太阳能电池生产工艺

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1、太阳能电池生产工艺太阳能电池生产工艺2008-07-0821:07近些年来，全世界生产应用最多的太阳能电池是由单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池构成的晶体硅太阳能电池，其产量占到当前世界太阳能电池总产量的90％以上。它们工艺技术成熟，性能稳定可靠，光电转换效率高，使用寿命长，已进人工业化大规模生产。因此，本节对地面用晶体硅太阳能电池的一般生产制造工艺进行介绍。晶体硅太阳能电池生产制造工艺包括的内容范围有宽狭之分。宽的内容范围，包括硅材料的制备、太阳能电池的制造和太阳能电池组件的封装三个部分。狭的内容范围，仅包括太阳能电池的制造。下面按照宽的内容范围

2、加以介绍，即不但包括太阳能电池的制造，还包括硅材料的制备和太阳能电池组件的封装。硅材料的制备(一)高纯多晶硅的制备(二)单晶硅锭的制备．单晶硅锭的制备方法很多，可从熔体上生长，也可从气相中沉积。目前国内外在生产中采用的主要有熔体直拉法和悬浮区熔法两种。(三)多晶硅锭的制备多晶硅太阳能电池是以多晶硅为基体材料的太阳能电池。它的出现主要是为了降低晶体硅太阳能电池的成本。其主要优点有：能直接拉制出方形硅锭，设备比较简单，并能制出大型硅锭以形成工业化生产规模，材质电能消耗较省，并能用较低纯度的硅作投炉料；可在电池工艺方面采取措施降低晶界及其他杂质的影响。其

3、主要缺点是生产出的多晶硅电池的转换效率要比单晶硅电池稍低。多晶硅的铸锭工艺主要有定向凝固法和浇铸法两种。(四)片状硅的制备片状硅又称硅带，是从熔体中直接生长出来，可以大为减少切片的损失，片厚约100200~m。主要生长方法有限边喂膜(EFG)法、枝蔓蹼状晶(WEB)法、边缘支撑晶(ESP)法、小角度带状生长法、激光区熔法和颗粒硅带法等。其中枝蔓蹼状晶法和限边喂膜法比较成熟。枝蔓蹼状晶法，是从坩埚里长出两条枝蔓晶，由于表面张力的作用，两条枝晶中间会同时长出一层薄膜，切去两边的枝晶，用中间的片状晶来制作太阳能电池。由于硅片形状如蹼状，所以称为蹼状晶。它

4、在各种硅带中质量最好，但生长速度相对较慢。限边喂膜法，是从特制的模具中拉出筒状硅，然后用激光切割成单片来制作太阳能电池。目前已能拉出每面宽10cm的10面体筒状硅，厚度达300μm。它是目前投入研发最多的硅带，产量已达4MW级。近期硅带的研发目标，是制出125mmXl25mm的硅片，将厚度降至250μm左右。用限边喂膜法进行大批量生产时，应满足的主要技术条件为：①采用自动控制温度梯度、固液交界的新月形的高度及硅带的宽度等，以有效地保证晶体生长的稳定性。②在模具对硅料的污染方面进行控制。从总体上来说，硅带生长方法目前仍在进一步研究试验中，仅建立了少数

5、中试生产线，尚未投入大规模工业化生产。(五)太阳能级硅的研发．快速发展的晶体硅太阳能电池的生产与应用，使硅材料的需要量剧增，耗量巨大。按我国光伏产业现在的生产技术水平，生产1MW硅太阳能电池约需15t硅材料，如果我国到2010年生产IOOMW硅太阳能电池，考虑到届时可将硅片的厚度降到200～250μm左右，则将需耗用1000t左右硅材料，远远大于我国硅材料的供应能力。因此，必须未雨绸缪，下大力气研究解决硅材料的生产供应问题。研发生产太阳能级硅是重要的解决途径。所谓“太阳能级硅”并无精确的定义，由于冶金级硅的杂质含量太高，影响电池的光电转换效率，如设

6、法将其用简单的化学或物理方法提纯，使之能够用于制造太阳能电池，则将大大降低电池的成本，这种硅就称之为“太阳能级硅”。一般认为，能够制造出光电转换效率10％电池的廉价硅材料，即可称之为“太阳能级硅”。而能用于制造集成电路的硅，则称之为“电路级硅”。为探索各种不同杂质原子对太阳能电池效率的影响，科研人员花费了大量精力进行研究实验，已取得如下成果：①钽、钼、铌、锆、钨、钛、钒等元素，在浓度1013—1014／cm3即对电池效率产生很大影响。②镍、铝、钴、铁、锰、铬等元素，则要在浓度1015／cm3以上时才对电池效率有影响。③而磷和铜在浓度高达1018／c

7、m2时才对电池的效率有少量影响。(六)硅片的加工硅片的加工，是将硅锭经表面整形、定向、切割、研磨、腐蚀、抛光、清洗等工艺，加工成具有一定直径、厚度、晶向和高度、表面平行度、平整度、光洁度，表面无缺陷、无崩边、无损伤层，高度完整、均匀、光洁的镜面硅片。硅片加工的一般工艺流程，如图11所示。这一流程也包括了太阳能电池制造阶段硅片的表面处理工序，在连续生产中可以归并。将硅锭按照技术要求切割成硅片，才能作为生产制造太阳能电池的基体材料。因此，硅片的切割，即通常所说的切片，是整个硅片加工的重要工序。所谓切片，就是锭通过镶铸金刚砂磨料的刀片(或钢丝)的高速旋转

8、、接触、磨削作用，定向切割成为要求规格的硅片。切片工艺技术直接关系到硅片的质量和成品率。对于切片工艺技术的原则要求是：①切