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《太阳能电池基础与应用》无机硅太阳能电池+第一讲

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太阳能电池ppt课件

太阳能电池ppt课件

薄硅/陶瓷 CdTe
CIS
0.26－0.3 0.39－0.3
0.18－/
90年代中 80年代中
00年代初
2001、2002年太阳电池的产量及份额

2001 mc-Si 184.85 47.33% Sc-Si 137.18 35.13% a-Si 33.68 8.62% a-Si/Cz 18.0 4.61% RibbonSi 13.6 3.48 % CdTe 1.53 0.39% CIS 0.7 0.18% Si/LCS 1.0 0.26% C-Si/Sc-Si
2.2.2.2 化合物电池 CIGS 电池：提高效率，大面积重复性，S代Se CdTe电池：提高效率，大面积重复性 Gratzel电池 －高效染料，固体或准固态电 解质， 提高效率，大面积重复性 有机电池 －高效电子受体 和给体以及材料，提 高效率 3.新型概念电池：量子点、量子阱电池，中间带 光伏电池，带隙递变迭层电池等，尚处在理论探索、 概念研究和验证阶段。

正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上， 汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点 的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用 红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出 的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极6片电池串接在一起形成一个组件 串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个 膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的 大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不 同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正 面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上， 这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。 层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃 和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好， 准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和 EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位 置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次： 由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。

太阳能电池材料 第一章PPT课件

太阳能电池材料 第一章PPT课件
5
课程介绍
太阳能电池材料课程结构：
1. 以不同类型电池材料为主线。 2. 针对特定类型电池，讲述所用材料的制备技术、性能及器件性能等
相关知识。 3. 学习重点： ① 材料的制备技术 ② 材料结构、物理化学性质 ③ 材料对电池性能的影响
6
第一章 太阳能电池材料概论
1.1 章节重点与学习目标 1.2 能源现状与可再生能源 1.3 太阳光的使用与光电转换 1.4 太阳能电池的种类和发展 1.5 太阳能电池的其他信息
14
1.2 能源现状与可再生能源
太阳能电池及其模块在使用上的优点：
1. 对于人类历史而言，太阳能取之不尽、用之不竭。 2. 太阳能的提供无需任何能源运转费，无需燃料，无需废弃物与污染，
无转动组件，无噪声。 3. 机械磨损较少，可使用20年以上。 4. 太阳能可以直接将光能转换为直流电能，发电规模弹性较大。 5. 太阳能电池种类众多，外形、尺寸可随意变化，应用广泛。 6. 可与建筑物相结合。 7. 。。。
15
1.2 能源现状与可再生能源
太阳能电池及其模块在使用上的缺点：
1. 目前成本相对昂贵。 2. 转换效率只有15-20%，大规模发电需要较大的面积。 3. 目前常用的结晶硅电池的发电受天气影响较大，在弱光、晨昏与阴
雨天时，电量会降低。 4. 。。。
但是：各国对太阳能电池都有较大的补助政策，太阳能电池的技术
带隙宽度的各类材料光电转换效率的第一个理论计算。
29
1.4 太阳能电池的种类和发展
13. 1954年RCA实验室的P.Rappaport等报道硫化镉的光伏现象， (RCA:RadioCorporationofAmerica,美国无线电公司)。 贝尔(Bell)实验室研究人员D.M.Chapin,C.S.Fuller和G.L.Pearson报道 4.5%效率的单晶硅太阳能电池的发现，几个月后效率达到6%。

光伏太阳能电池基本知识PPT课件

光伏太阳能电池基本知识PPT课件
材料特点：均为半导体。
7
太阳能电池的种类（按材料的种类区分）
8
各种太阳能电池的效率（实验室电池）
9
太阳能电池的发展趋势
太阳能电池发展瓶颈：效率、稳定性、成本。 以硅片为载体的光伏电池制造技术，其理论极限效率为29%，按目前的技术路线， 提升效率的难度已经非常大。 薄膜太阳能电池由于具有大面积沉积、低材料消耗及可在低成本基板上制作，有较大 的成本下降潜力的优点，其发展前景非常看好，成为阶段发展研究的重点。 第三代太阳能电池不断出现：染料敏化纳米晶太阳能电池成本仅为常规电池的1/8至 1/10。
19
太阳辐射——太阳辐照数据
重要的太阳辐射数据来源是从卫星图像上测得的太阳辐射。这些图像提供了特定 地区的云层覆盖水平的信息。云层覆盖水平的相关信息可以用来估算当地的日照度。
20
第三节 半导体基本知识
21
半导体基本知识
半导体，指常温下导电性能介于导体与绝 缘体之间的材料。
半导体材料可以来自元素周期表中的Ⅴ族 元素，或者是Ⅲ族元素与Ⅴ族元素相结合（叫 做Ⅲ -Ⅴ型半导体 ），还可以是Ⅱ族元素与Ⅵ 族元素相结合（叫做Ⅱ -Ⅵ型半导体 ）。硅是 使用最为广泛的半导体材料。
3
为什么要研究太阳能电池
1、化石燃料终将枯竭，太阳能是地 2、环境污染日益严重。 球上大多数能源的终极来源。
4
可再生能源简介
目前人类可利用的新能源包括太阳能、风能、地热能、水能、海洋能等。
太阳能发电
太阳能是最为 理想的可再生 能源和无污染能源。水力Leabharlann 电风力发电地热能发电
潮汐发电
5
太阳能电池的原理
A M co s 0 .50（ 5 9 1.0 7 67 2 9） 9 1 .3 .563 64

太阳电池及其应用技术讲座_一_半导体基础知识_图文(精)

太阳电池及其应用技术讲座_一_半导体基础知识_图文(精)

太阳电池及其应用技术讲座(一半导体基础知识谢建,马勇刚,廖华,苏庆益,李景天,杨丽娟(云南师范大学太阳能研究所,云南昆明650092中图分类号:TM615文献标志码:B 文章编号:1617-5292(200701-0102-041硅晶体半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间,电阻率大约为10-5~107Ω・cm ,硅、锗、砷化镓和硫化镉等材料都是半导体。

半导体材料的电阻率随着温度的升高和辐照强度的增大而减小;在半导体中加入微量的杂质(称为掺杂,对其导电性质有决定性的影响。

这是半导体材料的重要特性。

硅是最常见和应用最广的半导体材料,硅的原子序数为14,它的原子核外有14个电子,这些电子围绕着原子核作层状的分布运动,第一层2个,第二层8个,还剩4个排在最外层,称为价电子,硅的物理化学性质主要由它们决定。

硅晶体和所有的晶体一样,都是由原子(或离子、分子在空间按一定规则排列而成。

这种对称的、有规则的排列叫做晶体的晶格。

一块晶体如果从头到尾都按一种方向重复排列,即长程有序,就称其为单晶体。

在硅的晶体中,每个硅原子近邻有4个硅原子,每2个相邻原子之间有一对电子,它们与2个相邻原子核都有相互作用,称为共价键。

正是靠共价键的作用,使硅原子紧紧结合在一起,构成了晶体。

由许多小颗粒单晶杂乱地排列在一起的固体称为多晶体。

非晶体没有上述特征,但仍保留了相互间的结合形式,1个硅原子仍有4个共价键,短程看是有序的,长程是无序的,这样的材料称为非晶体。

2掺杂半导体实际使用的半导体都掺有少量的某种杂质,这里所指的“杂质”是有选择的。

如果在纯净的硅中掺入少量的五价元素磷,这些磷原子在晶格中取代硅原子,并用它的4个价电子与相邻的硅原子进行共价结合。

磷有5个价电子,用去4个还剩1个,这个多余的价电子虽然没有被束缚在价键里面,但仍受到磷原子核的正电荷的吸引。

不过,这种吸引力很弱,只要很少的能量就可以使它脱离磷原子到晶体内成为自由电子,从而产生电子导电运动。

太阳能电池基础与应用-第一章

太阳能电池基础与应用-第一章

第一章 太阳能电池的工作原理和基本特性
—— 之半导体物理基础
周期表中Ⅲ族和V族原子在硅 中充当替位杂质，图2.3示出 一个V族杂质（如磷）替换了 一个硅原子的部分晶格。四个 价电子与周围的硅原子组成共 价键，但第五个却处于不同的 情况，它不在共价键内，因此 不在价带内，它被束缚于V族 原子，所以不能穿过晶格自由 运动，因此它也不在导带内。 可以预期，与束缚在共价键内 的自由电子相比，释放这个多 余电子只须较小的能量，比硅 的带隙能量1.1eV小得多。
—— 之半导体物理基础
2.4 、载流子的传输 一、漂移 在外加电场ζ 的影响下，一个随机运动的自由电子在与电场相反的方向上有 一个加速度a=ζ /m，在此方向上，它的速度随时间不断地增加。晶体内的电 子处于一种不同的情况， 它运动时的质量不同于自由电子的质量，它不会 长久持续地加速，最终将与晶格原子、杂质原子或晶体结构内的缺陷相碰撞。 这种碰撞将造成电子运动的杂乱无章，换句话说，它将降低电子从外加电场 得到附加速度，两次碰撞之间的“平均”时间称为弛豫时间tr，由电子无规 则热运动的速度来决定。此速度通常要比电场给与的速度大得多，在两次碰 撞之间由电场所引起的电子平均速度的增量称为漂移速度。导带内电子的漂 移速度由下式得出：
第一章 太阳能电池的工作原理和基本特性
—— 之半导体物理基础
1、半导体的性质
世界上的物体如果以导电的性能来区分，有的容易导电，有的不 容易导电。容易导电的称为导体，如金、银、铜、铝、铅、锡等各种 金属；不容易导电的物体称为绝缘体，常见的有玻璃、橡胶、塑料、 石英等等；导电性能介于这两者之间的物体称为半导体，主要有锗、 硅、砷化镓、硫化镉等等。众所周知，原子是由原子核及其周围的电 子构成的，一些电子脱离原子核的束缚，能够自由运动时，称为自由 电子。金属之所以容易导电，是因为在金属体内有大量能够自由运动 的电子，在电场的作用下，这些电子有规则地沿着电场的相反方向流 动，形成了电流。自由电子的数量越多，或者它们在电场的作用下有 规则流动的平均速度越高，电流就越大。电子流动运载的是电量，我 们把这种运载电量的粒子，称为载流子。在常温下，绝缘体内仅有极 少量的自由电子，因此对外不呈现导电性。半导体内有少量的自由电 子，在一些特定条件下才能导电。

太阳能电池课件完整版

太阳能电池课件完整版

太阳能汽车
太阳能路灯
PV APPLICATION
五、太阳能电池遇到的挑战
• 接受太阳辐射的面积； • 气候的影响； • 硅片的价格及硅片的加工技术。
谢谢！Biblioteka 太阳能电池发电的原理太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般 的半导体主要结构如下：
• 图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边 的四个电子。
硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入 硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以 参照下图：
图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子 旁边的四个电子。而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子 周围只有3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴， 这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中 和，形成P（positive）型半导体。
太阳能电池的分类
• （1）硅太阳能电池 • 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非 晶硅薄膜太阳能电池三种。 • 单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最 高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。在大规模应用和 工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其 成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜单晶硅 太阳能电池的替代产品。 • 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅 薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为 10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地 位。 • 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模 生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定 性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提 高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池主要发展产 品之一。

《太阳能电池基础与应用》太阳能电池-第一章

课程大纲第一部分：基础知识第章引言第一章：引言第二章：半导体基础第三章：P-N结第四章：太阳能电池基础第二部分：传统太阳能电池第章能第五章：晶体硅太阳能电池第六章：高效III-V族化合物太阳能电池第七章：硅基薄膜太阳能电池第八章：高效薄膜太阳能电池（CIGS, CdTe）第三部分：新型太阳能电池第九章：有机太阳能电池第十章：染料敏化及钙钛矿太阳能电池第十一章：其它新型太阳能电池（量子点，中间带等）第十二章：多结太阳能电池主讲教师：（1-4 章：18学时）；82304569，xwzhang@张兴旺14章学时）xwzhang@semi ac cn尹志岗（5-7 章：14学时）；82304469，yzhg@游经碧（8-12章：22学时）；82304566，jyou@课程性质：专业选修课课程性质专业选修课课时：54课时考试类型：开卷成绩计算方式：期末考试（70%）+小组文献汇报（30%）成绩计算方式期末考试参考书目：1熊绍珍朱美芳：《太阳能电池基础与应用》科学出版社1. 熊绍珍，朱美芳：《太阳能电池基础与应用》，科学出版社，2009年2. 刘恩科，朱秉升，罗晋生：《半导体物理学》，电子工业出版社，2011年3. 白一鸣等编，《太阳电池物理基础》，机械工业出版社，2014年第一章引言太阳能的利用方式1.2太阳能资源及其分布31.114太阳电池工作原理31.3太阳电池发展历程1.4太阳电池应用与趋势31.51.6中国光伏发电的现状1973年，由于中东战争而引起的“石油禁运”，全世界发生了以石油为代表的能源危机，人类认识到常规能源的局限性、以石油为代表的“能源危机”，人类认识到常规能源的局限性有限性和不可再生性，认识到新能源对国家经济发展、社会稳定及安全的重要性。

与此同时，环境污染日益加剧、极端天气频繁出现，不断挑战着人类的忍受极限……1.1 太阳能资源：未来能源的主要形式太阳能核能地热能生物质能风能水势能清洁能源－－光伏发电太阳------物理参数太阳------地球生命之源！表度太阳------巨大的火球！表面温度：5760-6000K中心温度：1.5×107K日冕层温度：5×106K198930质量：1.989×10kg太阳每秒释放的能量：3.865×1026J，相当于132每秒燃烧1.32×1016吨标准煤的能量(世界能源消耗)3.0 ×1020joule/y=万分之一！3.0 ×1024joule/y万分之巨大潜力(照射到地面的太阳能)457亿年>50亿年我国的太阳能资源45.7亿年，>50亿年，取之不尽、用之不竭地表每年吸收太阳能17000亿吨标煤2007年一次能源26.5亿吨标煤解决能源危机特点能源取之不尽、无污染地球表面角度0.1%的太阳能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于目前世界上能耗的40倍资源丰富太阳环改善环境、保护气候无污染物废气噪音的污染特点能的境角无污染物、废气、噪音的污染1 MW并网光伏电站的年发电能力约为113万优点度并能kWh，可减排二氧化碳约191余吨相当于每年可节省标准煤约384余吨，减排粉尘约5.5吨，减排灰渣约114吨，减排二氧化硫约节能减排8.54吨。

《太阳能电池基础与应用》无机硅太阳能电池+第一讲

真空层压封装工序电池片分选单片焊接串焊层叠中检层压固化装边框和接线盒擦拭按规测试终测终检包装si电池组件电池封装分片工序si电池组件电池封装手工焊工序正面单片焊接反面串焊si电池组件电池封装层叠工序tpteva层叠好的组件电池组eva钢化玻璃si电池组件电池封装层压组件层叠物加热板加热si电池组件电池封装固化装框工序擦拭装接线盒si电池组件电池封装终测工序连接电源擦拭si电池组件电池封装终检工序检查反面贴标签si电池组件失配问题
提纯后三氯氢硅的杂质含量 可以降到10-10～10-7数量级
Si材料的制备
高纯多晶硅
三氯氢硅还原 SiHCl3+H2=Si+3HCl
将置于反应室的原始高纯多晶硅细棒 （直径约5mm）通电加热到1100°C 以上，通入中间化合物三氯氢硅和高 纯氢气，发生还原反应，通过化学气 相沉积，生成的新的高纯硅沉积在硅 棒上，使硅棒不断长大，一直到硅棒 的直径达到150-200mm，制成半导 体级高纯多晶硅。
Si电池组件
电池封装
为什么封装?
防止太阳电池：电池片薄而脆。 防止太阳电池失效：灰尘、紫外线、冰雹、等影响因素。 满足负载要求，串、并联成一个能够独立作为电源使用的最小单元：单
个电池电压太小，不能满足用电设备的需求。
真空层压封装工序
电池片分选－单片焊接－串焊－层叠－中检－层压－ 固化 －装边框 和接线盒－擦拭－按规测试－终测－终检－包装
电池芯片制备
制绒
电池芯片制备流程
扩散
磷硅玻璃 P型硅
硅片表面形成PN结
氮化硅膜
栅线及背电极 丝网印刷
PECVD
减反、钝化
电池芯片制备
制绒
制绒
碱性蚀刻剂对单晶硅的腐蚀是各向异 性的，蚀刻速率依赖于晶体取向，(111) 面腐蚀率最低。

《太阳能电池基础与应用》GaAs电池第一讲


ELO工艺
改进ELO工艺
III-V族半导体多结电池
多结电池结构
多结电池上下串联； 电池电流由子电流 最小者决定； 电池开路电压为子 电池开路电压之和。
VOC = VOC1 + VOC2 + … J = min (J1 + J2 + …)
电池结构
多结电池示意图
Cell 1
Cell 2
Cell 3
III-V族半导体应用
应用领域
GaAs及III-V族半导体基础
MOCVD
金属有机物化学气 相外延(MOCVD)， GaAs及III-V族太阳 电池的主流制备技 术。
设备原理图
商用衬底
材料制备
设备外观
多片衬底，适合大规模工业生产
GaAs及III-V族半导体基础
电学掺杂
电学掺杂
GaAs及III-V族半导体基础
电池效率表
GaAs及III-V族半导体基础
结构及光学特性
III-V族半导体均为 闪锌矿结构, 是目前 半导体光电子学的基 础材料。 直接带隙。GaAs 带隙~1.42eV，位于 太阳电池黄金带隙附 近。
GaAs及III-V族半导体基础
带隙-晶格参数关系
结构及光学特性
Ge
GaAs及III-V族半导体基础
AM0, 30.6%
III-V族半导体多结电池
1.0带隙问题
晶格匹配电池
GaInNAs材料与N相关 的本征缺陷多，质量差， 少子扩散长度小。 短路电流小，成为限制 电池（特别是三结电池） 性能的瓶颈因素。（电流 匹配）
III-V族半导体多结电池
晶格应变电池图示
特点:
1）电池间晶格参数不再完 全匹配； 2) 解决了InGaNAs电流限 制的问题；

《太阳能电池基础与应用》无机硅电池第二讲


HIT电池
挑战五：低成本高质量n-Si晶片
HIT电池对n-Si片质量有较高要求（少子寿命大于3ms），低成 本高质量Si片制备工艺将有力推动HIT电池的大规模应用。
通往高效电池之路(n型基区)
HIT前景
HIT电池
光学损失 √√√√√√
优势突出，前景看好！ 当务之急: 解决非晶硅和TCO光吸收问题。
电池效率发展历程
回顾:太阳电池性能影响因素
高能损失 低能损失
太阳电池效率损失机制
光学损失 电池表面光反射损失、电极遮光损失 电学损失
光学损失 载流子复合
串阻 并阻
体复合及表面复合（暗电流）、串阻、并阻
ISC
影响强 影响弱 影响强 影响弱
VOC
影响弱 影响强 影响弱 影响强
FF
影响弱 影响弱 影响强 影响强
对策：
去除表面氧化物、颗粒及金属污染； 通过H2或HF处理钝化表面悬挂键； 对绒面结构可用H等离子体预处理。
通往高效电池之路(n型基区)
HIT电池
挑战四：栅指电极的优化
既要低电阻，又要低遮光。
对策：
细栅，二次印刷； 优化丝网印刷工艺参数； 优化银浆配方，优化其黏附性。
通往高效电池之路(n型基区)
钝化
埋栅电池
降低电损失
正面钝化，提高蓝光响 应，提高载流子收集几率。
背面制绒
降低光损失
背面制绒（除正面制绒 外）， 增加光子光程，提 高其利用率。
通往高效电池之路(p型基区)
埋栅电池
埋栅电池
光学损失 √√√√√√ 载流子复合 √√√√√√
串 阻 √√√√√√ 并 阻 √√√√√√
效率超过20%； 兼顾成本和效率，适合大规模商品化的电池类型。
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Si电池组件
失配问题
旁 路 二 极 管
串并联混合
Si电池系统
系统构成
电池系统
防反充二极管
控制器
太阳能 电池 方阵
蓄电池 组
DCAC 逆变器
k1
直流 负载
k2
交流 负载
交直流光伏系统
当需要更高的电压和电流而单个组件不能满足要求时，可以把多个组 件组成太阳能电池方阵，以获得所需的电压和电流。
Si电池系统
电池芯片制备
制绒
电池芯片制备流程
扩散
磷硅玻璃 P型硅
硅片表面形成PN结
氮化硅膜
栅线及背电极 丝网印刷
PECVD
减反、钝化
电池芯片制备
制绒
制绒
碱性蚀刻剂对单晶硅的腐蚀是各向异 性的，蚀刻速率依赖于晶体取向，(111) 面腐蚀率最低。
多晶硅非完全的(100)取向, 上述的碱 液刻蚀不适用。通常采用照相平版印刷 或激光机械雕刻来制备绒面。
3SiH4+4NH3=Si3N4+12H2
电池芯片制备
PECVD制减反膜
PECVD制减反膜流程
取 料
放 入 洁 净 柜
石 墨 舟 准 备
填
卸
写
片
表
单
送
入
运
下
行
道
程
工
序
序
推
插
入
片
上
料
区
电池芯片制备
丝网印刷
丝网印刷: 把金属导体浆料按照设计的图形印刷在硅片正、背面。通过高
温煅烧, 使浆料中的溶剂挥发, 金属颗粒与硅表面形成牢固的硅合金，从而
Si电池系统
系统介绍
逆变器
逆变器是将直流电变换为交流电的设备，逆变器是通过半导体功率开关的开 通和关断作用，把直流电能转变为交流电能的一种变换装置，是整流变换的 逆过程。
Si电池系统
系统示例
谢 谢！
掺杂魔术!
什么是Si？
三种形态
Si电池分类:
体电池
晶硅太阳电池: 单晶硅电池+多晶硅电池 ； 非晶硅太阳电池（包括微晶硅电池）。
薄膜电池
概念: 什么是单晶、多晶和非晶？
思考: 实验上如何确定单晶硅、多晶硅和非晶硅？
单晶硅电池
多晶硅电池 非晶硅电池
Si材料的制备
多晶硅
太阳能级多晶硅（纯度高于金属级, 小于电子 级)
终测工序
擦拭
Si电池组件
电池封装
检查反面
终检工序
贴标签
Si电池组件
失配问题
失配问题
太阳能电池互联在一起时，由于这些单体电池工作特性的失配（或称 失谐），使组件的输出功率小于各个电池的最大输出功率之总和。这个 差别在电池串联时是最为显著的。
短路电流由串联电池组中输出电流最低的那个电池的电流决定。因此， 在串联电池组中，短路电流的严重失配会引起其中较好电池的电流产生 能力完全被浪费。类似的失陪损失在并联电池组中也有，但不严重。
定向凝固提纯
按纯度
金属/冶金级多晶硅（纯度：95－99％）
化学提纯：如西门子法制备电子级高纯多晶硅 （8N-9N）
太阳电池用单晶硅/多晶硅材料：利 用电子级硅的头尾料、废料、质量较 低的电子级硅。
电子级硅/半导体级多晶硅（纯度：8N－9N）
electronic grade silicon/semiconductor grade silicon
浮区法
单晶硅
浮区法 直拉法
直拉法
Si材料的制备
单晶硅
浮区法单晶硅(FZ silicon)
无接触
20世纪50年代提出，主要是利用区 域熔炼的原理。浮区法单晶硅纯度 很高(无接触生长)，电学性能均匀； 但是，直径小，机械加工性差。利 用浮区法单晶硅制备的太阳电池的 光电转换效率高，但是生产成本高， 价格昂贵。一般情况下，浮区法单 晶硅不应用于太阳电池的大规模生 产上，只在某些需要高光电转换效 率的特殊情况下才被使用。
高纯多晶硅
三氯氢硅合成
将硅粉和干燥的氯化氢气体在合成 炉中（250℃）合成的三氯氢硅气 体。
Si+3HCl=SiHCl3+H2
Si材料的制备
高纯多晶硅
三氯氢硅提纯
由合成炉中得到的三氯氢硅往往混 有SiCl4、 SiH2Cl2 、FeCl3 、BCl3、 PCl3等杂质，并且它们是有害杂质， 对晶硅质量影响极大，必须设法除 去。目前工业上主要用精馏法(粗馏 和精馏)进行提纯，原理：利用三氯 氢硅与杂质氯化物的沸点不同而分 离提纯。
提纯后三氯氢硅的杂质含量 可以降到10-10～10-7数量级
Si材料的制备
高纯多晶硅
三氯氢硅还原 SiHCl3+H2=Si+3HCl
将置于反应室的原始高纯多晶硅细棒 （直径约5mm）通电加热到1100°C 以上，通入中间化合物三氯氢硅和高 纯氢气，发生还原反应，通过化学气 相沉积，生成的新的高纯硅沉积在硅 棒上，使硅棒不断长大，一直到硅棒 的直径达到150-200mm，制成半导 体级高纯多晶硅。
什么是Si？
光学性质
带隙:~1.12eV;
吸收截至波长:~1.1 μm;
间接带隙
吸收系数小
电池厚度大(缺点)。
概念:
直接带隙和间接带隙 思考:
间接带隙材料为什么吸收系数小？
基本技能:
能量和波长之间的换算
E(eV) ~ 1240/λ(nm)
什么是Si？
电学性质
本征载流子浓度为1.1×1010/cm3，本征电阻 率为1.5×1010Ω·cm，电子迁移率为1350cm2/ （V·s），空穴迁移率为480 cm2/（V·s） 。 p型掺杂: III族元素（B）；n型掺杂: V族元素 （P）。
为什么是Si？
Si材料:
储量丰富（地球上储量第二多的元素），取 之不尽，用之不竭； 无毒、稳定性好、力学性能好（易加工）； 带隙~1.12eV，Si电池具有较高的理论效率； 通过简单的扩散工艺即可形成p-n结（p-n 结是太阳电池的核心）； 研究最充分，人们对其认识最深入； Si微电子学的深厚积淀，晶体生长——器件 制备各技术环节工艺发达成熟，可资借鉴。
电池芯片制备
扩散法制备p-n结
扩散
p-Si
p-n junction
电池芯片制备
扩散
取片
25
取片
放入下道工 序传递箱 拿石英舟
测片
扩散法制备p-n结流程
插片
上桨
调参数
进炉
电池芯片制备
PECVD制减反膜
PECVD制减反膜
SiNx是(silicon nitride)一种常用的晶体硅太阳电池减反射膜，具 有极好的光学性能。其制备方法通常采用等离子增强化学气相沉积 (PECVD), 反应温度为300-400ºC, 反应气体为硅烷和氨气 。
Si材料的制备
多晶硅锭
铸造法
浇铸法 在一个坩锅内将硅原料熔化，然后浇 铸在另一个经过预热的坩锅内冷却， 通过控制冷却速率，采用定向凝固技 术制备大晶粒的铸造多晶硅。
直熔法 在坩锅内直接将多晶硅熔化，然后 通过坩锅地步的热交换等方式，使 熔体冷却，采用定向凝固技术制造 多晶硅。简称直熔法。
Si材料的制备
切割
切片
多晶硅
切割
切片
单晶硅
电池芯片制备ຫໍສະໝຸດ Si片制备晶硅片如何制成太阳能电池？
电池芯片制备
电池芯片制备流程
电池芯片制备流程
工艺步骤主要包括：绒面制备、 pn结制备、减反射膜的沉积、 铝背场制备、正面和背面金属 接触制备等。
装片－制绒－化学清洗－扩散－刻蚀－去磷硅玻璃－ PECVD －丝网印刷－烧结－分类检测－包装
Si电池组件
电池封装
为什么封装?
防止太阳电池：电池片薄而脆。 防止太阳电池失效：灰尘、紫外线、冰雹、等影响因素。 满足负载要求，串、并联成一个能够独立作为电源使用的最小单元：单
个电池电压太小，不能满足用电设备的需求。
真空层压封装工序
电池片分选－单片焊接－串焊－层叠－中检－层压－ 固化 －装边框 和接线盒－擦拭－按规测试－终测－终检－包装
Si材料的制备
单晶硅
提拉法单晶硅(CZ silicon)
装料→熔化→种晶→缩颈→放肩→等径生长
缺点: 与FZ硅相比, CZ单晶硅属于接触式生长, 因此杂质含量更高; 沿轴向杂质浓度及电学性能 不均匀; 优点: 直径大、更易加工、产量高, 完全可满足 太阳电池大规模生产的需要。
电池芯片制备
硅片
Si片制备
Si材料的制备
高纯多晶硅
冶金级硅
高纯多晶硅材料
化学提纯：通过化学反应，将硅转化为中间 化合物，利用精馏提纯等技术提纯中间化合 物，使之达到较高的纯度，然后再将中间化 合物还原为硅。
2000ºC
SiO2+2C=Si+2CO
提 纯
技
术
三氯氢硅还原法 硅烷热分解法 四氯化硅氢还原法
西门子法
Si材料的制备
Si材料的制备
凝固时溶质 浓度减小
太阳能级多晶硅
杂质分凝
对于固相-液相的界面，由于杂质在不 同相中的溶解度不一样，杂质在界面两 边材料中分布的浓度不同，称为杂质分 凝现象。
分凝系数
分凝系数= （杂质在固相中的溶解度 ）/（杂质在液相中的溶解度）。
定向凝固法
思考: 定向凝固法对Si中B和P杂质提纯 效果如何？
形成上下电极。
上料检查
正面栅线印刷
上料台
丝网一道 烘箱 丝网二道 丝网三道
承载盒上料
网版印刷
背电极印刷
背电场印刷