間電站將太陽能轉(zhuǎn)換為電能,通過微波或激光將電能 傳輸?shù)降孛?太陽能的光電轉(zhuǎn)換是指太陽的輻射能光子通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡?能的過程,通常叫做"光生伏打效應(yīng)太陽電池就是利用這種效應(yīng)制成 的.當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體上時(shí),其中一局部被外表反射掉,其余部 分被半導(dǎo)體吸收或透過.被吸收的光,當(dāng)然有一些變成熱,另一些光 子那么同組成半導(dǎo)體的原子價(jià)電子碰撞,于是產(chǎn)生電子 -空穴對.這樣, 光能就以產(chǎn)生電子-空穴對的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?、如果半?dǎo)體內(nèi)存在 P- n結(jié),那么在P型和n型交界面兩邊形成勢壘電場,能將

4、電子驅(qū)向n區(qū), 空穴驅(qū)向P區(qū),從而使得n區(qū)有過剩的電子,P區(qū)有過剩的空穴,在 P-n結(jié)附近形成與勢壘電場方向相反光的生電場.光生電場的一局部 除抵銷勢壘電場外,還使 P型層帶正電,n型層帶負(fù)電,在n區(qū)與p 區(qū)之間的薄層產(chǎn)生所謂光生伏打電動勢. 假設(shè)分別在P型層和n型層 焊上金屬引線,接通負(fù)載,那么外電路便有電流通過.如此形成的一個(gè) 個(gè)電池元件,把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來,就能產(chǎn)生一定的電壓和電流, 輸出功率.太陽能發(fā)電原理圖如下:學(xué)習(xí)文檔僅供參考教你制作太陽能電池第一步:制作二氧化鈦膜(1)先把二氧化鈦粉末放入研缽中與粘合劑進(jìn)行研磨(2)接著用玻璃棒緩慢地在導(dǎo)電玻璃上進(jìn)行涂膜學(xué)習(xí)文檔僅供參考(3)把

5、二氧化鈦膜放入酒精燈下燒結(jié)1015分鐘,然后冷卻第二步：利用天然染料為二氧化鈦著色如下列圖,把新鮮的或冰凍的黑梅、山梅、石榴籽或紅茶,加一湯匙的水并進(jìn)行擠壓,然后把二氧化鈦膜放進(jìn)去進(jìn)行著色,大約需要5分鐘,直到膜層變成深紫色,如果膜層兩面著色的不均勻,可以再放進(jìn)去浸泡5分鐘,然后用乙醇沖洗,并用柔軟的紙輕輕地擦干.第三步：制作正電極學(xué)習(xí)文檔僅供參考由染料著色的TiO2為電子流出的一極即負(fù)極.正電極可由導(dǎo) 電玻璃的導(dǎo)電面涂有導(dǎo)電的 SnO2膜層構(gòu)成,利用一個(gè)簡單的萬用表就可以判斷玻璃的哪一面是可以導(dǎo)電的, 利用手指也可以做出判斷,導(dǎo)電面較為粗糙.如下列圖,把非導(dǎo)電面標(biāo)上'+,'然

6、后用鉛筆在導(dǎo)電面上均勻地涂上一層石墨.第四步：參加電解質(zhì)利用含碘離子的溶液作為太陽能電池的電解質(zhì),它主要用于復(fù)原和再生染料.如下列圖,在二氧化鈦膜外表上滴加一到兩滴電解質(zhì)即可.第五步：組裝電池把著色后的二氧化鈦膜面朝上放在桌上,在膜上面滴一到兩滴含 碘和碘離子的電解質(zhì),然后把正電極的導(dǎo)電面朝下壓在二氧化鈦膜 上.把兩片玻璃稍微錯(cuò)開,用兩個(gè)夾子把電池夾住,兩片玻璃暴露在外面的局部用以連接導(dǎo)線.這樣,你的太陽能電池就做成了.學(xué)習(xí)文檔僅供參考第六步：電池的測試在室外太陽光下,檢測你的太陽能電池是否可以產(chǎn)生電流多晶硅太陽能電池制作工藝眾所周知,利用太陽能有許多優(yōu)點(diǎn),光伏發(fā)電將為人類提供主要 的能源,但

7、目前來講,要使太陽能發(fā)電具有較大的市場,被廣闊的消 費(fèi)者接受,提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,降低生產(chǎn)本錢應(yīng)該是我 們追求的最大目標(biāo).從目前國際太陽能電池的開展過程可以看出其發(fā) 展趨勢為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料包括微晶硅基薄膜、 化合物基薄膜及染料薄膜.從工業(yè)化開展來看,重心已由單晶向多 晶方向開展,主要原由于：1可供應(yīng)太陽能電池的頭尾料愈來愈少； 2對太陽能電池來講,方形基片更合算,通過澆鑄法和直接凝固法 所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料；3多晶硅的生產(chǎn)工藝不斷取 得進(jìn)展,全自動澆鑄爐每生產(chǎn)周期50小時(shí)可生產(chǎn)200公斤以上學(xué)習(xí)文檔僅供參考的硅錠,晶粒的尺寸到達(dá)厘米級；4由于近十年單晶硅

8、工藝的研究 與開展很快,其中工藝也被應(yīng)用于多晶硅電池的生產(chǎn),例如選擇腐蝕發(fā)射結(jié)、背外表場、腐蝕絨面、外表和體鈍化、細(xì)金屬柵電極,采用 絲網(wǎng)印刷技術(shù)可使柵電極的寬度降低到 50微米,高度到達(dá)15微米 以上,快速熱退火技術(shù)用于多晶硅的生產(chǎn)可大大縮短工藝時(shí)間,單片熱工序時(shí)間可在一分鐘之內(nèi)完成,采用該工藝在100平方厘米的多晶硅片上作出的電池轉(zhuǎn)換效率超過 14%.據(jù)報(bào)道,目前在5060 微米多晶硅襯底上制作的電池效率超過 16%,利用機(jī)械刻梢、絲網(wǎng) 印刷技術(shù)在100平方厘米多晶上效率超過17%,無機(jī)械刻梢在同樣 面積上效率到達(dá)16%,采用埋柵結(jié)構(gòu),機(jī)械刻梢在130平方厘米的 多晶上電池效率到達(dá)15.8

9、 %.下面從兩個(gè)方面對多晶硅電池的工藝技術(shù)進(jìn)行討論：1.實(shí)驗(yàn)室高效電池工藝實(shí)驗(yàn)室技術(shù)通常不考慮電池制作的本錢和是否可以大規(guī)?；a(chǎn),僅僅研究到達(dá)最高效率的方法和途徑,提供特定材料和工藝所能夠到達(dá)的極限.學(xué)習(xí)文檔僅供參考對于光吸收主要是: 1降低外表反射；2改變光在電池體內(nèi)的路徑；3采用反面反射.對于單晶硅,應(yīng)用各向異性化學(xué)腐蝕的方法可在100外表制作金 字塔狀的絨面結(jié)構(gòu),降低外表光反射.但多晶硅晶向偏離100面, 采用上面的方法無法作出均勻的絨面,目前采用以下方法：1激光刻梢用激光刻梢的方法可在多晶硅外表制作倒金字塔結(jié)構(gòu),在500900nm光譜范圍內(nèi),反射率為46%,與外表制作雙層減反射膜相當(dāng)

10、, 而在100面單晶硅化學(xué)制作絨面的反射率為 11 %.用激光制作 絨面比在光滑面鍍雙層減反射膜層 ZnS/MgF2電池的短路電流要 提升4 %左右,這主要是長波光波長大于 800nm斜射進(jìn)入電池 的原因.激光制作絨面存在的問題是在刻蝕中, 外表造成損傷同時(shí)引 入一些雜質(zhì),要通過化學(xué)處理去除外表損傷層. 該方法所作的太陽電 池通常短路電流較高,但開路電壓不太高,主要原因是電池外表積增 力口,引起復(fù)合電流提升.2化學(xué)刻梢學(xué)習(xí)文檔僅供參考應(yīng)用掩膜Si3N4或SiO2各向同性腐蝕,腐蝕液可為酸性腐蝕液, 也可為濃度較高的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液,該方法無法形成各向異 性腐蝕所形成的那種尖錐狀結(jié)構(gòu).據(jù)報(bào)

11、道,該方法所形成的絨面對7001030微米光譜范圍有明顯的減反射作用.但掩膜層一般要在較 高的溫度下形成,引起多晶硅材料性能下降,特別對質(zhì)量較低的多晶 材料,少子壽命縮短.應(yīng)用該工藝在 225cm2的多晶硅上所作電池的轉(zhuǎn)換效率到達(dá)16.4%.掩膜層也可用絲網(wǎng)印刷的方法形成.3反響離子腐蝕RIE該方法為一種無掩膜腐蝕工藝,所形成的絨面反射率特別低,在 45 01000微米光譜范圍的反射率可小于 2%.僅從光學(xué)的角度來看, 是一種理想的方法,但存在的問題是硅外表損傷嚴(yán)重,電池的開路電 壓和填充因子出現(xiàn)下降.4制作減反射膜層對于高效太陽電池,最常用和最有效的方法是蒸鍍ZnS/MgF2 雙層減反射膜,

12、具最正確厚度取決于下面氧化層的厚度和電池外表的特 征,例如,外表是光滑面還是絨面,減反射工藝也有蒸鍍Ta2O5,PECVD沉積Si3N3等,ZnO導(dǎo)電膜也可作為減反材料.學(xué)習(xí)文檔僅供參考 在高效電池的制作中,金屬化電極必須與電池的設(shè)計(jì)參數(shù), 如外表摻 雜濃度、PN結(jié)深,金屬材料相匹配.實(shí)驗(yàn)室電池一般面積比擬小面 積小于4cm2,所以需要細(xì)金屬柵線小于10微米,一般采用 的方法為光刻、電子束蒸發(fā)、電子鍍.工業(yè)化大生產(chǎn)中也使用電鍍工藝,但蒸發(fā)和光刻結(jié)合使用時(shí),不屬于低本錢工藝技術(shù).1電子束蒸發(fā)和電鍍通常,應(yīng)用正膠剝離工藝,蒸鍍 Ti/Pa/Ag多層金屬電極,要減小金 屬電極所引起的串聯(lián)電阻,往往需

13、要金屬層比擬厚810微米, 缺點(diǎn)是電子束蒸發(fā)造成硅外表/鈍化層介面損傷,使外表復(fù)合提升. 因此,工藝中,采用短時(shí)蒸發(fā)Ti/Pa層,在蒸發(fā)銀層的工藝.另一個(gè) 問題是金屬與硅接觸面較大時(shí),必將導(dǎo)致少子復(fù)合速度提升,工藝中, 采用了隧道結(jié)接觸的方法,在硅和金屬成間形成一個(gè)較薄的氧化層 一般厚度為20微米左右應(yīng)用功函數(shù)較低的金屬如鈦等可在硅 外表感應(yīng)一個(gè)穩(wěn)定的電子積累層也可引入固定正電荷加深反型.另 外一種方法是在鈍化層上開出小窗口小于2微米,再淀積較寬的金屬柵線通常為10微米,形成mushroom like狀電極,用 該方法在4cm2 Mc-Si上電池的轉(zhuǎn)換效率到達(dá)17.3 %.目前,在機(jī)械刻梢外表

14、也運(yùn)用了 Shallow angle oblique 技術(shù).1.3 PN結(jié)的形成技術(shù)1發(fā)射區(qū)形成和磷吸雜學(xué)習(xí)文檔僅供參考對于高效太陽能電池,發(fā)射區(qū)的形成一般采用選擇擴(kuò)散,在金屬電極 下方形成重雜質(zhì)區(qū)域而在電極間實(shí)現(xiàn)淺濃度擴(kuò)散,發(fā)射區(qū)的淺濃度擴(kuò)散即增強(qiáng)了電池對藍(lán)光的響應(yīng),又使硅外表易于鈍化.擴(kuò)散的方法有 兩步擴(kuò)散工藝、擴(kuò)散加腐蝕工藝和掩埋擴(kuò)散工藝,目前采用選擇擴(kuò)散, 150mmX 150mm 電池轉(zhuǎn)換效率到達(dá)16.4% , n+、n+區(qū)域的外 表方塊電阻分別為20Q和80Q .對于Mc-Si材料,擴(kuò)磷吸雜對電池的影響得到廣泛的研究,較長時(shí) 間的磷吸雜過程一般34小時(shí),可使一些Mc-Si的少子擴(kuò)散

15、長 度提升兩個(gè)數(shù)量級.在對襯底濃度對吸雜效應(yīng)的研究中發(fā)現(xiàn), 即便對 高濃度的襯第材料,經(jīng)吸雜也能夠獲得較大的少子擴(kuò)散長度大于 200微米,電池的開路電壓大于 638mv,轉(zhuǎn)換效率超過17%.2背外表場的形成及鋁吸雜技術(shù)在Mc-Si電池中,背p+p結(jié)由均勻擴(kuò)散鋁或硼形成,硼源一般為 B N、BBr、APCVD SiO2 : B2O8等,鋁擴(kuò)散為蒸發(fā)或絲網(wǎng)印刷鋁, 800度下燒結(jié)所完成,對鋁吸雜的作用也開展了大量的研究, 與磷擴(kuò) 散吸雜不同,鋁吸雜在相對較低的溫度下進(jìn)行. 其中體缺陷也參與了 雜質(zhì)的溶解和沉積,而在較高溫度下,沉積的雜質(zhì)易于溶解進(jìn)入硅中, 對Mc-Si產(chǎn)生不利的影響.到目前為至,區(qū)

16、域背場已應(yīng)用于單晶硅電池工藝中,但在多晶硅中,還是應(yīng)用全鋁背外表場結(jié)構(gòu).學(xué)習(xí)文檔僅供參考3雙面Mc-Si電池Mc-Si雙面電池其正面為常規(guī)結(jié)構(gòu),反面為N+和P +相互交叉的結(jié) 構(gòu),這樣,正面光照產(chǎn)生的但位于反面附近的光生少子可由背電極有 效吸收.背電極作為對正面電極的有效補(bǔ)充, 也作為一個(gè)獨(dú)立的栽流 子收集器對反面光照和散射光產(chǎn)生作用, 據(jù)報(bào)道,在AM1.5條件下,轉(zhuǎn)換效率超過19%.1.4 外表和體鈍化技術(shù)對于Mc-Si ,因存在較高的晶界、點(diǎn)缺陷空位、填隙原子、金屬雜 質(zhì)、氧、氮及他們的復(fù)合物對材料外表和體內(nèi)缺陷的鈍化尤為重要, 除前面提到的吸雜技術(shù)外,鈍化工藝有多種方法,通過熱氧化使硅懸

17、 掛鍵飽和是一種比擬常用的方法,可使 Si-SiO2界面的復(fù)合速度大 大下降,其鈍化效果取決于發(fā)射區(qū)的外表濃度、界面態(tài)密度和電子、空穴的浮獲截面,在氫氣氛中退火可使鈍化效果更加明顯.采用 PECVD淀積氮化硅近期正面十分有效,由于在成膜的過程中具有加氫 的效果,該工藝也可應(yīng)用于規(guī)?；a(chǎn)中,應(yīng)用 Remote PECVDSi3N4可使外表復(fù)合速度小于20cm/s.2 .工業(yè)化電池工藝學(xué)習(xí)文檔僅供參考太陽電池從研究室走向工廠,實(shí)驗(yàn)研究走向規(guī)?；a(chǎn)是其開展的道 路,所以能夠到達(dá)工業(yè)化生產(chǎn)的特征應(yīng)該是：1電池的制作工藝能夠滿足流水線作業(yè)；2能夠大規(guī)模、現(xiàn)代化生產(chǎn)；3到達(dá)高效、低本錢.當(dāng)然,其主要目

18、標(biāo)是降低太陽電池的生產(chǎn)本錢,目前多晶硅電池的主要開展方向朝著大面積、薄襯底,例如,市場上可見到125m由 125mm、150mmX 150mm 甚至更大規(guī)模的單片電池, 厚度從原來 的300微米減小到目前的250、200及200微米以下,效率得到大 幅度的提升.日本京磁Kyocera公司150mr 150mm 的電池 小批量生產(chǎn)的光電轉(zhuǎn)換效率到達(dá) 17.1% ,該公司1998年的生產(chǎn)量 到達(dá) 25.4MW .絲網(wǎng)印刷及其相關(guān)技術(shù)多晶硅電池的規(guī)?；a(chǎn)中廣泛使用了絲網(wǎng)印刷工藝,該工藝可用于擴(kuò)散源的印刷、正面金屬電極、背接觸電極,減反射膜層等,隨著絲 網(wǎng)材料的改善和工藝水平的提升,絲網(wǎng)印刷工藝在太

19、陽電池的生產(chǎn)中 將會得到更加普遍的應(yīng)用.學(xué)習(xí)文檔僅供參考 利用絲網(wǎng)印刷形成PN結(jié),代替常規(guī)的管式爐擴(kuò)散工藝.一般在多晶 硅的正面印刷含磷的漿料、在反面印刷含鋁的金屬漿料,印刷完成后, 擴(kuò)散可在網(wǎng)帶爐中完成通常溫度在 900度,這樣,印刷、烘干、 擴(kuò)散可形成連續(xù)性生產(chǎn).絲網(wǎng)印刷擴(kuò)散技術(shù)所形成的發(fā)射區(qū)通常外表 濃度比擬高,那么外表光生載流子復(fù)合較大,為了克服這一缺點(diǎn),工藝 上采用了下面的選擇發(fā)射區(qū)工藝技術(shù),使電池的轉(zhuǎn)換效率得到進(jìn)一步 的提升.在多晶硅電池的擴(kuò)散工藝中,選擇發(fā)射區(qū)技術(shù)分為局部腐蝕或兩步擴(kuò) 散法.局部腐蝕為用干法例如反響離子腐蝕或化學(xué)腐蝕的方法, 將金屬電極之間區(qū)域的重?cái)U(kuò)散層腐蝕掉.最初,Solarex應(yīng)用反響離 子腐蝕的方法在同一臺設(shè)備中,先用大反響功率腐蝕掉金屬電極間的 重?fù)诫s層,再用小功率沉積一層氮化硅薄膜,該膜層發(fā)揮減反射和電 池外表鈍化的雙重作用.在100cm2的多晶上作出轉(zhuǎn)換效率超過1 3%的電池.在同樣面積上,應(yīng)用兩部擴(kuò)散法,未作機(jī)械絨面的情況 下轉(zhuǎn)換效率到達(dá)16%.背PN結(jié)通常由絲網(wǎng)印刷A漿料并在網(wǎng)帶爐中熱退火后形成,該工藝 在形成背外表結(jié)的同時(shí),對多晶硅中的雜質(zhì)具有良好的吸除作用, 鋁 吸雜過程一般在高