1、多晶硅太陽能電池介紹Part One太 陽 能 電 池 簡 介01太陽能電池利用半導體材料的電子特性，把光能直接轉換為電能。太陽能電池是指利用太陽光的能量發電的電磁種類。相對于普通電池和可循環充電電池來說，太陽能電池屬于更節能環保的綠色產品。Part Two太 陽 能 電 池 基 本 原 理02太陽能電池是由電性質不同的n型半導體和p型半導體連接合成，一邊是p區,一邊是 n 區，在兩個相互接觸的界面附近形成一個結叫p - n結，結區內形成內建電場，成為電荷運動的勢壘。當太陽光入射到太陽電池表面上后,所吸收得能量大于禁帶寬度，在p-n結中產生電子-空穴對，在p-n結內建電場作用下，空穴向p區移動

2、，電子向n區移動，從而在p區形成空穴積累，在n區形成電子積累。若電路閉合，形成電流。太 陽 能 電 池 結 構太 陽 能 電 池 結 構1、無機太陽能電池2、有機太陽能電池3、光化學太陽能電池太陽能電池分類1、無機太陽能電池2、有機太陽能電池3、光化學太陽能電池太陽能電池分類薄膜塊狀多晶硅單晶硅化合物半導體薄膜型硅薄膜型非晶硅多晶硅碲化鎘砷化鎵銅銦鎵硒1、光化學太陽能電池 光化學電池是通過光的催化作用促進電池的正負極反生電化學反應生成電。而太陽電池正負極之間沒有化學反應，只是光激發電子和空穴的產生，經過外電路后，電子與空穴復合。2、有機化合物太陽能電池 以酞菁、卟啉、苝、葉綠素等為基體材料的太

3、陽能電池。如有機PN結太陽能電池，有機肖特基太陽能電池等。 如聚乙烯太陽能電池、共軛聚合物/C60復合體系太陽能電池等。 3、無機化合物太陽能電池(1)薄膜太陽能電池 指利用薄膜技術將很薄的半導體光電材料鋪在非半導體的村底上面構成的光伏電池。這種電池可大大地減少半導體材料的消耗（薄膜厚度以m計）從而大大地降低了光伏電池的成本。 可用于構成薄膜光伏電池的材料有很多種主要包括多晶硅、非晶硅、碲化鎘以及CIGS等。 (2)單晶硅物太陽能電池 單晶硅是硅的單晶體，具有基本完整的點陣結構的晶體,晶體排列整齊，可以由多晶硅熔煉而來。單晶硅太陽能電池的光電轉換效率比多晶硅高，光電轉換效率為17%左右，最高的

4、達到24，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的，單晶硅使用壽命使用壽命最高可達25年。(3)多晶硅太陽能電池 熔融的單質硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶硅。由于結構特點，轉換效率較略低，約為15%，從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡便，節約電耗，總的生產成本較低，因此得到大量發展。多晶硅電池的結構和多晶硅工藝02Part Two多晶硅太陽能電池板構成及各部分功能：總體結構圖（1）鋼化玻璃其作用為保護發電主體（電池片），且透光率高，延長電池片壽命（2） EVA（乙烯-

5、醋酸乙烯共聚物）：用來粘結固定鋼化玻璃和發電主體（如電池片）。（透明EVA材質的優劣直接影響到組件的壽命，暴露在空氣中的EVA易老化發黃，（3）多晶硅太陽能電池板：是多晶硅太陽能電池板的主體，主要作用就是發電。（4） 背板：作用是用來密封、絕緣、防水。（5）接線盒：其作用是保護整個發電系統，起到電流中轉站的作用。（6） 鋁合金：保護層壓件，起一定的密封、支撐作用。（7） 硅膠：密封作用。目前，在工業中以及試驗中主要的技術有：高純多晶硅硅料主要生產方法三氯氫硅氫還原法（改良西門子法）硅烷法流化床法經過化學提純得到的高純多晶硅的基硼濃度應小于0.05ppba(十億分之一原子比)，基磷濃度小于0.1

6、5ppba，金屬雜質濃度小于1.0ppba。冶金法三氯氫硅氫還原法于1954年由西門子公司研究成功，因此又稱為西門子法。主要化學反應主要包括以下2個步驟：1、三氯氫硅（ ）的合成；2、高純硅料的生產：西門子法3iS HCI323iiSHCIS HCIH323iiS HCIHSHCI問題：副產品HCl 污染大，產物無法得到有效利用改良西門子法多晶硅制備工藝原理圖改良西門子法工業硅硅粉氯氣氯化氫合成三氯氫硅合成氯化氫氣體三氯氫硅提純干法回收四氯化硅氫化三氯氫硅三氯氫硅多晶硅還原還原尾氣氫氣氫氣西門子法改進能耗比較050100150200250改良西門子法硅烷法流化床冶金法能耗/Kw*h/kg改良西

7、門子法20018016012010070050100150200250能耗/KW.h/kg改良西門子法不斷改進，能耗不斷下降，目前，國外先進工藝可達70KW.h/kg幾種制備方法的比較方法方法原料原料 產品用途產品用途副產品副產品/ /環環境是否有境是否有害害優點優點缺點缺點改良西門子法（產量占全球80%以上）三氯氫硅太陽能級，電子級無污染最為成熟、最容易擴建的工藝相比較，能耗較高硅烷法（產量占全球12%左右）硅烷電子級，太陽能級氫氣/基本無害成本低，環境友好硅烷氣體無腐蝕性，熱分解率高，產品純度高，產量高硅烷氣體是一種易燃易爆的氣體，對系統的氣密性要求較高，所以系統的硬件建設標準要求較高。冶

8、金法（國內實驗狀態）冶金硅太陽能級氫氣/基本無害成本低、建設周期短、無化學污染純度問題是致命傷流化床法（國內實驗狀態）硅烷，三氯氫硅太陽能級少/基本無害能耗低，單臺設備生產量大(一般可以達到年產500 噸以上)設備復雜，維護費用高，需要解決爐內熱損失，爐壁重金屬污染等問題改良西門子法依然“綜合素質”最優的多晶硅生產工藝，短時間內被其他工藝替代的可能很小。四大多晶硅供應商（保利協鑫、德國Wacker、美國Hemlock、韓國OCI）03Part Three多晶硅太陽能電池制備工藝一次清洗擴散濕法刻蝕鍍氮化硅絲網印刷燒結測試工藝流程多晶硅片單片電池一次清洗工序 主要目的是去除硅片表面的臟污和機械損

9、傷層，在硅片表面形成絨面結構（俗稱制絨），增強太陽能電池的陷光作用，即減弱太陽能電池的反射。主要工藝：化學腐蝕法，電化學腐蝕，反應離子刻蝕法，激光刻蝕陷光作用影響電池效率一次清洗工序化學腐蝕法具體的總反應方程式 如下 3Si+4 HNO33SiO2+2H2O+4NO SiO2 +6HFH2(SiF6)+2H2O 太陽能級Si HNO3(強氧化劑） 致密的SiO2促進HNO3和Si反應，不斷腐蝕Si 阻止Si和HNO3反應可溶于水的H2SiF6蟲孔結構擴散工序擴散實際上就是物質分子從高濃度區域向低濃度區域轉移，直到均勻分布的現象。其實質是形成太陽能電池的心臟-PN 結。三氯氧磷（POCl3）液態

10、源擴散的原理： 總化學反應方程式為： 4POCl3 +5O22P2O5 +6Cl2 2P2O5+5Si5 SiO2+4P4濕法刻蝕工藝目的：采用濕法刻蝕方法將電池背面的 PN結去除，以達到分離 PN 結的效果，從而減小漏電流。原理：總反應化學方程式和制絨過程一樣，其區別在于控制HF和HNO3的濃度，來決定是制絨腐蝕還是拋光腐蝕工藝關鍵參數：酸堿槽溶液濃度等離子體增強化學氣相沉積（PEVCD)工序 目的：在硅片表面沉積一層氮化硅薄膜原理：在真空壓力下，利用射頻電場給電子加速并給予其能量，增加反應氣體的活性，和硅基分子發生反應。兩束反射光 R1、R2 產生相消干涉絲網印刷工藝目的：就是在鍍膜后硅片

11、的正反兩面印刷電極、背電場，經過燒結后使其能夠很好的收集光生電流并順利導出，實現電能與光能之間的高效轉化。原理圖絲網印刷的原理，就是將帶有圖案的模板附著在絲網上，利用圖案部分網孔透過漿料，而非圖案部分不透漿料的特征來進行印刷。燒結工藝目的：使硅片和電極間形成良好的歐姆接觸步驟步驟目的目的影響因素影響因素將半導體多晶硅和金屬電極加熱到共晶溫度使硅原子將按某快速向熔融的合金電極中擴散體積越大，溫度越高，硅原子數目越多在某點突然降溫使固態硅原子從金屬和硅界面處的合金中析出，生長出外延層雜質成分決定，雜質成分足夠，則接觸良好測試測試硬件框圖地面用太陽能電池的國際標準測試條件為：輻照度：1000W/m2

12、；光線的輻照度為1000W/m2；電池溫度：25；光譜分布：AM1.5(就是光線通過大氣的實際距離為大氣垂直厚度的1.5倍)。多晶硅太陽能電池和其他電池比較多晶硅太陽能電池和其他電池比較Part Four04 多晶硅 單晶硅 非晶硅轉換效率轉換效率25%20%13%20%15%10%0%5%10%15%20%25%30%單晶硅多晶硅非晶硅幾種材料電池效率比較幾種材料電池效率比較單電池模塊效率組合電池模塊近年來多晶單晶（平均）效率對比17.60%17.80%18.30%18.60%18.80%19.10%16.20%16.40%16.70%17.00%17.30%17.60%14.50%15.0

13、0%15.50%16.00%16.50%17.00%17.50%18.00%18.50%19.00%19.50%200920102011201220132014單晶多晶多晶始終和單晶差一截工藝進步降低成本多晶的最大優勢：成本近年來隨著工藝進步，成本優勢減小多晶硅產業規模優勢依然巨大39%36%29%29%30%31%33%35%61%64%71%71%70%69%67%65%0%10%20%30%40%50%60%70%80%20102011201220132014201520162017單晶硅多晶硅全球光伏電站，單晶硅約占30%目前，國內市場，多晶硅和單晶硅約為4:1，國際上約為3:1 ，該

14、比例今后有望縮小我國多晶硅產業發展05Part Five2001-2011年 一路狂奔50200400108826004011108005%11.76%21%54%37%57%64%0%10%20%30%40%50%60%70%0200040006000800010000120001400016000180002004200520062007200820092010光伏產量/MW世界新增裝機容量/MW比例中國多晶硅電池產業自2004年瘋狂擴張，不到10年，規模全球第一然而，好景不長，2011 年，歐債危機和雙反危機使中國光伏遭遇寒冬2013年3月，無錫尚德破產重組痛定思痛：我國光伏產業問題1.

15、國內產能過剩問題依然存在416380909710216.829.740.241.452.262.1020406080100120201020112012201320142015全球光伏產量和需求產能/GW需求/GW2.技術水平低，原材料依賴進口2.044.58.285.648.4113.64.574.576.398.286.0710.220246810121416200920102011201220132014我國多晶硅產量和進口量我國多晶硅產量進口產量多晶硅產量逐年增加，但依然依賴進口3.嚴重依賴國際市場，國內市場開發遲緩中國, 43%美國, 19%韓國, 16%德國, 17%日本, 4%其他, 1%2014全球多晶硅產量中國美國韓國德國日本其他中國大陸76%中國臺灣9%韓國5%日本3%東南亞3%歐洲2%其他2%2014全球硅片生產中國大陸中國臺灣韓國日本東南亞歐洲其他中國大陸, 70%中國臺灣, 5%日本, 5%東南亞, 10%歐洲, 6%其他, 4%全球組件生產中國大陸中國臺灣日本東南亞歐洲其他我國光伏展望：前景良好優勢1：產業規模大2.政策補貼，應用加速301661410405101520253035201420132012新增裝機量/GW累計裝機量/GW國內對于光伏電站的