太陽能光伏入門——晶硅組件篇

1、目錄一、光伏產(chǎn)品的應(yīng)用11.1、什么是光伏？11.2、光伏發(fā)電的應(yīng)用1二、光伏產(chǎn)業(yè)鏈的介紹52.1、光伏產(chǎn)業(yè)鏈5三、產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)介紹63.1、硅片63.1.1、硅片規(guī)格83.1.2、單晶硅片與多晶硅片的外觀區(qū)別83.1.3、生產(chǎn)方法83.1.4、清洗硅料83.1.5、裝料93.1.6、鑄錠103.1.7、破錠103.1.8、多線切割113.1.9、硅片清洗123.1.10、包裝123.1.11、硅片性能參數(shù)133.2、電池143.2.1、晶體硅太陽電池區(qū)別143.2.2、晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)143.2.3、太陽電池工作原理153.2.4、晶體硅太陽電池的生產(chǎn)工藝流程153.2.5、晶體化學(xué)表面處

2、理（清洗制絨）163.2.6、多晶硅片的酸腐蝕清洗173.2.7、磷擴(kuò)散183.2.8、背面及周邊刻蝕203.2.9、PECVD鍍氮化硅(SiN)薄膜213.2.10、絲網(wǎng)印刷與燒結(jié)243.2.11、晶體硅太陽電池的電流電壓特性253.2.12、太陽電池的性能參數(shù)263.3、組件273.3.1、組件線273.3.2、組件結(jié)構(gòu)273.3.3、材料晶體硅太陽電池283.3.4、材料EVA283.3.5、材料TPT293.3.6、材料鋼化玻璃293.3.7、材料鋁型材邊框293.3.8、材料涂錫銅帶303.3.9、工藝流程303.3.10、工藝劃片303.3.11、工藝電池測(cè)試303.3.12、工藝

3、正面焊接313.3.13、工藝背面串接323.3.14、工藝敷設(shè)323.3.15、工藝玻璃清洗333.3.16、工藝材料切割333.3.17、工藝中間測(cè)試343.3.18、工藝層壓343.3.19、工藝修邊353.3.20、工藝裝框353.3.21、工藝焊接接線盒363.3.22、工藝組件測(cè)試37一、光伏產(chǎn)品的應(yīng)用1.1、什么是光伏？ 1839年，法國的Becqueral第一次發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象后來被稱為“光生伏特效應(yīng)”，簡稱“光伏效應(yīng)”1954年，貝爾實(shí)驗(yàn)室Chapin等人開發(fā)出效率為6%的單晶硅太陽電池，現(xiàn)代硅太陽電池時(shí)代從此開始1.2、光伏發(fā)電的應(yīng)

4、用神舟五號(hào)飛船上的太陽能帆板空間站上的天陽能帆板太陽能汽車太陽能飛行器光伏發(fā)電站通過光伏供電的通訊基站太陽能電池充電器太陽能路燈二、光伏產(chǎn)業(yè)鏈的介紹2.1、光伏產(chǎn)業(yè)鏈多晶硅料多晶硅片太陽電池光伏組件光伏系統(tǒng)三、產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)介紹3.1、硅片生產(chǎn)多晶硅片的工藝流程多晶硅料（棒狀、塊狀、粒狀）多晶硅硅錠多晶硅硅片單晶硅硅棒單晶硅硅片3.1.1、硅片規(guī)格 目前晶體硅太陽電池硅片分為單晶硅硅片和多晶硅硅片，單晶硅硅片主要是125mm×125mm，多晶硅硅片主要是125mm×125mm或156mm×156mm3.1.2、單晶硅片與多晶硅片的外觀區(qū)別 多晶硅硅片相對(duì)于單晶硅硅片

5、，有明顯的多晶特性，表面有一個(gè)個(gè)晶粒形狀，而單晶硅硅片表面顏色均勻一致，單晶硅硅片因?yàn)閷?shí)用硅棒的原因，四角有圓形大倒角，而多晶硅硅片一般采用小倒角3.1.3、生產(chǎn)方法單晶硅硅棒提拉法區(qū)熔法多晶硅硅錠澆鑄法熱交換法及布里曼法電磁鑄錠法3.1.4、清洗硅料 除去硅料表面的石英，金屬離子等先使用堿液去除石英等，再使用酸混合液酸洗，再用等離子水沖洗浸泡至中性，最后烘干分類存放設(shè)備、工具模：硅料清洗機(jī)、硅料花籃、溫度計(jì)、PH測(cè)量計(jì)、電阻率測(cè)量儀、量杯、電子稱、防護(hù)服等材料：硅料、NaOH、HF、HCL、去離子水硅料清洗機(jī)3.1.5、裝料 裝料前需對(duì)坩堝進(jìn)行坩堝涂噴、坩堝燒結(jié)處理，在坩堝內(nèi)表面形成均勻厚度

6、的氮化硅為避免硅料與坩堝接觸污染硅錠裝料時(shí)按照坩堝底大塊硅料、上面細(xì)硅料的原則，硅料縫隙間用細(xì)小硅料填充坩堝涂噴燒結(jié)設(shè)備、工具模、材料：坩堝噴涂站、坩堝燒結(jié)爐、恒溫箱、紅外測(cè)溫槍、防護(hù)服、電動(dòng)吸等;石英坩堝、氮化硅粉、純水、壓縮空氣裝料設(shè)備、工具模、材料：硅錠運(yùn)轉(zhuǎn)車、石墨護(hù)板、防護(hù)服、電子稱、工業(yè)吸塵器;石英坩堝、硅料、硼母合金3.1.6、鑄錠 在上面工藝流程中的熔化、定向生長、冷卻凝固、硅錠出爐都是在鑄錠爐內(nèi)完成生成完整的多晶硅錠我公司使用的鑄錠爐原理方法是上面介紹的熱交換法及布里曼法設(shè)備、工具模：定向凝固爐(DSS) 、裝卸料電瓶車、工業(yè)吸塵器、耐高溫手套、硅錠轉(zhuǎn)運(yùn)車等材料：真空油脂、氬氣

7、、壓縮空氣鑄錠爐3.1.7、破錠 將硅錠切割成一定尺寸的硅塊，去除硅錠四周邊皮料，再對(duì)硅塊四角輪流進(jìn)行倒角，最后去頭尾邊皮料、頭尾料中含有較高的碳、氧、金屬雜質(zhì)等，嚴(yán)重影響硅片性能設(shè)備、工具模：多線切割剖錠機(jī)、倒角機(jī)、數(shù)控金剛石帶鋸床、防護(hù)服、吊車材料：粘接劑、鋼線、砂漿、金剛石帶鋸多線切割剖錠機(jī)3.1.8、多線切割 將處理好的硅塊進(jìn)行粘接、切割，切割成設(shè)定厚度的硅片目前硅片厚度一般為180um和200um粘接時(shí)，對(duì)硅塊粘接面、金屬模板、玻璃進(jìn)行清洗，使用粘接劑粘接在一起設(shè)備、工具模：超聲波清洗機(jī)、多線切割機(jī)、電瓶堆垛車、吹風(fēng)機(jī)、鏟刀、電子稱等材料：硅塊、粘接劑、卷紙、酒精、鋼線、砂漿等多線切

8、割機(jī)3.1.9、硅片清洗 在硅片清洗前，對(duì)切割后的硅片進(jìn)行預(yù)清理，將硅片從模板下清洗下來硅片清洗使用清潔劑、醋酸、純水清洗，去除粘接劑和各種表面雜質(zhì)，得到清潔的硅片設(shè)備、工具模、材料：硅片預(yù)清洗設(shè)備、硅片清洗機(jī)、清洗劑、醋酸、純水多晶硅片、硅片盒等3.1.10、包裝 使用硅片檢測(cè)設(shè)備對(duì)硅片進(jìn)行測(cè)試、分選，測(cè)試出每片硅片的性能參數(shù)，根據(jù)性能分類測(cè)試數(shù)據(jù)包括厚度、電阻率、少子壽命等相同分類的硅片包裝在一起硅片檢測(cè)設(shè)備3.1.11、硅片性能參數(shù)型號(hào)（摻B的P型與摻P的N型）電阻率少數(shù)載流子壽命硅片邊長對(duì)角線長度倒角厚底總厚度變化3.2、電池3.2.1、晶體硅太陽電池區(qū)別兩者最大差別在于硅片，多晶硅片

9、是許多硅晶粒的集合體單晶硅太陽電池 多晶硅太陽電池3.2.2、晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)正面和背面的金屬電極用來收集光激發(fā)的自由電子和空穴，對(duì)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(jié)的作用是將光激發(fā)的自由電子輸送給n型硅，將自由空穴輸送給p型硅3.2.3、太陽電池工作原理 當(dāng)太陽光照射到太陽電池表面時(shí)，由于光生伏特效應(yīng)，太陽電池的正面電極和背面電極之間產(chǎn)生電壓，用金屬導(dǎo)線接上電燈、電器等負(fù)載，可為這些負(fù)載提供電流3.2.4、晶體硅太陽電池的生產(chǎn)工藝流程3.2.5、晶體化學(xué)表面處理（清洗制絨） 在硅片的切割生產(chǎn)過程中會(huì)形成厚度達(dá)10微米左右的損傷層，且可能引入一些金屬雜質(zhì)和油污如果損

10、傷層去除不足，殘余缺陷在后續(xù)的高溫處理過程中向硅片深處繼續(xù)延伸，會(huì)影響到太陽電池的性能清洗目的:清洗硅片表面的機(jī)械損傷層清除表面油污和金屬雜質(zhì)形成起伏不平的絨面，減小太陽光的反射單 晶硅片的清洗采用堿液腐蝕的技術(shù)，堿液與硅反應(yīng)生成可溶于水的化合物同時(shí)在表面形成金字塔狀的絨面結(jié)構(gòu)多晶硅片的清洗則采用酸液腐蝕的技術(shù)，酸液與硅反應(yīng)生成可溶于水的化合物，同時(shí)形成的絨面結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的半球形或者蚯蚓狀的“凹陷” 由于絨面結(jié)構(gòu)的存在，入射光經(jīng)絨面第一次反射后，反射光并非直接射入到空氣中，而是遇到鄰近絨面，經(jīng)過臨近絨面的二次反射甚至第三次反射后，才射入到空氣中，這樣對(duì)入射光線就有了多次利用，從而減小了反射率表

11、面沒有絨面結(jié)構(gòu)的硅片對(duì)入射光的反射率大于30%，有絨面結(jié)構(gòu)的硅片對(duì)入射光的反射率減小到了12%左右3.2.6、多晶硅片的酸腐蝕清洗 通常應(yīng)用的硅的酸腐蝕液包含氧化劑(如HNO3)和絡(luò)和劑(如HF)兩部分 一方面通過HNO3與硅的氧化作用在硅的表面生成SiO2另一方面通過HF對(duì)SiO2的絡(luò)合作用生成可溶性的絡(luò)合物 除HCl外，HF、HNO3、KOH都是強(qiáng)酸腐蝕性的化學(xué)藥品，其中HF腐蝕最為強(qiáng)烈，他們的固體顆粒、溶液，蒸汽會(huì)傷害到人的皮膚、眼睛、呼吸道多晶硅片清洗設(shè)備3.2.7、磷擴(kuò)散磷擴(kuò)散的目的：制備太陽電池的核心pn結(jié)吸出硅片內(nèi)部的部分金屬雜質(zhì)磷擴(kuò)散的方法：三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴(kuò)散（常

12、用，效率高、pn結(jié)均勻、平整和擴(kuò)散層表面良好）噴涂磷酸水溶液后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散三氯氧磷液態(tài)源擴(kuò)散原理三氯氧磷介紹： 三氯氧磷是目前磷擴(kuò)散用得較多的一種雜質(zhì)源，為無色透明液體并具有刺激性氣味，純度不高為紅黃色；比重為1.67，熔點(diǎn)2，沸點(diǎn)107，在潮濕空氣中發(fā)煙；很容易揮發(fā)或水解，升溫下與水接觸會(huì)反應(yīng)釋放出腐蝕有毒易燃?xì)怏w管式擴(kuò)散爐3.2.8、背面及周邊刻蝕擴(kuò)散后的硅片除了表面的一層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(shí)際只需要表面的n型硅，因此需去除背面以及周邊的n型硅薄層背面及周邊刻蝕的目的：去除硅片背面和周邊的pn結(jié)去除表面的磷硅玻璃（PSG）磷硅玻璃是

13、擴(kuò)散過程中的反應(yīng)產(chǎn)物，是一層含磷原子的二氧化硅背面及周邊刻蝕的方法：酸液腐蝕（濕法刻蝕）等離子體刻蝕（干法刻蝕）背面及周邊刻蝕原理：硝酸/亞硝酸將硅氧化成二氧化硅（主要是亞硝酸將硅氧化）；二氧化硅和氫氟酸反應(yīng)（快反應(yīng)），生成四氟化硅和水（快反應(yīng)），四氟化硅又和水化合成氟硅酸進(jìn)入溶液；硫酸不參與反應(yīng)，僅僅是增加氫離子濃度，加快反應(yīng)，增加溶液黏度(增大溶液與PSG薄層間的界面張力)和溶液密度濕法刻蝕設(shè)備3.2.9、PECVD鍍氮化硅(SiN)薄膜 PECVD鍍氮化硅的目的：氮化硅薄膜作為減反射膜可減小入射光的反射在氮化硅薄膜的沉淀過程中，反應(yīng)產(chǎn)物氫原子進(jìn)入到氮化硅薄膜內(nèi)以及硅片內(nèi)，起到了

14、鈍化缺陷的作用太陽電池表面的深藍(lán)色SiN薄膜SiN薄膜的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)：結(jié)構(gòu)致密硬度大能抵御金屬離子的侵蝕介電強(qiáng)度高耐濕性好耐一般的酸堿，除HF和熱H3PO4SiN薄膜的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的表面鈍化效果高效的光學(xué)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(duì)mc-Si提供體鈍化 入射光在SiN薄膜表面發(fā)生一次反射，在SiN薄膜和硅片界面發(fā)生的二次反射，通過適當(dāng)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，從而減小了反射沉淀SiN減反射膜后，硅片表面對(duì)入射光的平均反射率可進(jìn)一步減小到5%左右PECVD鍍膜設(shè)備3.2.10、絲網(wǎng)印刷與燒結(jié)絲網(wǎng)印刷的目的

15、：印刷背面電極漿料，銀鋁漿，并烘干印刷背面場漿料，鋁漿，并烘干印刷正面電極漿料，銀獎(jiǎng)，并烘干燒結(jié)的目的：燃盡漿料的有機(jī)組分，使?jié){料和硅片形成良好金屬的電極正面電極 背面電極絲網(wǎng)印刷設(shè)備燒結(jié)爐3.2.11、晶體硅太陽電池的電流電壓特性 將太陽電池接上負(fù)載在光照條件下，改變負(fù)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(shù)據(jù)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3.2.12、太陽電池的性能參數(shù)短路電流Isc：負(fù)載的電阻為零時(shí)，太陽電池的輸出電流開路電壓Voc：負(fù)載電阻無窮大時(shí)，太陽電池的輸出電壓最大功率點(diǎn)Pm：太陽電池的最大輸出功率

16、最大功率點(diǎn)電流Im：輸出功率最大時(shí)，太陽電池的輸出電流最大功率點(diǎn)電壓Vm：輸出功率最大時(shí)，太陽電池的輸出電壓轉(zhuǎn)換效率：太陽電池的最大輸出功率Pm與入射光功率的比值填充因子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(lián)電阻Rs：由體電阻、表面電阻、電極導(dǎo)體電阻、電極與硅表面的接觸電阻組成并聯(lián)電阻Rsh：為旁漏電阻，他是由硅片的邊緣不清潔或硅片表面缺陷引起3.3、組件產(chǎn)品實(shí)圖3.3.1、組件線組件線又叫封裝線，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)了電池的抗擊強(qiáng)度產(chǎn)品的高

17、質(zhì)量和高壽命是贏得客戶滿意的關(guān)鍵，所以組件版的封裝質(zhì)量非常重要組件作為晶體硅太陽能行業(yè)的最終產(chǎn)品，應(yīng)用于光伏系統(tǒng)發(fā)電，即直接面向客戶其質(zhì)量最為關(guān)鍵目前，優(yōu)良的組件產(chǎn)品擁有25年的質(zhì)量保證，即十年內(nèi)功率衰減減小小于等于10%，二十五年內(nèi)功率減小少于等于20%3.3.2、組件結(jié)構(gòu) 3.3.3、材料晶體硅太陽電池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3.3.4、材料EVAEVA是一種熱熔膠粘劑，常溫下無粘性且具有抗粘性，便于操作，經(jīng)一定條件熱壓發(fā)生熔融粘接與交聯(lián)固化，并變得完全透明，長期的實(shí)踐證明：它在太陽電池封裝與戶外使用均獲得相當(dāng)滿意的效果 固化后的EVA能承受大氣變化

18、且具有彈性，他將晶體硅片組“上蓋下墊”，將硅晶片組包封，并和上層保護(hù)材料玻璃，下層保護(hù)材料TPT(聚氟乙烯復(fù)合膜)，利用真空層壓技術(shù)粘合為一體另一方面，它和玻璃粘和后能提高玻璃的透光率，起著增透的作用，并對(duì)太陽電池組件的輸出有增益作用3.3.5、材料TPTTPT(聚氟乙烯復(fù)合膜)，用在組件背面，作為背面保護(hù)封裝材料、用于封裝的TPT至少應(yīng)該有三層結(jié)構(gòu)：外層保護(hù)層PVF具有良好的抗環(huán)境侵蝕能力，中間層為聚酯薄膜具有良好的絕緣性能，內(nèi)層PVF需經(jīng)表面處理的EVA具有良好的粘接性能太陽電池背面覆蓋物氟塑料膜為白色，對(duì)陽光起反射作用，因此對(duì)組件的效率略有提高，并因此具有較高的紅外發(fā)射率，還可降低組件的

19、工作溫度，也有利于提高組件的效率當(dāng)然，此氟塑料膜首先具有太陽電池封裝材料應(yīng)具有的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求3.3.6、材料鋼化玻璃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(yīng)范圍內(nèi)(320-1100nm)透光率達(dá)到91%以上，對(duì)于大于1200nm的紅外光有較高的反射率此玻璃能同時(shí)耐太陽紫外光線的輻射，透光率不下降3.3.7、材料鋁型材邊框平板組件必須有邊框，以保護(hù)組件和組件與方陣的連接固定邊框?yàn)檎辰Y(jié)劑構(gòu)成對(duì)組件邊緣的密封3.3.8、材料涂錫銅帶涂錫帶由無氧銅剪切拉撥或軋制而成，所有外表面都有熱度涂層涂錫帶用于太陽能組件生產(chǎn)時(shí)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

20、焊接操作性及牢固性3.3.9、工藝流程 劃片電池檢修正面焊接+檢驗(yàn)背面串接+檢驗(yàn)敷設(shè)（玻璃清洗、材料切割、敷設(shè)）中間測(cè)試層壓去毛邊（去邊、清洗）裝邊框（涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠）焊接接線盒組件測(cè)試+外觀檢驗(yàn)包裝入庫3.3.10、工藝劃片根據(jù)需要進(jìn)行劃片，將太陽電池切成需要的小尺寸所需設(shè)備：激光劃片機(jī)材料：太陽電池片、破碎太陽電池片3.3.11、工藝電池測(cè)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(cè)試即通過測(cè)試電池的輸出參數(shù)(電流和電壓)的大小對(duì)其進(jìn)行分類以提高電池的利用率，做出質(zhì)量合格的

21、光伏組件 所需設(shè)備：太陽能電池單體測(cè)試分選儀 材料：電池片電池測(cè)試3.3.12、工藝正面焊接是將焊帶焊接到電池正面(負(fù)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(shí)與后面的電池片的背面電極相連所需設(shè)備：恒溫焊臺(tái)(手工焊)、自動(dòng)串焊機(jī)(機(jī)械焊)材料：電池片、焊帶(助焊劑浸泡)輔助工具：烙鐵頭、酒精、無塵布工裝：焊接工作臺(tái)3.3.13、工藝背面串接背面焊接是將12 片電池串接在一起形成一個(gè)組件串 ，電池的定位主要靠一個(gè)模具板，上面有12個(gè)放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對(duì)應(yīng)，槽的位置已經(jīng)設(shè)計(jì)好，不同規(guī)格的電池片使用不同的模板，操作者實(shí)用電烙鐵和焊錫絲將“前面電

22、池”的正面電極(負(fù)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(fù)極焊接出引線所需設(shè)備：恒溫焊臺(tái)(手工焊)、自動(dòng)串焊機(jī)(機(jī)械焊)材料：電池片、焊帶(助焊劑浸泡)輔助工具：烙鐵頭、酒精、無塵布工裝：焊接工作臺(tái)3.3.14、工藝敷設(shè)背面串接好且經(jīng)過檢驗(yàn)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(shè)好，準(zhǔn)備層壓敷設(shè)時(shí)保證電池串與玻璃等材料的相對(duì)位置，調(diào)整好電池間的距離，為層壓打好基礎(chǔ)所需設(shè)備：恒溫焊臺(tái)材料：電池串，焊錫絲，切割好的EVA 、TPT，清洗干凈的鋼化玻璃，匯流條輔助工具：烙鐵頭、手術(shù)刀工裝：敷設(shè)臺(tái)敷設(shè)3.3.15、工藝玻璃清洗用自來水清洗玻璃，去除表面污漬、雜質(zhì)等所需設(shè)備：玻璃清洗機(jī)材料：鋼化玻璃、自來水3.3.16、工藝材料切割切割TPT、EVA成合適尺寸，用于敷設(shè)所需設(shè)備：裁剪機(jī)材料：TPT、EVA3.3.17、工藝中間測(cè)試對(duì)敷