单晶硅电池材料.ppt

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1、单晶硅电池材料俞亮周小雄❶硅的介绍❷单晶硅生产流程❸单晶硅太阳能电池的生产流程❹单晶硅太阳能电池的应用【❶】硅的介绍硅材料是半导体行业中最重要且应用最广的元素半导体，是微电子工业和太阳能光伏工业的基础材料。由于硅材料的独特性质，成为现代电子工业和信息社会基础，其发展是20世纪材料和电子领域的里程碑，它的发展和应用直接促进了20世纪全球科技和工业的高速发展，因而被称为进入了“硅时代”。硅具有元素含量含量丰富、化学稳定性好、无环境污染等优点，又具有良好的半导体特性。半导体特性：①添加杂质——导电性能↑②

2、光照↑导电能力↑，光照↓导电能力↓，无光照不导电③温度↑导电能力↑；温度↓导电能力↓单晶硅——硅片——电池片——组件硅材料有多种晶体形式，包括单晶硅、多晶硅和非晶硅，应用于太阳电池工业领域的硅材料包括直拉单晶硅、薄膜非晶硅、铸造多晶硅、带状多晶硅和薄膜多晶硅，他们有各自的优缺点，其中直拉单晶硅和铸造多晶硅应用最为广泛，占太阳能光电材料的90%左右。石英砂(SiO2)金属级硅（99%左右）焦炭反应作为单晶硅原料的高纯多晶硅三氯氢硅氢还原法硅烷热分解法四氯化硅还原法二氯二氢硅还原法【❷】单晶硅的生产流程

3、高纯多晶硅原料熔化种晶缩颈放肩等径收尾圆柱状单晶硅直拉单晶硅的制备工艺一般工作流程多晶硅的装料→熔化→种晶→缩颈→放肩→收尾太阳能电池的发展历史1839年法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应。1954年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅太阳能电池。1958年我国研制出了首块硅单晶，研发出的电池主要用于空间领域。70年代末，我国与国际同期开展了砷化镓太阳能电池研究，该电池具有很高的光吸收系数，1999年，2×2cm2电池的转换效率达22％。1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂，电池制造工艺模仿早期生产空

4、间电池的工艺，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，生产能力由原来的几百KW（千瓦）一下子提升到4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。1999年，保定天威英利新能源有限公司承建了“多晶硅太阳能电池及应用系统示范工程”项目，2003年12月正式通过国家验收，全线投产，填补了我国不能商业化生产多晶硅太阳能电池的空白。2002年9月，尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产，产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和，一举将我国与国

5、际光伏产业的差距缩短了15年。2004年1月19日，中国第一台12对棒多晶硅高效节能大还原炉在中硅高科试验成功，各项技术指标均达到国际先进水平。至此，中国人掌握了由美国、日本、德国等国垄断20余年的多晶硅生产核心技术。2005年，国内第一个300吨多晶硅生产项目在洛阳中硅建成投产，拉开了中国多晶硅大发展的序幕。2005年12月14日，无锡尚德在美国纽约证券交易所挂牌，成为中国内地首家在纽交所挂牌上市的民营高科技企业。从此，国内太阳能电池的生产和研发也驶入了快车道。2007年，我国太阳能电池产量约占世

6、界总产量的三分之一，成为世界第一大太阳能电池生产国。尽管我国从2007年开始成为世界生产太阳能电池最多的国家，但与国外还有不少的差距。而且，在各种新型太阳能电池的开发上，我们还处在起步的阶段，而国外已经有了很大的发展，因此，我国太阳能电池的发展任重而道远。目的：增加照射到太阳能电池片表面光的吸收，减少反射。实现方法：利用酸碱对硅片表面进行腐蚀，在硅片表面腐蚀出“倒金字塔”形状的凹凸，增加光在表面的反射次数从而达到增加光吸收的目的。【❸】单晶硅太阳电池的制造工艺制绒扩散刻蚀二次清洗PECVD丝网印刷烧

7、结测试分选制绒及一次清洗反射+吸收+散射+透射=100%单晶制绒：NaOH、Na2SiO3、IPA(异丙醇)清洗：HCl、HFIPA：消泡剂Na2SiO3：控制反应速度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单晶硅太阳电池的制造工艺制绒扩散刻蚀二次清洗PECVD丝网印刷烧结测试分选目的：制备PN结实现方法：通过高温扩散，在p型硅片表面扩散一n层，形成pn结。单晶硅太阳电池的制造工艺制绒扩散刻蚀二次清洗PECVD丝网印刷烧结测试分选扩散制结POCl3在高温下（>600℃），有充

8、足的氧气时，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：单晶硅太阳电池的制造工艺制绒扩散刻蚀二次清洗PECVD丝网印刷烧结测试分选目的：去除硅片边缘的PN结，防止短路实现方法：利用辉光放电过程中等离子体所引起的化学反应，产生挥发性的产物对硅的腐蚀特性，达到边缘腐蚀去除周边扩散层的目的单晶硅太阳电池的制造工艺制绒扩散刻蚀二次清洗PECVD丝网印刷烧结测试分选等离子刻蚀磷硅玻璃磷硅玻璃P型硅N型硅N型硅目的：去除扩散所