光伏行業基礎知識光伏行業基礎知識主要內容光伏產品的應用光伏產業鏈的介紹產業鏈各環節介紹主要內容光伏產品的應用光伏產品的應用光伏產品的應用什么是光伏？1839年，法國Becqueral第一次發現，在光照條件下，某些系統的兩端具有電壓，用導線將兩端連接起來后，有電流輸出，這就是光生伏特效應（photovoltaics，簡稱PV）。

1954年,貝爾實驗室Chapin等人開發出效率為6％的單晶硅太陽電池，現代硅太陽電池時代從此開始。

什么是光伏？1839年，法國Becqueral第一次發現，在光伏發電的應用神州五號飛船上的太陽能帆板空間站上的太陽能帆板光伏發電的應用神州五號飛船上的太陽能帆板空間站上的太陽能帆板太陽能飛行器太陽能汽車光伏發電的應用太陽能飛行器太陽能汽車光伏發電的應用光伏發電站光伏發電的應用光伏發電站光伏發電的應用通過光伏供電的通訊基站太陽能電池充電器光伏發電的應用通過光伏供電的通訊基站太陽能電池充電器光伏發電的應用

太陽能路燈光伏發電的應用太陽能路燈光伏發電的應用從2006、2007年全球光伏市場結構來看，歐洲市場占全球份額高居70%以上，日本市場逐漸下降，美國市場穩步攀升，這與各地區的光伏產業政策的扶持力度直接相關。2006年全球光伏市場結構2007年全球光伏市場結構全球光伏市場結構從2006、2007年全球光伏市場結構來看，歐洲市場占全球光伏產業鏈的介紹光伏產業鏈的介紹光伏產業鏈光伏產業鏈中國的光伏行業產業鏈中國的光伏行業產業鏈中國的光伏行業產業鏈中國的光伏行業產業鏈產業鏈各環節介紹（一）硅片產業鏈各環節介紹硅片

硅材料硅片硅材料硅片

多晶硅硅錠硅片多晶硅硅錠硅片

單晶硅硅棒硅片單晶硅硅棒硅片目前晶體硅太陽電池硅片分為單晶硅硅片和多晶硅硅片。單晶硅主要是125×125mm。多晶硅主要是125×125mm和156×156mm兩種規格。硅片目前晶體硅太陽電池硅片分為單晶硅硅片和多晶硅硅片。硅片

單晶硅硅片硅片單晶硅硅片硅片

多晶硅硅片硅片多晶硅硅片硅片外觀區別多晶硅硅片相對于單晶硅硅片，有明顯的多晶特性，表面有一個個晶粒形狀，而單晶硅硅片表面顏色一致。單晶硅硅片因為使用硅棒原因，四角有圓形大倒角，而多晶硅硅片一般采用小倒角。硅片外觀區別硅片單晶硅硅棒CZ法FZ法多晶硅硅錠澆鑄熱交換法及（HEM）布里曼法（Bridgeman）電磁鑄錠法

生產方法硅片CZ法FZ法澆鑄熱交換法及（HEM）布里曼法（Bridg硅片CZ法是利用旋轉著的籽晶從坩堝中的熔體中提拉制備出單晶的方法，又稱直拉法。目前國內太陽電池單晶硅硅片生產廠家大多采用這種技術。多晶硅硅料置于坩堝中經加熱熔化，待溫度合適后，經過將籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、轉肩、等徑、收尾等步驟，完成一根單晶硅錠的拉制。爐內的傳熱、傳質、流體力學、化學反應等過程都直接影響到單晶的生長及生長成的單晶的質量，拉晶過程中可直接控制的參數有溫度場、籽晶的晶向、坩堝和生長成的單晶的旋轉及提升速率，爐內保護氣體的種類、流向、流速、壓力等。

切克勞斯基法（CZ法）硅片CZ法是利用旋轉著的籽晶從坩堝中的熔體中提拉制備出單晶硅片

直拉單晶爐及其基本原理示意圖硅片直拉單晶爐及其基本原理示意圖硅片區域熔化是對錠條的一部份進行熔化，熔化的部分稱為熔區，當熔區從頭到尾移動一次后，雜質隨熔區移到尾部。利用這種方法可以進行多次提純，一次一次移動熔區以達到最好的提純效果，但由于液固相轉變溫度高，能耗大，多次區熔提純成本高。區熔法有水平區熔和懸浮區熔，前者主要用于鍺提純及生長鍺單晶，硅單晶的生長則主要采用懸浮區熔法，生長過程中不使用坩堝，熔區懸浮于多晶硅棒和下方生長出的單晶之間。由于懸浮區熔時，熔區呈懸浮狀態，不與任何物質接觸，因而不會被沾污。此外，由于硅中雜質的分凝效應和蒸發效應，可獲得高純單晶硅。目前航天領域用的太陽電池所用硅片主要用這種方式生長。

區熔法（FZ）法硅片區域熔化是對錠條的一部份進行熔化，熔化的部分稱為熔區，當硅片

區熔法生產單晶示意圖硅片區熔法生產單晶示意圖硅片澆鑄法將熔煉及凝固分開，熔煉在一個石英砂爐襯的感應爐中進行，熔融的硅液澆入一個石墨模型中，石墨模型置于一個升降臺上，周圍用電阻加熱，然后以1mm/min的速度下降。其特點是熔化和結晶在兩個不同的坩堝中進行，這種生產方法可以實現半連續化生產，其熔化、結晶、冷卻分別位于不同的地方，可以有效提高生產效率，降低能源消耗。缺點是因為熔融和結晶使用不同的坩堝，會導致二次污染，此外因為有坩堝翻轉機構及引錠機構，使得其結構相對較復雜。

澆鑄硅片澆鑄法將熔煉及凝固分開，熔煉在一個石英砂爐襯的感應爐中進硅片

鑄造法硅錠爐示意圖硅片鑄造法硅錠爐示意圖硅片熱交換法及布里曼法都是把熔化及凝固置于同一坩堝中（避免了二次污染），其中熱交換法是將硅料在坩堝中熔化后，在坩堝底部通冷卻水或冷氣體，在底部進行熱量交換，形成溫度梯度，促使晶體定向生長。下圖為一個使用熱交換法的結晶。爐示意圖該爐型采用頂底加熱，在熔化過程中，底部用一個可移動的熱開關絕熱，結晶時則將它移開以便將坩堝底部的熱量通過冷卻臺帶走，從而形成溫度梯度。

熱交換法及布里曼法硅片熱交換法及布里曼法都是把熔化及凝固置于同一坩堝中（避免硅片

熱交換法及布里曼法熱交換法結晶爐爐內結構示意圖硅片熱交換法及布里曼法熱交換法結晶爐爐內結構示意圖硅片布里曼法則是在硅料熔化后，將坩堝或加熱元件移動使結晶好的晶體離開加熱區，而液硅仍然處于加熱區，這樣在結晶過程中液固界面形成比較穩定的溫度梯度，有利于晶體的生長。其特點是液相溫度梯度dT/dX接近常數，生長速度受工作臺下移速度及冷卻水流量控制趨近于常數，生長速度可以調節。實際生產所用結晶爐大都是采用熱交換與布里曼相結合的技術。

熱交換法及布里曼法硅片布里曼法則是在硅料熔化后，將坩堝或加熱元件移動使結晶好的硅片下圖為一個熱交換法與布里曼法相結合的結晶爐示意圖。圖中，工作臺通冷卻水，上置一個熱開關，坩堝則位于熱開關上。硅料熔融時，熱開關關閉，結晶時打開，將坩堝底部的熱量通過工作臺內的冷卻水帶走，形成溫度梯度。同時坩堝工作臺緩慢下降，使凝固好的硅錠離開加熱區，維持固液界面有一個比較穩定的溫度梯度，在這個過程中，要求工作臺下降非常平穩，以保證獲得平面前沿定向凝固。

熱交換法與布里曼法結合示意圖(坩堝移動)硅片下圖為一個熱交換法與布里曼法相結合的結晶爐示意圖。圖中，硅片

熱交換法與布里曼法結合示意圖(坩堝移動)硅片熱交換法與布里曼法結合示意圖(坩堝移動)硅片下圖為另一類型的熱交換法與布里曼法結合的爐子，這種類型的結晶爐加熱時保溫框和底部的隔熱板緊密結合，保證熱量不外泄。開始結晶時，坩堝不動，將石墨加熱元件及保溫框往上慢慢移動。坩堝底部的熱量通過保溫框和隔熱板間的空隙散發出去，形成溫度梯度。

熱交換法與布里曼法結合示意圖(熱源及保溫框移動)硅片下圖為另一類型的熱交換法與布里曼法結合的爐子，這種類型的硅片

HEM+Bridgeman法示意圖(熱源及保溫框移動)硅片HEM+Bridgeman法示意圖(熱源硅片這種方法的特點是不使用坩堝，硅料通過加料裝置進入加熱區，通過感應加熱使硅料熔融，當硅液向下移離開加熱區后，結晶生長，如此通過不斷加料，不斷將結晶好的硅錠往下移，就可以實現連續生長，錠子高度可達1～2m。但用這種方法生產的硅錠晶粒尺寸小，橫截面小，因此容量也不大。

電磁鑄錠法硅片這種方法的特點是不使用坩堝，硅料通過加料裝置進入加熱區，硅片總體來說，單晶和多晶硅錠的生長方法各有所長，單晶的轉換效率高，但產能低、能耗大；多晶的轉換效率相對較低，但能耗低、產能大，適合于規模化生產。單晶的FZ及CZ方法與多晶定向凝固生長方法的比較如下表所示。

單晶和多晶硅錠的生長方法比較硅片總體來說，單晶和多晶硅錠的生長方法各有所長，單晶的轉換效硅片

單晶和多晶硅錠的生長方法比較硅片單晶和多晶硅錠的生長方法比較硅片

多晶硅硅片加工工藝流程硅片多晶硅硅片加工工藝流程硅片

硅片生產相關設備硅片硅片生產相關設備硅片

破錠硅片破錠硅片

硅片切割硅片硅片切割硅片1、型號（P型和N型，P型多晶硅是摻B，N型多晶硅是摻P）2、電阻率3、少數載流子壽命4、硅片邊長5、對角線長度6、倒角7、厚度8、總厚度變化

硅片性能參數硅片1、型號（P型和N型，P型多晶硅是摻B，N型多晶硅是硅片

周期表中III或V族元素,如硼（B）、磷（P）等電離能低，對電導率影響顯著,作摻雜劑

P型摻硼（受主），N型摻磷（施主）

I副族和過渡金屬元素,如Fe、Zn、Mn、Cr等電離能高，起復合中心的作用破壞PN結特性，少子壽命降低，轉換效率下降

碳、氧、氮等形成化合物,結晶缺陷,性能不均勻，

硅片變脆

硅片中雜質的行為硅片周期表中III或V族元素,如硼（B）、磷（P）等硅片

雜質元素濃度對電池轉換效率的影響硅片雜質元素濃度對電池轉換效率的影響產業鏈各環節介紹（二）電池產業鏈各環節介紹電池單晶硅太陽電池多晶硅太陽電池多晶硅太陽電池與單晶硅太陽電池的最大差別在于硅片，多晶硅片是許多硅晶粒的集合體

晶體硅太陽電池電池單晶硅太陽電池多晶硅太陽電池多晶硅太陽電池與單晶硅太陽電正面和背面的金屬電極用來收集光激發的自由電子和空穴，對外輸出電流；減反射薄膜的作用是減小入射太陽光的反射率；pn結的作用是將光激發的自由電子輸送給n型硅，將自由空穴輸送給p型硅。

晶體硅太陽電池結構電池正面和背面的金屬電極用來收集光激發的自由電子和空穴，對外輸出單晶硅的晶體結構。單晶硅體內的每個硅原子（Si）最近鄰有四個Si原子。未摻雜的硅稱為本征硅。摻磷原子（P）摻硼原子（B）P雜質原子最外層的電子數比硅原子多一個。P雜質原子多余的電子很容易掙脫原子核的束縛，成為自由移動的電子。摻P雜質的Si半導體主要依靠電子導電，稱為n型Si，P雜質稱為施主雜質。B雜質原子最外層的電子數比硅原子少一個，相當于B雜質原子最外層多了一個空穴。在常溫條件下，B雜質原子多余的空穴很容易掙脫原子核的束縛。摻B雜質的Si半導體主要依靠空穴導電，稱為p型Si，B雜質稱為受主雜質。

pn結電池單晶硅的晶體結構。單晶硅體摻磷原子（P）摻硼原子（B）P雜質Si原子P雜質B雜質電子空穴內建電場n型硅中有數量較多的電子，p型硅中有數量較多的空穴。當n型硅和p型硅結合在一起后，n型硅中有部分電子往p型硅中擴散，p型硅中有部分空穴往n型硅中擴散，使得n型硅在交界處附近留下帶正電的離子實，p型硅在交界處附近留下帶負電的離子實。這兩種離子實在交界處附近的區域內產生電場，稱為內建電場，電場方向由n型硅指向p型硅。n型硅和p型硅交界處附近的區域稱為pn結。

pn結電池Si原子P雜質B雜質電子空穴內建電場n型硅中有數量較多的電子

光生伏特效應電池光生伏特效應電池在太陽光的照射下，硅片中激發出自由電子和自由空穴。自由電子和空穴擴散到p-n結附近，受到內建電場的作用，電子往n型硅中漂移，空穴往p型硅中漂移。電子帶負電，空穴帶正電。漂移到n型硅中電子使n型硅帶多余的負電荷，對外表現出負電性；漂移到p型硅中的空穴使p型硅帶多余的正電荷，對外表現出正電性。n型硅和p型硅之間對外具有一定的電勢差，稱為光生電壓或者光生電動勢。

光生伏特效應電池在太陽光的照射下，硅片中激發出自由電子和自由空穴。自由電子和當太陽光照射到太陽電池表面時，由于光生伏特效應，太陽電池的正面電極和背面電極之間產生光生電壓，用金屬導線接上電燈、電器等負載，可為這些負載提供電流。

太陽電池工作原理電池當太陽光照射到太陽電池表面時，由于光生伏特效應，太陽電池的正

晶體硅太陽電池生產的工藝流程電池晶體硅太陽電池生產的工藝流程電池在硅片的切割生產過程中會形成厚度達10微米左右的損傷層，且可能引入一些金屬雜質和油污。如果損傷層去除不足，殘余缺陷在后續的高溫處理過程中向硅片深處繼續延伸，會影響到太陽電池的性能。

晶體化學表面處理（清洗制絨）電池在硅片的切割生產過程中會形成厚度達10微米左右的損傷層，且可電池清洗的目的：清除硅片表面的機械損傷層；清除表面油污和金屬雜質；形成起伏不平的絨面，減小太陽光的反射。

晶體化學表面處理（清洗制絨）電池晶體化學表面處理（清洗制絨）單晶硅片的清洗采用堿液腐蝕的技術，堿液與硅反應生成可溶于水的化合物，同時在表面形成“金字塔”狀的絨面結構。多晶硅片的清洗則采用酸液腐蝕技術，酸液與硅反應生成可溶于水的化合物，同時形成的絨面結構是不規則的半球形或者蚯蚓狀的“凹陷”。

晶體化學表面處理（清洗制絨）電池單晶硅片的清洗采用堿液腐蝕的技術，堿液與硅反應生成可溶于水的由于絨面結構的存在，入射光經絨面第一次反射后，反射光并非直接入射到空氣中，而是遇到鄰近絨面，經過鄰近絨面的第二次甚至第三次反射后，才入射到空氣中，這樣對入射光就有了多次利用，從而減小了反射率。表面沒有絨面結構的硅片對入射光的反射率大于30%，有絨面結構的硅片對入射光的反射率減小到了12%左右。

晶體化學表面處理（清洗制絨）電池由于絨面結構的存在，入射光經絨面第一次反射后，反射光并非直接

清洗設備電池清洗設備電池

磷擴散電池磷擴散電池電池

把p型硅片放在一個石英容器內，同時將含磷的氣體通入這個石英容器內，并將此石英容器加熱到一定的溫度，這時施主雜質磷可從化合物中分解出來，在容器內充滿著含磷的蒸汽，在硅片周圍包圍著許許多多的含磷的分子。磷化合物分子附著到硅片上生成磷原子。由于硅片的原子之間存在空隙，使磷原子能從四周進入硅片的表面層，并且通過硅原子之間的空隙向硅片內部滲透擴散。如果擴散進去的磷原子濃度高于p型硅片原來受主雜質濃度，就使得p型硅片靠近表面的薄層轉變成為n型。n型硅和p型硅交界處就形成了pn結。

磷擴散電池把p型硅片放在一個石英容器內，同時電池磷擴散的目的：制備太陽電池的核心－－pn結；吸除硅片內部的部分金屬雜質。

磷擴散電池磷擴散的目的：磷擴散電池磷擴散的方法三氯氧磷（POCl3）液態源擴散噴涂磷酸水溶液后鏈式擴散絲網印刷磷漿料后鏈式擴散目前行業上普遍采用第一種方法，這種方法具有生產效率較高，得到的pn結均勻、平整和擴散層表面良好等優點，非常適合制作大面積的太陽電池。

磷擴散電池磷擴散的方法磷擴散管式擴散爐

磷擴散電池管式擴散爐磷擴散電池擴散后的硅片除了表面的一薄層n型硅外，在背面以及周邊都有n型硅薄層，而晶體硅太陽電池實際只需要表面的n型硅，因此須去除背面以及周邊的n型硅薄層。

背面及周邊刻蝕電池擴散后的硅片除了表面的一薄層n型硅外，在背面以及周邊都有n型電池背面以及周邊刻蝕的目的：去除硅片背面和周邊的pn結；去除表面的磷硅玻璃。磷硅玻璃是擴散過程中的反應產物，是一層含磷原子的二氧化硅。

背面以及周邊刻蝕的方法：酸液腐蝕（濕法刻蝕）等離子體刻蝕（干法刻蝕）

背面及周邊刻蝕電池背面以及周邊刻蝕的目的：背面及周邊刻蝕濕法刻蝕設備

背面及周邊刻蝕電池濕法刻蝕設備背面及周邊刻蝕電池

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池電池

PECVD鍍SiN薄膜的目的：SiN薄膜作為減反射膜可減小入射光的反射；在SiN薄膜的沉積過程中，反應產物氫原子進入到SiN薄膜內以及硅片內，起到了鈍化缺陷的作用。

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池PECVD鍍SiN薄膜的目的：PECVD鍍氮化硅太陽電池表面的深藍色SiN薄膜

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池太陽電池表面的深藍色SiN薄膜PECVD鍍氮化硅（SiN）電池SiN薄膜的物理性質和化學性質：結構致密，硬度大能抵御堿金屬離子的侵蝕介電強度高耐濕性好耐一般的酸堿，除HF和熱H3PO4

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池SiN薄膜的物理性質和化學性質：PECVD鍍氮電池SiN薄膜的優點優良的表面鈍化效果高效的光學減反射性能（厚度和折射率匹配）低溫工藝（有效降低成本）含氫SiNx:H可以對mc-Si提供體鈍化

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池SiN薄膜的優點PECVD鍍氮化硅（SiN）薄入射光在SiN薄膜表面發生一次反射，在SiN薄膜和硅片界面發生第二次反射，通過適當選取SiN薄膜的厚度和折射率，可以使一次反射光和二次反射光相抵消，從而減小了反射。沉積SiN減反射膜后，硅片表面對入射光的平均反射率可進一步減小到5%左右。

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池入射光在SiN薄膜表面發生一次反射，在SiN薄膜和硅片界面發電池PECVD：即“等離子增強型化學氣相沉積”，是一種化學氣相沉積的鍍膜技術；PECVD借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子化學活性很強，很容易發生反應，在基片上沉積出所期望的薄膜。等離子體中含有大量高能量的電子，它們可以提供化學氣相沉積過程所需的激活能，大大降低薄膜沉積所需的溫度。

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池PECVD：PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池PECVD的優點：節省能源，降低成本；提高產能；減少了高溫導致的硅片中少子壽命衰減；

PECVD的一個基本特征是實現了薄膜沉積工藝的低溫化（<450℃）。

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池PECVD的優點：PECVD鍍氮化硅（SiN）薄PECVD鍍膜設備

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池PECVD鍍膜設備PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池

絲網印刷與燒結電池絲網印刷與燒結電池電池絲網印刷的目的：印刷背面電極漿料，銀鋁（Ag/Al）漿，并烘干；印刷背面場漿料，鋁漿，并烘干；印刷正面電極漿料，銀漿，并烘干。燒結的目的：燃盡漿料的有機組分，使漿料和硅片形成良好的金屬電極。

絲網印刷與燒結電池絲網印刷的目的：絲網印刷與燒結正面電極背面電極

絲網印刷與燒結電池正面電極背面電極絲網印刷與燒結電池印刷漿料的過程

絲網印刷與燒結電池印刷漿料的過程絲網印刷與燒結電池絲網印刷設備，每臺印刷機后都有一臺烘干爐

絲網印刷與燒結電池絲網印刷設備，每臺印刷機后都有一臺烘干爐絲網印刷與燒結電池燒結爐

絲網印刷與燒結電池燒結爐絲網印刷與燒結電池將太陽電池接上負載。在光照條件下，改變負載的電阻，太陽電池的輸出電壓V、輸出電流I和輸出功率P將隨之變化。記錄下V、I、P的變化情況，并將數據繪成曲線，將得到上圖的曲線，稱為太陽電池的電流－電壓特性。

晶體硅太陽電池的電流－電壓特性電池將太陽電池接上負載。在光照條件下，改變負載的電阻，太陽電池的電池短路電流

Isc

：負載的電阻為零時，太陽電池的輸出電流；開路電壓Voc

：負載的電阻無窮大時，太陽電池的輸出電壓；最大功率點Pm

：太陽電池的最大輸出功率；最大功率點電流Im

：輸出功率最大時，太陽電池的輸出電流；最大功率點電壓Vm

：輸出功率最大時，太陽電池的輸出電壓；

太陽電池的性能參數電池短路電流Isc：負載的電阻為零時，太陽電池的輸出電流電池轉換效率η

：太陽電池的最大輸出功率Pm

與入射光功率的比值，是衡量太陽電池性能的最重要參數；填充因子FF：太陽電池的最大輸出功率Pm

與短路電流Isc、開路電壓Voc乘積的比值；串聯電阻Rs

：主要是太陽電池的體電阻、表面電阻、電極導體電阻、電極與硅表面的接觸電阻組成。并聯電阻

Rsh

：為旁漏電阻，它是由硅片的邊緣不清潔或硅片表面缺陷引起。

太陽電池的性能參數電池轉換效率η：太陽電池的最大輸出功率Pm與入射光功率電池具體分類轉換效率%優點缺點產業化階段商業化實驗室單晶硅15-1824.7±0.5技術工藝最為成熟，市場主導產品，轉換效率高，性能穩定原料成本高，目前受上游晶體硅供應瓶頸所困大規模商業化生產多晶硅13-1620.3±0.5多晶硅成本比單晶硅低轉化率相對較低；原料成本仍相對較高大規模商業化生產多晶硅薄膜10-1216.6±0.4可在多種廉價襯底材料上制備，成本低于晶體硅電池轉化率相對較低中小規模商業化生產非晶硅薄膜5-79.5±0.3對太陽光的吸收系數高，因此材料需求量少，可沉積在各種廉價襯底材料上，生產成本低，單片電池面積大，適宜于大規模生產禁帶寬度較大，對太陽光輻射的長波區域不敏感，致使轉換效率難以提高；有光致衰退現象中小規模商業化生產

晶體硅太陽電池與其他太陽電池的比較電池具體分類轉換效率%優點缺點產業化階段商業化實驗室單晶硅1銅銦硒類－18.8±0.5直接帶隙材料，帶隙寬度小，具有大范圍太陽光譜響應特性，性能穩定銦硒都是稀有金屬，大規模生產的原料來源有問題實驗室－中試階段碲化鎘8-1016.5±0.5光譜響應特性好，弱光和高溫條件下性能相對較好，耐輻射鎘及其化合物有毒，污染環境中小規模商業化生產砷化鎵－25.1±0.8光吸收率極高，轉換效率高，性能穩定生產成本高，現用于太空領域，未來有希望應用于聚熱式太陽能發電系統太空和聚光太陽能發電燃料敏化TiO2納米薄膜－10.4±0.3理論轉換效率高，透明性好，工藝簡單，生產成本低使用液體電解質，使用不便，且對環境有潛在影響實驗室階段

晶體硅太陽電池與其他太陽電池的比較電池銅銦硒類－18.8±0.5直接帶隙材料，帶隙寬度小，具有大范產業鏈各環節介紹（三）組件產業鏈各環節介紹組件組件線又叫封裝線，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。

組件線組件組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產中的關鍵步驟，沒有組件組件作為晶體硅太陽能行業的最終產品，應用于光伏系統發電，即直接面向客戶。其質量最為關鍵。目前，優良的組件產品擁有25年的質量保證，即十年內功率衰減少于等于10%，二十五年內功率減少小于等于20%。

組件線組件組件作為晶體硅太陽能行業的最終產品，應用于光伏系統發電，組件

產品實圖組件產品實圖組件

組件結構組件組件結構組件

組件結構組件組件結構組件晶體硅太陽電池是組件最重要的部分，直接影響組件的電性能。

材料—晶體硅太陽電池組件晶體硅太陽電池是組件最重要的部分，直接影響組件的電性能。組件晶體硅太陽電池囊封材料是EVA，它乙烯與醋酸乙烯脂的共聚物，化學式結構如下（CH2—CH2）—（CH—CH2）

|O|

O—O—CH2

材料—EVA組件晶體硅太陽電池囊封材料是EVA，它乙烯與醋酸乙烯脂的共聚組件EVA是一種熱融膠粘劑，常溫下無粘性而具抗粘性，以便操作，經過一定條件熱壓便發生熔融粘接與交聯固化，并變的完全透明，長期的實踐證明：它在太陽電池封裝與戶外使用均獲得相當滿意的效果。固化后的EVA能承受大氣變化且具有彈性，它將晶體硅片組“上蓋下墊”，將硅晶片組包封，并和上層保護材料玻璃，下層保護材料TPT（聚氟乙烯復合膜），利用真空層壓技術粘合為一體。另一方面，它和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率，起著增透的作用，并對太陽電池組件的輸出有增益作用。

材料—EVA組件EVA是一種熱融膠粘劑，常溫下無粘性而具抗粘性，以便操作組件TPT（聚氟乙烯復合膜），用在組件背面，作為背面保護封裝材料。用于封裝的TPT至少應該有三層結構：外層保護層PVF具有良好的抗環境侵蝕能力，中間層為聚脂薄膜具有良好的絕緣性能，內層PVF需經表面處理和EVA具有良好的粘接性能。太陽電池的背面覆蓋物—氟塑料膜為白色，對陽光起反射作用，因此對組件的效率略有提高，并因其具有較高的紅外發射率，還可降低組件的工作溫度，也有利于提高組件的效率。當然，此氟塑料膜首先具有太陽電池封裝材料所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求。

材料—TPT組件TPT（聚氟乙烯復合膜），用在組件背面，作為背面保護封裝組件采用低鐵鋼化絨面玻璃(又稱為白玻璃)，在太陽電池光譜響應的波長范圍內(320-1100nm)透光率達91%以上，對于大于1200nm的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時能耐太陽紫外光線的輻射，透光率不下降。

材料—鋼化玻璃組件采用低鐵鋼化絨面玻璃(又稱為白玻璃)，在太陽電池光譜響應組件平板組件必須有邊框，以保護組件和組件與方陣的連接固定。邊框為粘結劑構成對組件邊緣的密封。

材料—鋁型材邊框組件平板組件必須有邊框，以保護組件和組件與方陣的連接固定。邊組件涂錫帶由無氧銅剪切拉拔或軋制而成，所有外表面都有熱度途層。涂錫帶用于太陽能組件生產時太陽能電池片的串焊接和匯流焊接，要求涂錫帶具有較高的焊接操作性及牢固性。

材料—涂錫銅帶組件涂錫帶由無氧銅剪切拉拔或軋制而成，所有外表面都有熱度途層組件1、電池檢測——2、正面焊接—檢驗—3、背面串接—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、組件測試—外觀檢驗—10、包裝入庫；

工藝組件1、電池檢測——2、正面焊接—檢驗—3、背面串接—檢驗—組件由于電池片制作條件的隨機性，生產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，所以應根據其性能參數進行分類；電池測試即通過測試電池的輸出參數（電流和電壓）的大小對其進行分類。以提高電池的利用率，做出質量合格的電池組件。

工藝—電池測試組件由于電池片制作條件的隨機性，生產出來的電池性能不盡相同，組件是將焊帶焊接到電池正面（負極）的主柵線上。焊帶為鍍錫的銅帶，長度約為電池邊長的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。

工藝—正面焊接組件是將焊帶焊接到電池正面（負極）的主柵線上。焊帶為鍍錫的銅組件背面焊接是將12片電池串接在一起形成一個組件串，電池的定位主要靠一個膜具板，上面有12個放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對應，槽的位置已經設計好，不同規格的電池片使用不同的模板，操作者使用電烙鐵和焊錫絲將“前面電池”的正面電極（負極）焊接到“后面電池”的背面電極（正極）上，這樣依次將12片串接在一起并在組件串的正負極焊接出引線。

工藝—背面串接組件背面焊接是將12片電池串接在一起形成一個組件串，電池的定組件背面串接好且經過檢驗合格后，將組件串、玻璃和切割好的EVA、背板按照一定的層次敷設好，準備層壓。敷設時保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調整好電池間的距離，為層壓打好基礎。

工藝—敷設組件背面串接好且經過檢驗合格后，將組件串、玻璃和切割好的EV組件

工藝—敷設組件工藝—敷設組件將敷設好的電池放入層壓機內，通過抽真空將組件內的空氣抽出，然后加熱使EVA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的關鍵一步，層壓溫度、層壓時間根據EVA的性質決定。

工藝—層壓組件將敷設好的電池放入層壓機內，通過抽真空將組件內的空氣抽出組件

工藝—層壓組件工藝—層壓組件層壓時EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應將其切除

工藝—修邊組件層壓時EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層組件類似與給玻璃裝一個鏡框。給組件裝鋁框，增加組件的強度，進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（硅膠）填充。各邊框間用角鍵連接。

工藝—裝框組件類似與給玻璃裝一個鏡框。給組件裝鋁框，增加組件的強度，組件在組件背面引線處焊接一個盒子，以利于電池與其他設備或電池間的連接。

工藝—焊接接線盒組件在組件背面引線處焊接一個盒子，以利于電池與其他設備或電池組件測試的目的是對電池的輸出功率進行標定，測試其輸出特性，確定組件的質量等級。出售組件是以組件的功率銷售。

工藝—組件測試組件測試的目的是對電池的輸出功率進行標定，測試其輸出特性，確組件1、高轉換效率、高質量的電池片；2、高質量的原材料，例如：高的交聯度的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；3、合理的封裝工藝；4、員工嚴謹的工作作風；

組件高效和高壽命如何保證組件1、高轉換效率、高質量的電池片；組件高效和高壽命如何保組件

電池測試組件電池測試組件

焊接

組件焊接組件

焊接機

組件焊接機組件

敷設

組件敷設組件

層壓機

組件層壓機組件

裝鋁框組件裝鋁框組件

流水線式裝鋁框線組件流水線式裝鋁框線組件

粘接線盒組件粘接線盒組件

組件測試組件組件測試組件

測試報告組件測試報告組件

包裝組件包裝產業鏈各環節介紹（四）系統產業鏈各環節介紹系統光伏系統是利用太陽電池組件和其他輔助設備將太陽能轉換成電能的系統。

光伏系統定義系統光伏系統是利用太陽電池組件和其他輔助設備將太陽能轉換成電系統

光伏系統照片系統光伏系統照片系統太陽能發電系統由太陽電池組件、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。

光伏系統部件及介紹系統太陽能發電系統由太陽電池組件、太陽能控制器、蓄電池（組）系統太陽電池組件是太陽能發電系統中的核心部分，也是太陽能發電系統中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽電池組件的質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本。太陽電池方陣（簡稱“方陣”）：在金屬支架上用導線連在一起的多個太陽電池組件的組合體。

太陽電池組件系統太陽電池組件是太陽能發電系統中的核心部分，也是太陽能發電系統太陽能控制器的作用是控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過充電保護、過發電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償的功能。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項。

太陽能控制器系統太陽能控制器的作用是控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起系統一般為鉛酸電池，小微型系統中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽電池組件所發出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。

蓄電池系統一般為鉛酸電池，小微型系統中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或系統在很多場合，都需要提供220VAC、110VAC的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發電系統所發出的直流電能轉換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負載時，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉換成5VDC的電能（注意，不是簡單的降壓）。

逆變器系統在很多場合，都需要提供220VAC、110VAC的交流電蓄電池的壽命約為2～3年；控制器的壽命約為10年；太陽能電池的壽命約為20年。系統

太陽能光伏系統的壽命蓄電池的壽命約為2～3年；控制器的壽命約為10年；太陽能電池系統一般我們將光伏系統分為獨立系統、并網系統和混合系統。如果根據太陽能光伏系統的應用形式，應用規模和負載的類型，對光伏供電系統進行比較細致的劃分。還可以將光伏系統細分為如下六種類型：小型太陽能供電系統（SmallDC）；簡單直流系統（SimpleDC）；大型太陽能供電系統（LargeDC）；交流、直流供電系統（AC/DC）；并網系統（UtilityGridConnect）；混合供電系統（Hybrid）；并網混合系統。

系統類型與介紹系統一般我們將光伏系統分為獨立系統、并網系統和混合系統。系統該系統的特點是系統中只有直流負載而且負載功率比較小，整個系統結構簡單，操作簡便。其主要用途是一般的家庭戶用系統，各種民用的直流產品以及相關的娛樂設備。如在我國西部地區就大面積推廣使用了這種類型的光伏系統，負載為直流燈，用來解決無電地區的家庭照明問題。

小型太陽能供電系統（SmallDC）系統該系統的特點是系統中只有直流負載而且負載功率比較小，整個系統該系統的特點是系統中的負載為直流負載而且對負載的使用時間沒有特別的要求，負載主要是在白天使用，所以系統中沒有使用蓄電池，也不需要使用控制器，系統結構簡單，直接使用光伏組件給負載供電，省去了能量在蓄電池中的儲存和釋放過程，以及控制器中的能量損失，提高了能量利用效率。其常用于PV水泵系統、一些白天臨時設備用電和一些旅游設施中。

簡單直流系統（SmallDC）系統該系統的特點是系統中的負載為直流負載而且對負載的使用時間系統與上述兩種光伏系統相比，這種光伏系統仍然是適用于直流電源系統，但是這種太陽能光伏系統通常負載功率較大，為了保證可以可靠地給負載提供穩定的電力供應，其相應的系統規模也較大，需要配備較大的光伏組件陣列以及較大的蓄電池組，其常見的應用形式有通信、遙測、監測設備電源，農村的集中供電，航標燈塔、路燈等。我國在西部一些無電地區建設的部分鄉村光伏電站就是采用的這種形式，中國移動公司和中國聯通公司在偏僻無電網地區建設的通訊基站也有采用這種光伏系統供電的。如山西萬家寨的通訊基站工程。

大型太陽能供電系統（SmallDC）系統與上述兩種光伏系統相比，這種光伏系統仍然是適用于直流電源系統與上述的三種太陽能光伏系統不同的是，這種光伏系統能夠同時為直流和交流負載提供電力，在系統結構上比上述三種系統多了逆變器，用于將直流電轉換為交流電以滿足交流負載的需求。通常這種系統的負載耗電量也比較大，從而系統的規模也較大。在一些同時具有交流和直流負載的通訊基站和其它一些含有交、直流負載的光伏電站中得到應用。

直流、交流供電系統（AC/DC）系統與上述的三種太陽能光伏系統不同的是，這種光伏系統能夠同時系統這種太陽能光伏系統最大的特點就是光伏陣列產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電之后直接接入市電網絡，并網系統中PV方陣所產生電力除了供給交流負載外，多余的電力反饋給電網。在陰雨天或夜晚，光伏陣列沒有產生電能或者產生的電能不能滿足負載需求時就由電網供電。因為直接將電能輸入電網，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用PV方陣所發的電力從而減小了能量的損耗，并降低了系統的成本。但是系統中需要專用的并網逆變器，以保證輸出的電力滿足電網電力對電壓，頻率等指標的要求。因為逆變器效率的問題，還是會有部分的能量損失。這種系統通常能夠并行使用市電和太陽能光伏組件陣列作為本地交流負載的電源。降低了整個系統的負載缺電率。而且并網PV系統可以對公用電網起到調峰作用。但是，并網光伏供電系統作為一種分散式發電系統，對傳統的集中供電系統的電網會產生一些不良的影響，如諧波污染，孤島效應等。

并網系統（UtilityGridConnect）系統這種太陽能光伏系統最大的特點就是光伏陣列產生的直流電經系統這種太陽能光伏系統中除了使用太陽能光伏組件陣列之外，還使用了油機作為備用電源。使用混合供電系統的目的就是為了綜合利用各種發電技術的優點，避免各自的缺點。比方說，上述的幾種獨立光伏系統的優點是維護少，缺點是能量的輸出依賴于天氣，不穩定。綜合使用柴油發電機和光伏陣列的混合供電系統和單一能源的獨立系統相比就可以提供不依賴于天氣的能源。

混合供電系統（Hybrid）系統這種太陽能光伏系統中除了使用太陽能光伏組件陣列之外，還使系統隨著太陽能光電子產業的發展，出現了可以綜合利用太陽能光伏組件陣列，市電和備用油機的并網混合供電系統。這種系統通常是控制器和逆變器集成一體化，使用電腦芯片全面控制整個系統的運行，綜合利用各種能源達到最佳的工作狀態，并還可以使用蓄電池進一步提高系統的負載供電保障率，例如AES的SMD逆變器系統。該系統可以為本地負載提供合格的電源，并可以作為一個在線的UPS（不間斷電源）工作。還可以向電網供電或者從電網獲得電力。系統的工作方式通常的是將市電和太陽能電源并行工作，對于本地負載而言，如果光伏組件產生的電能足夠負載使用，它將直接使用光伏組件產生的電能供給負載的需求。如果光伏組件產生的電能超過即時負載的需求還能將多余的電能返回到電網；如果光伏組件產生的電能不夠用，則將自動啟用市電，使用市電供給本地負載的需求，而且，當本地負載的功率消耗小于SMD逆變器的額定市電容量的60％時，市電就會自動給蓄電池充電，保證蓄電池長期處于浮充狀態；如果市電產生故障，即市電停電或者是市電的品質不合格，系統就會自動的斷開市電，轉成獨立工作模式，由蓄電池和逆變器提供負載所需的交流電能。一旦市電恢復正常，即電壓和頻率都恢復到上述的正常狀態以內，系統就會斷開蓄電池，改為并網模式工作，由市電供電。有的并網混合供電系統中還可以將系統監控、控制和數據采集功能集成在控制芯片中。這種系統的核心器件是控制器和逆變器。

并網混合供電系統（Hybrid）系統隨著太陽能光電子產業的發展，出現了可以綜合利用太陽能光伏系統

交流、直流供電系統結構系統交流、直流供電系統結構系統

交流、直流供電系統器件組件示意圖系統交流、直流供電系統器件組件示意圖系統

光伏并網發電系統工作原理系統光伏并網發電系統工作原理系統

光伏電站組成結構圖系統光伏電站組成結構圖系統我國有十分豐富的太陽能資源，1971-2000年的近30年，太陽年總輻照量平均在1050~2450kW.h/m2之間；大于1050kW.h/m2的地區占國土面積的96%以上。中國陸地表面每年接受的太陽能輻射相當于1.7萬億t標準煤。

中國不同地區發展光伏發電的潛力系統我國有十分豐富的太陽能資源，1971-2000年的近30系統

中國不同地區發展光伏發電的潛力系統中國不同地區發展光伏發電的潛力系統

中國的太陽能資源劃區系統中國的太陽能資源劃區系統1、農村電氣化據統計，截止到2005年底，全國大約還有270萬無電戶，1100萬無電人口，其中有200萬戶，大約800萬人將采用電網延伸、小水電和移民搬遷的辦法解決他們的用電問題，其余70萬無電戶需要在2006-2015年間采用光伏和風光互補發電系統解決。如果按照脫貧標準（每戶裝機200W，每年每戶用電200kW.h），預計總裝機容量140MWp，投資大約100億元；如果要達到邊遠地區城市用電標準（每年每戶用電1000kW.h），則市場容量將是700MWp。

光伏系統在國內的市場潛力系統1、農村電氣化光伏系統在國內的市場潛力系統2、城市建筑并網光伏系統的應用現在，全世界大約60％的太陽電池用于并網發電系統，主要是用于城市建筑并網光伏系統。中國的建筑并網光伏系統尚處于示范階段。預計2010年以前中國將會實施屋頂計劃，安裝太陽電池50MWp；2020年以前將會有更大規模的建筑并網光伏系統項目，累計裝機容量將達到700MWp。預計到2010年建筑并網光伏系統的市場份額將占到17.6％，到2020年將占到39％。中國現有大約400億m2的建筑面積，屋頂面積40億m2，加上南立面，可利用面積大約為50億m2，如果20％用來安裝太陽電池，可以裝100GWp。

光伏系統在國內的市場潛力系統2、城市建筑并網光伏系統的應用光伏系統在國內的市場潛力系統

光伏系統實例圖片系統光伏系統實例圖片系統

光伏系統實例圖片系統光伏系統實例圖片系統

光伏系統實例圖片系統光伏系統實例圖片系統

光伏系統實例圖片系統光伏系統實例圖片系統

光伏系統實例圖片系統光伏系統實例圖片系統

光伏系統實例圖片系統光伏系統實例圖片光伏行業基礎知識光伏行業基礎知識主要內容光伏產品的應用光伏產業鏈的介紹產業鏈各環節介紹主要內容光伏產品的應用光伏產品的應用光伏產品的應用什么是光伏？1839年，法國Becqueral第一次發現，在光照條件下，某些系統的兩端具有電壓，用導線將兩端連接起來后，有電流輸出，這就是光生伏特效應（photovoltaics，簡稱PV）。

1954年,貝爾實驗室Chapin等人開發出效率為6％的單晶硅太陽電池，現代硅太陽電池時代從此開始。

什么是光伏？1839年，法國Becqueral第一次發現，在光伏發電的應用神州五號飛船上的太陽能帆板空間站上的太陽能帆板光伏發電的應用神州五號飛船上的太陽能帆板空間站上的太陽能帆板太陽能飛行器太陽能汽車光伏發電的應用太陽能飛行器太陽能汽車光伏發電的應用光伏發電站光伏發電的應用光伏發電站光伏發電的應用通過光伏供電的通訊基站太陽能電池充電器光伏發電的應用通過光伏供電的通訊基站太陽能電池充電器光伏發電的應用

太陽能路燈光伏發電的應用太陽能路燈光伏發電的應用從2006、2007年全球光伏市場結構來看，歐洲市場占全球份額高居70%以上，日本市場逐漸下降，美國市場穩步攀升，這與各地區的光伏產業政策的扶持力度直接相關。2006年全球光伏市場結構2007年全球光伏市場結構全球光伏市場結構從2006、2007年全球光伏市場結構來看，歐洲市場占全球光伏產業鏈的介紹光伏產業鏈的介紹光伏產業鏈光伏產業鏈中國的光伏行業產業鏈中國的光伏行業產業鏈中國的光伏行業產業鏈中國的光伏行業產業鏈產業鏈各環節介紹（一）硅片產業鏈各環節介紹硅片

硅材料硅片硅材料硅片

多晶硅硅錠硅片多晶硅硅錠硅片

單晶硅硅棒硅片單晶硅硅棒硅片目前晶體硅太陽電池硅片分為單晶硅硅片和多晶硅硅片。單晶硅主要是125×125mm。多晶硅主要是125×125mm和156×156mm兩種規格。硅片目前晶體硅太陽電池硅片分為單晶硅硅片和多晶硅硅片。硅片

單晶硅硅片硅片單晶硅硅片硅片

多晶硅硅片硅片多晶硅硅片硅片外觀區別多晶硅硅片相對于單晶硅硅片，有明顯的多晶特性，表面有一個個晶粒形狀，而單晶硅硅片表面顏色一致。單晶硅硅片因為使用硅棒原因，四角有圓形大倒角，而多晶硅硅片一般采用小倒角。硅片外觀區別硅片單晶硅硅棒CZ法FZ法多晶硅硅錠澆鑄熱交換法及（HEM）布里曼法（Bridgeman）電磁鑄錠法

生產方法硅片CZ法FZ法澆鑄熱交換法及（HEM）布里曼法（Bridg硅片CZ法是利用旋轉著的籽晶從坩堝中的熔體中提拉制備出單晶的方法，又稱直拉法。目前國內太陽電池單晶硅硅片生產廠家大多采用這種技術。多晶硅硅料置于坩堝中經加熱熔化，待溫度合適后，經過將籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、轉肩、等徑、收尾等步驟，完成一根單晶硅錠的拉制。爐內的傳熱、傳質、流體力學、化學反應等過程都直接影響到單晶的生長及生長成的單晶的質量，拉晶過程中可直接控制的參數有溫度場、籽晶的晶向、坩堝和生長成的單晶的旋轉及提升速率，爐內保護氣體的種類、流向、流速、壓力等。

切克勞斯基法（CZ法）硅片CZ法是利用旋轉著的籽晶從坩堝中的熔體中提拉制備出單晶硅片

直拉單晶爐及其基本原理示意圖硅片直拉單晶爐及其基本原理示意圖硅片區域熔化是對錠條的一部份進行熔化，熔化的部分稱為熔區，當熔區從頭到尾移動一次后，雜質隨熔區移到尾部。利用這種方法可以進行多次提純，一次一次移動熔區以達到最好的提純效果，但由于液固相轉變溫度高，能耗大，多次區熔提純成本高。區熔法有水平區熔和懸浮區熔，前者主要用于鍺提純及生長鍺單晶，硅單晶的生長則主要采用懸浮區熔法，生長過程中不使用坩堝，熔區懸浮于多晶硅棒和下方生長出的單晶之間。由于懸浮區熔時，熔區呈懸浮狀態，不與任何物質接觸，因而不會被沾污。此外，由于硅中雜質的分凝效應和蒸發效應，可獲得高純單晶硅。目前航天領域用的太陽電池所用硅片主要用這種方式生長。

區熔法（FZ）法硅片區域熔化是對錠條的一部份進行熔化，熔化的部分稱為熔區，當硅片

區熔法生產單晶示意圖硅片區熔法生產單晶示意圖硅片澆鑄法將熔煉及凝固分開，熔煉在一個石英砂爐襯的感應爐中進行，熔融的硅液澆入一個石墨模型中，石墨模型置于一個升降臺上，周圍用電阻加熱，然后以1mm/min的速度下降。其特點是熔化和結晶在兩個不同的坩堝中進行，這種生產方法可以實現半連續化生產，其熔化、結晶、冷卻分別位于不同的地方，可以有效提高生產效率，降低能源消耗。缺點是因為熔融和結晶使用不同的坩堝，會導致二次污染，此外因為有坩堝翻轉機構及引錠機構，使得其結構相對較復雜。

澆鑄硅片澆鑄法將熔煉及凝固分開，熔煉在一個石英砂爐襯的感應爐中進硅片

鑄造法硅錠爐示意圖硅片鑄造法硅錠爐示意圖硅片熱交換法及布里曼法都是把熔化及凝固置于同一坩堝中（避免了二次污染），其中熱交換法是將硅料在坩堝中熔化后，在坩堝底部通冷卻水或冷氣體，在底部進行熱量交換，形成溫度梯度，促使晶體定向生長。下圖為一個使用熱交換法的結晶。爐示意圖該爐型采用頂底加熱，在熔化過程中，底部用一個可移動的熱開關絕熱，結晶時則將它移開以便將坩堝底部的熱量通過冷卻臺帶走，從而形成溫度梯度。

熱交換法及布里曼法硅片熱交換法及布里曼法都是把熔化及凝固置于同一坩堝中（避免硅片

熱交換法及布里曼法熱交換法結晶爐爐內結構示意圖硅片熱交換法及布里曼法熱交換法結晶爐爐內結構示意圖硅片布里曼法則是在硅料熔化后，將坩堝或加熱元件移動使結晶好的晶體離開加熱區，而液硅仍然處于加熱區，這樣在結晶過程中液固界面形成比較穩定的溫度梯度，有利于晶體的生長。其特點是液相溫度梯度dT/dX接近常數，生長速度受工作臺下移速度及冷卻水流量控制趨近于常數，生長速度可以調節。實際生產所用結晶爐大都是采用熱交換與布里曼相結合的技術。

熱交換法及布里曼法硅片布里曼法則是在硅料熔化后，將坩堝或加熱元件移動使結晶好的硅片下圖為一個熱交換法與布里曼法相結合的結晶爐示意圖。圖中，工作臺通冷卻水，上置一個熱開關，坩堝則位于熱開關上。硅料熔融時，熱開關關閉，結晶時打開，將坩堝底部的熱量通過工作臺內的冷卻水帶走，形成溫度梯度。同時坩堝工作臺緩慢下降，使凝固好的硅錠離開加熱區，維持固液界面有一個比較穩定的溫度梯度，在這個過程中，要求工作臺下降非常平穩，以保證獲得平面前沿定向凝固。

熱交換法與布里曼法結合示意圖(坩堝移動)硅片下圖為一個熱交換法與布里曼法相結合的結晶爐示意圖。圖中，硅片

熱交換法與布里曼法結合示意圖(坩堝移動)硅片熱交換法與布里曼法結合示意圖(坩堝移動)硅片下圖為另一類型的熱交換法與布里曼法結合的爐子，這種類型的結晶爐加熱時保溫框和底部的隔熱板緊密結合，保證熱量不外泄。開始結晶時，坩堝不動，將石墨加熱元件及保溫框往上慢慢移動。坩堝底部的熱量通過保溫框和隔熱板間的空隙散發出去，形成溫度梯度。

熱交換法與布里曼法結合示意圖(熱源及保溫框移動)硅片下圖為另一類型的熱交換法與布里曼法結合的爐子，這種類型的硅片

HEM+Bridgeman法示意圖(熱源及保溫框移動)硅片HEM+Bridgeman法示意圖(熱源硅片這種方法的特點是不使用坩堝，硅料通過加料裝置進入加熱區，通過感應加熱使硅料熔融，當硅液向下移離開加熱區后，結晶生長，如此通過不斷加料，不斷將結晶好的硅錠往下移，就可以實現連續生長，錠子高度可達1～2m。但用這種方法生產的硅錠晶粒尺寸小，橫截面小，因此容量也不大。

電磁鑄錠法硅片這種方法的特點是不使用坩堝，硅料通過加料裝置進入加熱區，硅片總體來說，單晶和多晶硅錠的生長方法各有所長，單晶的轉換效率高，但產能低、能耗大；多晶的轉換效率相對較低，但能耗低、產能大，適合于規模化生產。單晶的FZ及CZ方法與多晶定向凝固生長方法的比較如下表所示。

單晶和多晶硅錠的生長方法比較硅片總體來說，單晶和多晶硅錠的生長方法各有所長，單晶的轉換效硅片

單晶和多晶硅錠的生長方法比較硅片單晶和多晶硅錠的生長方法比較硅片

多晶硅硅片加工工藝流程硅片多晶硅硅片加工工藝流程硅片

硅片生產相關設備硅片硅片生產相關設備硅片

破錠硅片破錠硅片

硅片切割硅片硅片切割硅片1、型號（P型和N型，P型多晶硅是摻B，N型多晶硅是摻P）2、電阻率3、少數載流子壽命4、硅片邊長5、對角線長度6、倒角7、厚度8、總厚度變化

硅片性能參數硅片1、型號（P型和N型，P型多晶硅是摻B，N型多晶硅是硅片

周期表中III或V族元素,如硼（B）、磷（P）等電離能低，對電導率影響顯著,作摻雜劑

P型摻硼（受主），N型摻磷（施主）

I副族和過渡金屬元素,如Fe、Zn、Mn、Cr等電離能高，起復合中心的作用破壞PN結特性，少子壽命降低，轉換效率下降

碳、氧、氮等形成化合物,結晶缺陷,性能不均勻，

硅片變脆

硅片中雜質的行為硅片周期表中III或V族元素,如硼（B）、磷（P）等硅片

雜質元素濃度對電池轉換效率的影響硅片雜質元素濃度對電池轉換效率的影響產業鏈各環節介紹（二）電池產業鏈各環節介紹電池單晶硅太陽電池多晶硅太陽電池多晶硅太陽電池與單晶硅太陽電池的最大差別在于硅片，多晶硅片是許多硅晶粒的集合體

晶體硅太陽電池電池單晶硅太陽電池多晶硅太陽電池多晶硅太陽電池與單晶硅太陽電正面和背面的金屬電極用來收集光激發的自由電子和空穴，對外輸出電流；減反射薄膜的作用是減小入射太陽光的反射率；pn結的作用是將光激發的自由電子輸送給n型硅，將自由空穴輸送給p型硅。

晶體硅太陽電池結構電池正面和背面的金屬電極用來收集光激發的自由電子和空穴，對外輸出單晶硅的晶體結構。單晶硅體內的每個硅原子（Si）最近鄰有四個Si原子。未摻雜的硅稱為本征硅。摻磷原子（P）摻硼原子（B）P雜質原子最外層的電子數比硅原子多一個。P雜質原子多余的電子很容易掙脫原子核的束縛，成為自由移動的電子。摻P雜質的Si半導體主要依靠電子導電，稱為n型Si，P雜質稱為施主雜質。B雜質原子最外層的電子數比硅原子少一個，相當于B雜質原子最外層多了一個空穴。在常溫條件下，B雜質原子多余的空穴很容易掙脫原子核的束縛。摻B雜質的Si半導體主要依靠空穴導電，稱為p型Si，B雜質稱為受主雜質。

pn結電池單晶硅的晶體結構。單晶硅體摻磷原子（P）摻硼原子（B）P雜質Si原子P雜質B雜質電子空穴內建電場n型硅中有數量較多的電子，p型硅中有數量較多的空穴。當n型硅和p型硅結合在一起后，n型硅中有部分電子往p型硅中擴散，p型硅中有部分空穴往n型硅中擴散，使得n型硅在交界處附近留下帶正電的離子實，p型硅在交界處附近留下帶負電的離子實。這兩種離子實在交界處附近的區域內產生電場，稱為內建電場，電場方向由n型硅指向p型硅。n型硅和p型硅交界處附近的區域稱為pn結。

pn結電池Si原子P雜質B雜質電子空穴內建電場n型硅中有數量較多的電子

光生伏特效應電池光生伏特效應電池在太陽光的照射下，硅片中激發出自由電子和自由空穴。自由電子和空穴擴散到p-n結附近，受到內建電場的作用，電子往n型硅中漂移，空穴往p型硅中漂移。電子帶負電，空穴帶正電。漂移到n型硅中電子使n型硅帶多余的負電荷，對外表現出負電性；漂移到p型硅中的空穴使p型硅帶多余的正電荷，對外表現出正電性。n型硅和p型硅之間對外具有一定的電勢差，稱為光生電壓或者光生電動勢。

光生伏特效應電池在太陽光的照射下，硅片中激發出自由電子和自由空穴。自由電子和當太陽光照射到太陽電池表面時，由于光生伏特效應，太陽電池的正面電極和背面電極之間產生光生電壓，用金屬導線接上電燈、電器等負載，可為這些負載提供電流。

太陽電池工作原理電池當太陽光照射到太陽電池表面時，由于光生伏特效應，太陽電池的正

晶體硅太陽電池生產的工藝流程電池晶體硅太陽電池生產的工藝流程電池在硅片的切割生產過程中會形成厚度達10微米左右的損傷層，且可能引入一些金屬雜質和油污。如果損傷層去除不足，殘余缺陷在后續的高溫處理過程中向硅片深處繼續延伸，會影響到太陽電池的性能。

晶體化學表面處理（清洗制絨）電池在硅片的切割生產過程中會形成厚度達10微米左右的損傷層，且可電池清洗的目的：清除硅片表面的機械損傷層；清除表面油污和金屬雜質；形成起伏不平的絨面，減小太陽光的反射。

晶體化學表面處理（清洗制絨）電池晶體化學表面處理（清洗制絨）單晶硅片的清洗采用堿液腐蝕的技術，堿液與硅反應生成可溶于水的化合物，同時在表面形成“金字塔”狀的絨面結構。多晶硅片的清洗則采用酸液腐蝕技術，酸液與硅反應生成可溶于水的化合物，同時形成的絨面結構是不規則的半球形或者蚯蚓狀的“凹陷”。

晶體化學表面處理（清洗制絨）電池單晶硅片的清洗采用堿液腐蝕的技術，堿液與硅反應生成可溶于水的由于絨面結構的存在，入射光經絨面第一次反射后，反射光并非直接入射到空氣中，而是遇到鄰近絨面，經過鄰近絨面的第二次甚至第三次反射后，才入射到空氣中，這樣對入射光就有了多次利用，從而減小了反射率。表面沒有絨面結構的硅片對入射光的反射率大于30%，有絨面結構的硅片對入射光的反射率減小到了12%左右。

晶體化學表面處理（清洗制絨）電池由于絨面結構的存在，入射光經絨面第一次反射后，反射光并非直接

清洗設備電池清洗設備電池

磷擴散電池磷擴散電池電池

把p型硅片放在一個石英容器內，同時將含磷的氣體通入這個石英容器內，并將此石英容器加熱到一定的溫度，這時施主雜質磷可從化合物中分解出來，在容器內充滿著含磷的蒸汽，在硅片周圍包圍著許許多多的含磷的分子。磷化合物分子附著到硅片上生成磷原子。由于硅片的原子之間存在空隙，使磷原子能從四周進入硅片的表面層，并且通過硅原子之間的空隙向硅片內部滲透擴散。如果擴散進去的磷原子濃度高于p型硅片原來受主雜質濃度，就使得p型硅片靠近表面的薄層轉變成為n型。n型硅和p型硅交界處就形成了pn結。

磷擴散電池把p型硅片放在一個石英容器內，同時電池磷擴散的目的：制備太陽電池的核心－－pn結；吸除硅片內部的部分金屬雜質。

磷擴散電池磷擴散的目的：磷擴散電池磷擴散的方法三氯氧磷（POCl3）液態源擴散噴涂磷酸水溶液后鏈式擴散絲網印刷磷漿料后鏈式擴散目前行業上普遍采用第一種方法，這種方法具有生產效率較高，得到的pn結均勻、平整和擴散層表面良好等優點，非常適合制作大面積的太陽電池。

磷擴散電池磷擴散的方法磷擴散管式擴散爐

磷擴散電池管式擴散爐磷擴散電池擴散后的硅片除了表面的一薄層n型硅外，在背面以及周邊都有n型硅薄層，而晶體硅太陽電池實際只需要表面的n型硅，因此須去除背面以及周邊的n型硅薄層。

背面及周邊刻蝕電池擴散后的硅片除了表面的一薄層n型硅外，在背面以及周邊都有n型電池背面以及周邊刻蝕的目的：去除硅片背面和周邊的pn結；去除表面的磷硅玻璃。磷硅玻璃是擴散過程中的反應產物，是一層含磷原子的二氧化硅。

背面以及周邊刻蝕的方法：酸液腐蝕（濕法刻蝕）等離子體刻蝕（干法刻蝕）

背面及周邊刻蝕電池背面以及周邊刻蝕的目的：背面及周邊刻蝕濕法刻蝕設備

背面及周邊刻蝕電池濕法刻蝕設備背面及周邊刻蝕電池

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池電池

PECVD鍍SiN薄膜的目的：SiN薄膜作為減反射膜可減小入射光的反射；在SiN薄膜的沉積過程中，反應產物氫原子進入到SiN薄膜內以及硅片內，起到了鈍化缺陷的作用。

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池PECVD鍍SiN薄膜的目的：PECVD鍍氮化硅太陽電池表面的深藍色SiN薄膜

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池太陽電池表面的深藍色SiN薄膜PECVD鍍氮化硅（SiN）電池SiN薄膜的物理性質和化學性質：結構致密，硬度大能抵御堿金屬離子的侵蝕介電強度高耐濕性好耐一般的酸堿，除HF和熱H3PO4

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池SiN薄膜的物理性質和化學性質：PECVD鍍氮電池SiN薄膜的優點優良的表面鈍化效果高效的光學減反射性能（厚度和折射率匹配）低溫工藝（有效降低成本）含氫SiNx:H可以對mc-Si提供體鈍化

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池SiN薄膜的優點PECVD鍍氮化硅（SiN）薄入射光在SiN薄膜表面發生一次反射，在SiN薄膜和硅片界面發生第二次反射，通過適當選取SiN薄膜的厚度和折射率，可以使一次反射光和二次反射光相抵消，從而減小了反射。沉積SiN減反射膜后，硅片表面對入射光的平均反射率可進一步減小到5%左右。

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池入射光在SiN薄膜表面發生一次反射，在SiN薄膜和硅片界面發電池PECVD：即“等離子增強型化學氣相沉積”，是一種化學氣相沉積的鍍膜技術；PECVD借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子化學活性很強，很容易發生反應，在基片上沉積出所期望的薄膜。等離子體中含有大量高能量的電子，它們可以提供化學氣相沉積過程所需的激活能，大大降低薄膜沉積所需的溫度。

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池PECVD：PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池PECVD的優點：節省能源，降低成本；提高產能；減少了高溫導致的硅片中少子壽命衰減；

PECVD的一個基本特征是實現了薄膜沉積工藝的低溫化（<450℃）。

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池PECVD的優點：PECVD鍍氮化硅（SiN）薄PECVD鍍膜設備

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池PECVD鍍膜設備PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池

絲網印刷與燒結電池絲網印刷與燒結電池電池絲網印刷的目的：印刷背面電極漿料，銀鋁（Ag/Al）漿，并烘干；印刷背面場漿料，鋁漿，并烘干；印刷正面電極漿料，銀漿，并烘干。燒結的目的：燃盡漿料的有機組分，使漿料和硅片形成良好的金屬電極。

絲網印刷與燒結電池絲網印刷的目的：絲網印刷與燒結正面電極背面電極

絲網印刷與燒結電池正面電極背面電極絲網印刷與燒結電池印刷漿料的過程

絲網印刷與燒結電池印刷漿料的過程絲網印刷與燒結電池絲網印刷設備，每臺印刷機后都有一臺烘干爐

絲網印刷與燒結電池絲網印刷設備，每臺印刷機后都有一臺烘干爐絲網印刷與燒結電池燒結爐

絲網印刷與燒結電池燒結爐絲網印刷與燒結電池將太陽電池接上負載。在光照條件下，改變負載的電阻，太陽電池的輸出電壓V、輸出電流I和輸出功率P將隨之變化。記錄下V、I、P的變化情況，并將數據繪成曲線，將得到上圖的曲線，稱為太陽電池的電流－電壓特性。

晶體硅太陽電池的電流－電壓特性電池將太陽電池接上負載。在光照條件下，改變負載的電阻，太陽電池的電池短路電流

Isc

：負載的電阻為零時，太陽電池的輸出電流；開路電壓Voc

：負載的電阻無窮大時，太陽電池的輸出電壓；最大功率點Pm

：太陽電池的最大輸出功率；最大功率點電流Im

：輸出功率最大時，太陽電池的輸出電流；最大功率點電壓Vm

：輸出功率最大時，太陽電池的輸出電壓；

太陽電池的性能參數電池短路電流Isc：負載的電阻為零