光伏行業(yè)基礎知識

主要內容光伏產品的應用光伏產業(yè)鏈的介紹產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)介紹

光伏產品的應用什么是光伏？1839年，法國Becqueral第一次發(fā)現(xiàn)，在光照條件下，某些固體系統(tǒng)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(fā)出效率為6％的單晶硅太陽電池，現(xiàn)代硅太陽電池時代從此開始。

光伏發(fā)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

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太陽能路燈光伏發(fā)電的應用光伏產業(yè)鏈的介紹光伏產業(yè)鏈多晶硅料多晶硅片太陽電池光伏組件光伏系統(tǒng)產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)介紹（一）硅片生產多晶硅片的工藝流程清洗，裝料熔化，開始長晶繼續(xù)生長凝固，冷卻硅錠出爐剖錠多線切割硅片清洗硅片

多晶硅料多晶硅料產品：棒狀、塊狀、粒狀硅片

多晶硅硅錠硅片

多晶硅硅片硅片

單晶硅硅棒硅片

單晶硅硅片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。單晶硅片主要是125mm×125mm。多晶硅片主要是125mm×125mm和156mm×156mm兩種規(guī)格。硅片外觀區(qū)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均勻一致。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。硅片單晶硅硅棒提拉法（CZ法）區(qū)熔法（FZ法）多晶硅硅錠澆鑄法熱交換法（HEM法）及布里曼法（Bridgeman）電磁鑄錠法

生產方法硅片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，在用去離子水沖洗液浸泡至中性，最后烘干分類存放。

工藝—清洗硅料硅片設備、工模具：硅料清洗機、裝硅料的花籃、溫度計、PH測量計、電阻率測量儀、量杯、電子秤、防護服等材料：硅料、NaOH、HF、HCL、去離子水。

工藝—清洗硅料硅片裝料前需對坩堝進行坩堝噴涂、坩堝燒結處理，在坩堝內表面形成均勻厚度的氮化硅。為避免硅料與坩堝接觸污染硅錠。裝料時按照坩堝底大塊硅料、上面細硅料的原則，硅料縫隙間用細小硅料填充。

工藝—裝料硅片坩堝噴涂燒結設備、工模具、材料：坩堝噴涂站、坩堝燒結爐、恒溫箱、紅外測溫槍、防護服、電動吸等；石英坩堝、氮化硅粉、純水、壓縮空氣裝料設備、工模具、材料：硅錠運轉車、石墨護板、防護服、電子秤、工業(yè)吸塵器；石英坩堝、硅料、硼母合金。

工藝—裝料硅片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”。

工藝—鑄錠硅片設備、工模具：定向凝固爐（DSS）、裝卸料電瓶車、工業(yè)吸塵器、耐高溫手套、硅錠轉運車等材料：真空油脂、氬氣、壓縮空氣

工藝—鑄錠硅片鑄錠爐圖片硅片將硅錠切割成一定尺寸的硅塊，去除硅錠四周邊皮料，再對硅塊四角輪流進行倒角，最后去頭尾。邊皮料、頭尾料中含有較高的碳、氧、金屬雜質等，嚴重影響硅片性能。

工藝—破錠硅片設備、工模具：多線切割剖錠機、倒角機、數(shù)控金剛石帶鋸床、防護服、吊車材料：粘接劑、鋼線、砂漿、金剛石帶鋸

工藝—破錠硅片將處理好的硅塊進行粘接、切割，切割成設定厚度的硅片。目前硅片厚度一般為180um和200um。粘接時，對硅塊粘接面、金屬模板、玻璃進行清洗，使用粘接劑粘接在一起。

工藝—多線切割硅片設備、工模具：超聲波清洗機、多線切割機、電瓶堆垛車、吹風機、鏟刀、電子秤等材料：硅塊、粘接劑、卷紙、酒精、鋼線、砂漿等

工藝—多線切割硅片在硅片清洗前，對切割后的硅片進行預清洗，將硅片從模板上清洗下來。硅片清洗使用清洗劑、醋酸、純水清洗，去除粘接劑和各種表面雜質，得到清潔的硅片。

工藝—硅片清洗硅片設備、工模具、材料：硅片預清洗設備、硅片清洗機、清洗劑、醋酸、純水多晶硅片、硅片盒等

工藝—硅片清洗硅片使用Manz硅片檢測設備對硅片進行測試、分選，測試出每片硅片的性能參數(shù)，根據(jù)性能分類。測試數(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。

工藝—包裝硅片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(shù)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(shù)產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)介紹（二）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(fā)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

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(xù)的高溫處理過程中向硅片深處繼續(xù)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）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(guī)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）電池電池多晶硅片的酸腐蝕清洗機理：通常應用的硅的酸腐蝕液包含氧化劑（如HNO3）和絡和劑（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SiO2的絡和作用生成可溶性的絡和物。電池多晶硅片的酸腐蝕清洗除HCl酸外，HF酸,HNO3酸，KOH，都是強腐蝕性的化學藥品，其中HF腐蝕更是強烈，他們的固體顆粒、溶液、蒸汽會傷害到人的皮膚、眼睛、呼吸道。

清洗設備電池多晶硅片的清洗設備

磷擴散電池電池磷擴散的目的：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方法三氯氧磷（POCl3）液態(tài)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(yè)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(yōu)點，非常適合制作大面積的太陽電池。

磷擴散電池三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴散原理N2電池POCl3POCl3是目前磷擴散用得較多的一種雜質源無色透明液體，具有刺激性氣味。如果純度不高則呈紅黃色。比重為1.67，熔點2℃，沸點107℃，在潮濕空氣中發(fā)煙。POCl3很容易發(fā)生水解，POCl3極易揮發(fā)。升溫下與水接觸會反應釋放出腐蝕有毒易燃氣體。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（PSG）。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和周邊刻蝕原理硝酸/亞硝酸（HNO2）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（快反應），生成四氟化硅和水（快反應），四氟化硅又和水化合成氟硅酸進入溶液。硫酸不參與反應，僅僅是增加氫離子濃度，加快反應，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。濕法刻蝕設備

背面及周邊刻蝕電池

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）薄膜太陽電池表面的深藍色SiN薄膜

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池電池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薄膜的優(yōu)點優(yōu)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）薄膜電池電池硅烷（SiH4）硅烷在常溫常壓下為具有惡臭的無色氣體。在室溫下著火，在空氣或鹵素氣體中發(fā)生爆炸性燃燒。即使用其它氣體稀釋，如果濃度不夠低，仍能自燃。硅烷在氬氣中含2%、氮氣中含2.5%、氫氣中含1%時，它仍能著火。硅烷濃度在小于1%時不燃，大于3%時自燃,1%-3%時可能燃燒。

PECVD鍍膜設備

PECVD鍍氮化硅（SiN）薄膜電池

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?jié){料和硅片形成良好的金屬電極。

絲網印刷與燒結正面電極背面電極

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(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。

晶體硅太陽電池的電流－電壓特性電池電池短路電流

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(shù)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(shù)；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

：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(lián)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(shù)產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)介紹（三）組件組件

產品實圖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。

組件線組件組件作為晶體硅太陽能行業(yè)的最終產品，應用于光伏系統(tǒng)發(fā)電，即直接面向客戶。其質量最為關鍵。目前，優(yōu)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(fā)生熔融粘接與交聯(lián)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(huán)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(fā)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1、劃片—2、電池檢測—3、正面焊接—檢驗—4、背面串接—檢驗—5、敷設（玻璃清洗、材料切割、敷設）—6、中間測試—7、層壓—8、去毛邊（去邊、清洗）—9、裝邊框（涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠）—10、焊接接線盒—11、組件測試—外觀檢驗—12、包裝入庫；

工藝組件根據(jù)需要進行劃片，將太陽電池切成需要的小尺寸。所需設備：激光劃片機材料：太陽電池片、破碎太陽電池片

工藝—劃片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(jù)其性能參數(shù)進行分類；電池測試即通過測試電池的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對其進行分類。以提高電池的利用率，做出質量合格的光伏組件。

工藝—電池測試組件

電池測試組件

工藝—電池測試所需設備：太陽能電池單體測試分選儀材料：電池片組件是將焊帶焊接