太阳能电池概况.doc

太阳能电池概况 目 录 引言 太阳能辐射 太阳电池结构 太阳电池制作 未来能源供应结构预测图 传统能源的现状 人类社会面临的问题及光伏发展的契机 一次能源的面临枯竭；社会发展对能源需求的增加，加剧全球能源紧张。 人类社会可持续发展。 环境恶化的压力和减排CO2的需要，促进了可再生能源的利用。光伏技术是最直接和有效的途径和方法。 环境压力 相关的政策 日本、欧洲、美国已经出台相关政策和法令,鼓励和补贴可再生能源发展 2005年3月中华人民共和国主席令33号正式颁布了《中华人民共和国可再生能源 法》，2006年开始实施 太阳能发电整个产业链 太阳电池的历史 1839年法国实验物理学家 Edmund Bacquerel（贝克勒尔）发现了光生伏特效应 1941年奥尔在硅上发现了光伏效应 1954年Chaipin（恰宾）和Carlson (卡尔松)等人在贝尔实验室制成了光电转换效率达6%的世界上第一块实用的硅太阳电池，标志着太阳电池研制工作的重大进展 1959年第一个光电转换效率为5％的多晶硅太阳电池问世 1960年硅太阳电池发电首次并入常规电网 1975年，美国科学家制作出非晶硅太阳电池 80年代初，太阳电池开始规模化生产 太阳电池按材料分类 太阳电池—将太阳光能直接转换为电能的半导体器件 ● 种类 ● 硅太阳电池 1)? 硅太阳电池 1) 单晶硅片 2)? 化合物太阳电池 2) 多晶硅片 3)? 染料敏化电池 3) 非晶硅薄膜 4) 硒光电池 4) 多晶硅薄膜 太阳能辐射 1、太阳辐射能的来源—电磁辐射 2、太阳光是一种电磁波,具有波粒二相性 大气层对太阳辐射的影响 大气质量—大气层对太阳光线通过大气程路程对到达地球表面的太阳辐射的影响 AM0—地球大气层外的太阳辐射 AM1—穿过1个大气层的太阳辐射（太阳入射角为0） AM1.5—太阳入射角为48°的太阳辐射 太阳辐射穿过大气层的情况 太阳电池结构 单晶与多晶硅片 由于单晶和多晶硅片的生产工艺不一，多晶是正方的，单晶硅片的四个边缘是有弧度的,准方片 对于成品电池更好区分： 单晶是有绒面的，而多晶由于晶界排列不整齐我们看到的多晶硅片表面有花纹。 尺寸: 103x103, 125x125,150x150, 156x156 太阳电池的工作过程 —光生伏特效应 吸收光子，产生电子空穴对 电子空穴对被内建电场分离，在PN结两端产生电势 将PN结用导线连接，形成电流 在太阳电池两端连接负载，实现了将光能向电能的转换 太阳电池等效电路 串联电阻 硅材料体电阻 金属电极电阻 金属与硅的接触电阻 并联电阻 边缘漏电 体内杂质和微观缺陷 PN结局部短路 由于杂质和缺陷在电池体内的随机分布，会造成太阳电池 电性能的不均匀性 太阳能电池片生产工艺流程 太阳电池制造过程1-清洗.制绒 NaOH去除表面损伤层和制备绒面（陷光） HCL去除硅片表面的金属离子 HF去除硅片表面的硅酸钠和氧化物 化学腐蚀的原理 热的NaOH溶液去除硅片表面机械损伤层： HF去除硅片表面氧化层： HCl去除硅片表面金属杂质： 盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与 Pt 2+、Au 3+、Ag +、Cu +、Cd 2+、Hg 2+等金属离子形成可溶于水的络合物。 太阳电池制造过程2-扩散 扩散的目的：形成PN结在P型半导体表面掺杂五价元素磷在硅片表面形成PN结 PN结——太阳电池的心脏 扩散装置示意图 POCl3磷扩散原理 POCl3在高温下（600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应式如下： 生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下： 太阳电池制造过程3-等离子体刻蚀 目的：去除边缘PN结，防止上下短路 等离子体刻蚀反应 首先，母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用 下分解成多种中性基团或离子。 其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下 到达SiO2表面，并在表面上发生化学反应。 生产过程中，在中CF4掺入O2，这样有利于提高 Si和SiO2的刻蚀速率。 太阳电池制造过程4-去磷硅玻璃 用HF酸把上下表面的磷硅玻璃去除 什么是磷硅玻璃？ 在扩散过程中发生如下反应： POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面， P2O5与Si反应生成SiO2和磷原子： 这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。 太阳电池制造过程5-