任务1.2

项目一•任务1认识晶体硅太阳电池•任务2认识薄膜太阳电池•任务目标1.掌握单晶硅太阳电池的制造流程。2.掌握多晶硅太阳电池的基本结构。3.了解氮化硅薄膜厚度对电池片颜色的影响。4.了解非晶硅薄膜太阳电池的特点。5.掌握CIGS薄膜太阳电池的特点。6.掌握CdTe薄膜太阳电池的特点。1.认识单晶硅太阳电池（1）认识单晶硅太阳电池基本结构外观单晶硅太阳电池是由单晶硅片制造而成。任务1•基本结构由表面细栅丝、表面主删丝、蓝色氮化硅保护膜、绒面、扩散层、基体、铝背场等组成。1）钢化玻璃其作用为保护发电主体（如电池片），透光其选用是有要求的，1.透光率必须高（一般91%以单晶硅太阳能电池上）；2.超白钢化处理2）EVA用来粘结固定钢化玻璃和发电主体（如电池片），透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命，暴露在空气中的EVA易老化发黄，从而影响组件的透光率，从而影响组件的发电质量除了EVA本身的质量外。3）电池片主要作用就是发电，发电主体市场上主流的是晶体硅太阳电池片、薄膜太阳能电池片，两者各有优劣晶体硅太阳能电池片,设备成本相对较低，但消耗及电池片成本很高，但光电转换效率也高。4）EVA作用如上，主要粘结封装发电主体和背板5）背板作用，密封、绝缘、防水（一般都用TPT、TPE等材质必须耐老化，钢化玻璃，铝合金一般都没问题，关键就在与背板和硅胶是否能达到要求。6）铝合金保护层压件，起一定的密封、支撑作用7）接线盒保护整个发电系统，起到电流中转站的作用，如果组件短路接线盒自动断开短路电池串，防止烧坏整个系统接线盒中最关键的是二极管的选用，根据组件内电池片的类不同，对应的二极管也不相同8）硅胶密封作用，用来密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处有些公司使用双面胶条、泡棉来替代硅胶，国内普遍使用硅胶，工艺简单，方便，易操作，而且成本很低。电池类型边长a/mm对角线h/mm厚度d/mm单晶硅太阳电池125125.0±0.5150200±40单晶硅太阳电池156156.0±0.5200.0±1.0200±40表1-1单晶硅太阳电池的规格（2）单晶硅太阳电池的特点单晶硅和多晶硅太阳电池称为晶体硅太阳电池。在各种太阳电池中，单晶硅太阳电池中，单晶硅太阳电池的历史悠久，光电转化效率也最好。单晶硅晶体中的硅原子在三位方向上整齐排列，作为一种材料，这种结构使它性能发挥出最好状态。目前规模化生产的商品单晶硅太阳电池效率已达16%～18%。单晶硅太阳电池使用与计算机中的记忆存储器、中央处理器等集成电路的原材料相同的单晶硅片制成，制造工艺也和一般半导体的制造工艺有许多共同之处。但制造太阳电池的硅片所要求的纯度并不像集成电路的硅片那样高。制造太阳电池的硅片一般使用价格比较便宜的被称为太阳级硅的原材料。单晶硅太阳能电池将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就硅片上形成PN结。然后采用丝网印刷法，精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。因此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件（太阳能电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和材料进行封装。用户根据系统设计，可将太阳能电池组件组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。（3）单晶硅太阳电池制造流程2.认识多晶硅太阳电池多晶硅太阳电池的性能基本与单晶硅太阳电池相同，目前国外多晶硅太阳电池大部分是10cm×10cm的方片。工业化生产的多晶硅太阳电池的典型特性参数如下：Isc=2950mA，Voc=584mV，填充因子FF=0．72，转换效率η=12．4％(测试条件：AM1．5，1000W／m2，25℃)。多晶硅太阳电池的其它特性与单晶硅太阳电池类似，如温度特性、太阳电池性能随入射光强的变化等（1）认识多晶硅太阳电池实物及基本结构多晶硅太阳电池和单晶硅太阳电池一样，通常使用P型硅片，基本结构也相同。在表面，为了减少反射光所产生的损失、提高吸收效果而制成绒面。在它的背面，为了降低电子复合而做成界面场结构的P+层。多晶硅太阳电池表面像大理石一样的花纹，每一个花纹代表一个晶粒，这是多晶硅太阳电池的特征。外观区别，多晶硅太阳电池表面像大理石一样的花纹,而单晶硅太阳电池是细小而均匀的颗粒。另外，多晶硅太阳电池一般呈现偏蓝色，单晶硅太阳电池一般呈现偏黑色。多晶硅太阳电池规格电池类型边长a/mm对角h/mm厚度d/um多晶硅太阳电池125125.0±0.5175.4±1.0200±40多晶硅太阳电池156156.0±0.5219.2±1.0200±40（2）多晶硅太阳电池的特点•多晶硅太阳电池性能稳定，主要用于光伏电站建设，也可作为光伏建筑材料，如屋顶光伏系统。•多晶结构在阳光作用下，由于不同晶面散射强度不同，可呈现不同色彩。•此外，通过控制氮化硅反射薄膜厚度，可使多晶硅太阳电池具备各种各样的颜色。颜色厚度/nm绿色410红色210金色150蓝色80（3）多晶硅太阳电池制造流程•原材料是溶化后浇铸成正方形的硅锭，然后切成200微米左右的硅片。再加工成多晶硅太阳电池。•制造成本低，内部结构由许多晶向不同的单晶晶粒连接在一起，形状是立方体。•各个晶粒之间的界面称为晶界，在晶界处的接合有一部分并不完整，形成晶体缺陷，影响转换效率。任务2认识薄膜太阳电池1.认识非晶硅薄膜电池实物及结构非晶硅薄膜太阳能电池是一种以非晶硅化合物为基本组成的薄膜太阳能电池。按照材料的不同，当前硅太阳能电池可分为三类：单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。第一层是普通玻璃，第二层是绒面TCO。TCO是透明导电膜，一方面光照射它被电池吸收，要求透过率高；另一方面作为电池的一个电极，要求它导电。TCO制备成绒面起到的减反射作用。非晶体薄膜太阳电池以这两层为衬底生长，第一层为P层，即窗口层，下面是I层，及本征层，光生载流子主要在这一层。再下面为N层，起到连接I层和背电极的作用。最后是背电极和AI/Ag电极，通常采用掺铝ZnO（Al），简称AZO。（2）非晶体薄膜太阳电池的特点•晶体硅片中硅原子规则排列，非晶硅薄膜中的原子排列很不规则，是一种无序的状态。•缺点是在光的照射下非晶硅薄膜会产生更多的悬挂键等亚稳缺陷，使转换效率降低。（3）非晶体薄膜太阳电池制造流程把原材料硅烷利用辉光放电使其分解，借助化学反应在衬底上堆积薄膜，这种方法称为等离子体增强化学气相沉积法。导电膜清洗背玻璃板清洗激光TCO刻槽2.认识GIGS薄膜太阳电池碲化镉薄膜太阳能电池简称CdTe电池，它是一种以p型CdTe和n型Cd的异质结为基础的薄膜太阳能电池。第一个碲化镉薄膜太阳能电池是由RCA实验室在CdTe单晶上镀上In的合金制得的，其光电转换效率为2.1%。1982年，Kodak实验室用化学沉积法在P型的CdTe上制备一层超薄的CdS，制备了效率超过10%的异质结p-CdTe/n-CdS薄膜太阳能电池。这是现阶段碲化镉薄膜太阳能电池的原型。20世纪90年代初，碲化镉薄膜太阳能电池已实现了规模化生产，但市场发展缓慢，市场份额一直徘徊在1%左右。目前碲化镉薄膜太阳能电池在实验室中获得的最高光电转换效率已达到17.3%[1]。其商用模块的转换效率也达到了10%左右。3.碲化镉薄膜太阳能电池任务3认识其他太阳电池HIT、太阳能电池的基本构造，其特征是以光照射侧的p-i型a-Si：H膜(膜厚5～lOnm)和背面侧的i-n型a_Si：H膜(膜厚5～10nm)夹住晶体硅片，在两侧的顶层形成透明的电极和集电极，构成具有对称结构的HIT太阳能电池。HIT太阳能电池。一般所说的高效多结太阳能电池是指针对太阳光谱，在不同的波段选取不同带宽的半导体材料做成多个太阳能子电池，最后将这些子电池串联形成多结太阳能电池。目前研究较多的III-V族材料体系，如InGaP/GaAs/Ge三结电池，所报道的转换效率可达42.8%左右。也有选取II-VI族材料的，但目前还处于研究阶段。本文将主要介绍InGaP/GaAs/Ge等III-V族材料体系。太空用太阳电池