三、硅系太阳能电池的工艺介绍
拉晶、铸锭工艺
多晶硅的铸锭与单晶硅棒的拉直：
粉末状的多晶硅被生产出来之后需要经过铸锭炉或单晶炉 进行重新熔融，通过对加热温度、冷却时间等参数的控制 制成所需要的多晶硅锭和单晶硅棒；
1.单晶硅棒——直拉法
2.多晶硅锭——铸造法
注：硅的熔点是1420℃
三、硅系太阳能电池的工艺介绍

四、高性能光伏电池及工艺介绍
四、高性能光伏电池及工艺介绍





OECO电池是倾斜蒸发金属接触硅电池 电池的表面由许多排列整齐的方形沟槽组成，浅发射极n+ 位于硅片的上表面，在其上有一极薄的氧化隧道层，Al电 极倾斜蒸镀于沟槽的侧面，然后利用PECVD蒸镀氮化硅作为 钝化层和减反射膜 OECO电池有以下特点： （1）电极是蒸镀在沟槽的侧面，有利于提高短路电流； （2）优异的MIS结构设计，可以获得很高的开路电压和填 充因子； （3）高质量的蒸镀电极接触； （4）不受接触特性限制的可以被最优化的浅发射极； （5）高质量的低温表面钝化。
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二、光伏电池分类
薄膜太阳电池
CdTe太阳电池 最高效率：16.9% 商业化：9-11%
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非晶硅薄膜太阳电池，最高 效率：12.8%（稳定） 商业化：6-8%
CIGS 薄膜太阳电池，最高效
下一代薄膜太阳电池
率19.9%，商业化12%。
三、硅系太阳能电池的工艺介绍
晶硅电池产业链
三、硅系太阳能电池的工艺介绍
光伏能源先进技术发展和关键技术应用
2017.8
主要内容
一、光伏发电原理 二、光伏电池的分类 三、硅系光伏电池片的制造工艺介绍 四、高性能光伏电池及工艺介绍
五、光伏发电应用技术介绍
六、光伏检测设备介绍
一、光伏发电原理
太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转 换器才能转换成电能, 能将光能转换成电能的能 量转换器之一，就是光伏电池。 光伏电池的物理基础是由两种不同半导体材 料构成的大面积PN结，以及非平衡少数载流子在 PN结内电场作用下形成的漂移电流。



四、高性能光伏电池及工艺介绍
四、高性能光伏电池及工艺介绍

IBC 电池是背电极接触硅电池 IBC 电池是背电极接触( Interdigitated Back-contact )硅光伏电 池的简称。由Sunpower公司开发的高效电池，其特点是正 面无栅状电极，正负极交叉排列在背后。利用点接触(Pointcontact cell，PCC)及丝网印刷技术。 这种背电极的设计实现了电池正面“零遮挡”，增加了光 的吸收和利用。但制作流程也十分复杂，工艺中的难点包 括P+扩散、金属电极下重扩散以及激光烧结等。2009年7月 SunPower公司上市了转换效率为19.3％的光伏电池模块。
四、高性能光伏电池及工艺介绍
DSSC 主要结构包括三个部分: ① Graphene based transparent conducting electrodes工作电极; ② Graphenebased counter electrode对电极; ③ TiO2graphene composites basedPhotoanodes电解质



四、高性能光伏电池及工艺介绍
四、高性能光伏电池及工艺介绍

HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin-laye ）高效异质结太阳电池 早在1992年，Makoto Tanaka等人在三洋公司第一次制备出HIT电池，当时转换效率达 18.1%。经过不断改进，在100.4 cm2大小的硅片上，HIT电池的效率已经达到23%。HIT电 池中间为经过制绒的n型衬底硅，光照侧为p型/ i型（本征）非晶硅薄膜，背面为n型/ i 型非晶硅薄膜，前后表面溅射有TCO薄膜，电极制备在TCO薄膜上。HIT电池特点主要有以 下几个方面： 1 p-n结的制备是一个低温沉积过程（～250 ℃），避免了传统晶体硅太阳电池的高温 扩散过程（>850 ℃）对基体材料的热影响； 2 在p-n结之间沉积一层本征的非晶硅薄层，可以有效地降低结区复合速率，电池背面 的n型非晶硅层同基体形成高低结，同时本征非晶硅层起到背面钝化作用，可以有效降低 背面复合，提高电池开路电压； 3 稳定性良好，不会产生光照衰减； 4 p-n结通过薄膜沉积的方式实现，基体厚度可以降低到较低水平，有利于降低成本。 HIT电池是高效太阳电池中比较成功的一种，2011年Sanyo公司的HIT电池产能达565 MW。 目前全球虽然有多个机构在研究HIT电池，但都很难重复或者达到Sanyo公司得到的结果， 表明该技术有较高的难度。
中电SE电池的工艺特点为：

1） 利用丝网印刷腐蚀剂来代替传统光刻技术在二氧 化硅层上蚀刻电极图形，一般为10％～25％的氟化氢铵浆 料。
2） 经过3次热处理达到先重扩散后轻扩散的目的，仅 在重扩散区域印刷电极，即“选择性”发射极。

四、高性能光伏电池及工艺介绍
四、高性能光伏电池及工艺介绍


四、高性能光伏电池及工艺介绍
四、高性能光伏电池及工艺介绍

SE高效电池---国产高效硅电池 SE高效电池（选择极发射SelectiveEmitter）是一种在现有加 工制造工艺设备和P型硅片原料的基础上的单晶硅电池。其 转化效率平均达到17.5%,性能更稳定,受主要原材料硅片的 材质变化影响小。

五、光伏发电应用技术介绍
光伏并网系统工作原理：
在太阳光的辐照下，电池组件发生光电效应产生直流电，所发直流电经过汇流箱连接 到各自所属逆变器转变为三相交流电，然后在专属的太阳能交流配电柜内汇流再统一 并入电网。
五、光伏发电应用技术介绍
独立发电系统：未与公共电网连接的太阳能光伏发电系统
并网发电系统：与公共电网连接的太阳能光伏发电系统
多晶硅的提纯
焦炭 石英砂 粗硅
• 石英砂为二氧化硅，中国储量丰富 • 冶炼过程简单，技术难度低，国内大量生产 • 粗硅纯度为95－99％,可用于合金掺杂，如变压器上的矽钢片
三、硅系太阳能电池的工艺介绍
多晶硅的提纯
粗硅
98％
Purify （精炼）
高纯硅
99.999 999 999％
提纯方法
• • • • • • • 三氯氢硅氢还原法（ SiHCl3，改良西门子法） 硅烷法（SiH4） 四氯化硅氢还原法 （SiCl4 ） 二氯二氢硅还原法 （SiH2Cl2 ） 冶金法 锌还原法、钠还原法 从粗硅到高纯硅，价格涨幅近100倍
二、光伏电池分类
单晶硅 晶体 硅
多晶硅
薄膜式多晶
非晶体
光伏电池
铟硒铜CuInSe、碲化镉CdTe 化合物 砷化镓GaAs、磷化铟InP
二、光伏电池分类
常规晶体硅太阳电池 单晶硅太阳电池
实验室最高效率：24.7% 商业化批量生产效率：17%
多晶硅太阳电池
实验室最高效率：20.3% 商业化批量生产效率：16%
五、光伏发电应用技术介绍
光伏发电系统的组成： 单晶硅太阳能组件方阵 -- 提供光伏发电 光伏阵列汇流箱 -- 提供电流汇流 并网逆变器 -- 提供交直流转换 交流配电 -- 提供升压并网
光伏发电系统主要设备
电池组件
逆变器
汇流箱
升压器
五、光伏发电应用技术介绍

农光互补光伏系统应用 阴阳一体化光伏温室系统，本技术将普通温室设计成阳棚 和阴棚两部分，阳棚跨度8m，采用透光性能良好的材料制 作，阳棚内种植绿色蔬菜，屋面后半段铺设太阳能电池板， 不影响绿色作物生长；阴棚跨度4m,与阳棚之间用保温隔热 墙分隔，屋顶全部铺设太阳能电池板，棚内种植菌类或喜 阴作物，两棚共用保温隔热墙又相互独立成系统，一棚两 用，节省土地和造价、减少能源的消耗，增产增收。
一、光伏电池的基本原理
光谱响应 太阳光谱中，不同波长的光不同的能量，所含的光子数目也不相同。 因此，光伏电池接受光照射所产生的光子的数目也就不相同。
光伏电池在入射光中每一种波长的光能作用下所收集到的光电流， 与相对于入射到电池表面的该波长的光子数之比，叫做光伏电池的 光谱响应。
能够产生光生伏特效应的太阳能辐射波长范围一般在0.4~1.2um,最大 灵敏度在0.8~0.95合石墨烯材料在光伏玻璃上的应用 1、亲水性，使玻璃表面具有自清洁作用； 2、增透性，利用石墨烯六边形结构，增加阳光的 透射，减少反射和漫射； 3、光触媒，在紫外线作用下，石墨烯具有光触媒 功能，能够使光伏玻璃表面有机物自分解，有利于 玻璃表面清洁。 综合以上功能，复合石墨烯材料应用于光伏增透方 面，可以提高5-6%的光透率，以利于提高光伏组件 效率。
四、高性能光伏电池及工艺介绍
四、高性能光伏电池及工艺介绍

德国Fraunhofer超薄多晶硅高效电池 德国Fraunhofer太阳能研究所制备的多晶硅电池刷新了世界 多晶硅电池的转化效率记录-20.3%。这种电池不仅具有局 部背表面场结构和用等离子体掩模法制备的表面织构，光 学电学性能好，而且由于它采用了湿法氧化法而非传统的 热氧化钝化电池后表面，在钝化效果和温度因素之间找到 了一个合适的平衡点。既保证了钝化效果，又减少了温度 对少子寿命的影响，使电池的性能得到最优化。 该电池另一个特点是超薄，厚度仅37um,此技术对降低多晶 硅用量有重要意义。

冶金法工艺
将金属硅在真空环境下加热熔化，利用电子 束去除掉P（磷）。然后在Ar（氩）气体中熔化 后用等离子焊枪（Plasma Torch）去除B（硼）， 凝固后提炼。应用普通金属提炼工序可将金属杂 质的浓度降至0.1ppmw以下。
四、高性能光伏电池及工艺介绍

PERL电池—高效晶体硅电池 PESC、PERC、PERL电池是新南威尔士大学研究了近20年的先进电池系 列，前两个子母PE（Passivated Emitter）代表前表面的钝化（选择 性扩散），后两个子母代表后表面的扩散和接触情况。其中PERL衍生 了南京中电的SE电池与尚德的PLUTO电池。 PESC（钝化发射极背接触）电池1985年问世,可以做到大于83％的 填充因子和20.8％（AM1.5）的效率。 PERC（钝化发射极背场点接触）电池，用背面点接触来代替 PESC 电池的整个背面铝合金接触，这种电池达到了大约700mV的开路电压和 22．3％的效率。 PERL（钝化发射极背部局域扩散）（Passivated Emitter and Rear Locally-diffused）电池是钝化发射极、背面定域扩光伏电池的 简称。1990年，新南威尔士大学的J.ZHAO在PERC电池结构和工艺的基 础上，在电池背面的接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池， 如图所示。2001年，PERL电池效率达到24.7％，接近理论值，是迄今 为止的最高记录。