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太阳电池工作原理及制造 无锡尚德太阳能电力有限公司 ( SUNTECH POWER CO. LTD.）,气候变暖、南极空洞、生态失衡、环境恶化过度排放的废水、废气、废渣让我们的地球不堪重负。全球变暖是一个毋庸置疑的事实，而且正在加速变暖。研究发现，全球平均温度已升高0.30.6摄氏度，其中11个最暖的年份发生在80年代中期以后。全球变暖已经带来冰川消退、海平面上升、荒漠化等等非常严重的后果，还给生态和农业带来严重影响。,漫画：明天我们去哪里？,产品介绍,太阳电池结构,正电极,铝背场,负电极主栅线,负电极子栅线,航 天 技 术,远距离工业应用,边远地区居民,太阳能电池并网发电系统,目录,引言 太阳能辐射 太阳电池的设计和制造 太阳电池结构和工作过程 太阳电池的电性能,一、引言,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) Si太阳电池 1)单晶硅片 2) GaAs太阳电池 (砷化镓） 2)多晶硅片 3) 染料敏化电池 3)非晶硅薄膜 4) Cu2S电池 4)多晶硅薄膜,二、太阳能辐射,1、太阳辐射能的来源电磁辐射,大气层对太阳辐射的影响,大气质量太阳光线通过大气层的路程对到达地球 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,AM0 AM1.5,Junction,太阳电池的工作过程 光生伏特效应,Scell,-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,太阳电池等效电路图,串联电阻（Rs）,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（Rsh）,边缘漏电 体内杂质和微观缺陷 PN结局部短路,温度对太阳电池的影响,电流温度系数：0.1% 电压温度系数：-0.4%（-2.3mV/),曲线125 曲线235 ,1 2,光强对太阳电池的影响,1,2,曲线11个太阳 曲线20.5个太阳,太阳电池电性能参数,Isc , Uoc , Eff , FF , Rs , Rsh ,Isc： 电池面积、光强、 温度,Voc: 光强、温度,FF： 串联电阻、 并联电阻,电性能测试,光强：1000W/m2 光谱分布：AM1.5 电池温度：25,太阳电池的设计,光生载流子的收集几率 结深 电极设计（使电阻损耗最小） 减反射膜的厚度和折射率,太阳电池的光谱响应ABSDEPTH 被收集的载流子数与入射光子数之比,太阳电池性能和质量分析,短路电流减反射膜、基区扩散长度、结的质量、损伤层 开路电压边缘腐蚀不够、PN结不良 填充因子方块电阻、欧姆接触,硅片的制造过程Scrnprt,硅片尺寸,103×103() 单晶 125×125 ()单晶 125×125 ()多晶 150×150 ()多晶 156×156 ()单晶 156×156 ()多晶,在整个晶体内，原子都是周期性的规则排列，称之为单晶。,由许多取向不同的单晶颗粒杂乱地排列在一起的固体称为多晶。,电池片生产流程,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,单晶电池片生产过程,制绒,清洗甩干,扩散,刻蚀和去磷硅玻璃,PECVD,丝网印刷 背电极,丝网印刷 背电场,丝网印刷正面电极,分类检测,包装,原始硅片,多晶电池片生产过程,原始硅片,制绒,清洗和甩干,扩散,刻蚀和去磷硅玻璃,PECVD,丝网印刷 背电极,丝网印刷 正电极,分类检测,包装,丝网印刷 背电场,清洗间,制绒,甩干,观察绒面,检验硅片尺寸,测厚度,称重,清洗,装片,装片,1、检验职责：懂得各确认硅片包装是否破损、确认在制品数量、确认硅片内包装是否破损 及包装盒数、确认包装标签信息与配料单信息是否一致、硅片外观检测。 、装片要点：带一次性手套、承载盒下面垫海绵条、将硅片捻成扇形插片、区分不良品、 放置不良品、纪录表单,能发现生产过程中的各种问题，并及时向上级汇报，争取在第一时间内解决问题。 与组员团结协作，空闲时帮助其他组员完成工作，共创有意义的工作环境。,制绒岗位须知与步骤,制绒须知： 了解清洗间使用的各种原辅料的特性（包括：硅片、HF酸、HCL酸、铬酸、酒精、硅酸钠），做到能正确辨别、正确使用。 懂得各种溶液的配备及生产过程中的正确防护。 保证送入扩散间的硅片与相应的流程卡一一对应，而且数据准确。 懂得各操作记录及工序流程卡的正确填写，确保生产过程中的统计准确。 制绒步骤： 佩带防护眼镜、口罩、手套花篮准备将硅片防入花篮机器上料开始制绒制绒分钟开启制绒槽盖抽检一片目视制绒效果（有无白斑）将硅片放入槽中关闭槽盖放入水槽抽检一片氮气枪吹干电子显微镜观察绒面将硅片放入水槽开启制绒槽化学品加液关闭制绒槽盖制绒完毕填写表单 单晶制绒：用碱腐蚀 多晶制绒：用酸腐蚀,制绒作用：减少反射，增强对太阳光的吸收。,单晶制绒的原理：,硅的各向异性腐蚀，在不同的晶向上的腐蚀速度不一致，在100面上的腐蚀速率与111面上的腐蚀速率R111的比值 R100：R111在一定的弱碱溶液中可以达到500,反应方程式：2NaOH+Si+H2O=Na2SiO3+2H2,太阳电池制造过程-化学清洗,HCL去除硅片表面的金属离子 HF去除硅片表面的 氧化物,P型半导体硅,单晶的各种形貌,单晶原始形貌（500倍）,单晶绒面 （500倍）,单晶绒面（SEM）,多晶绒面（SEM）,扩散间,取片,拿石英舟,上桨,装片,进炉,设置参数,测片,取片,流入下道工序传递箱,太阳电池制造过程-扩散,在P型半导体表面掺杂五价磷元素 在硅片表面形成PN结,PN结太阳电池的心脏,扩散的目的：形成PN结,扩散装置示意图,四探针测量方块电阻,扩散原理化学方程式:,懂得石英管、SIC桨及其它石英器件的拆卸、清洗和安装。,懂得石英管清洗机的使用及相应清洗液的配备。,懂得在手动及自动状态下对扩散舟及扩散管进行TCA和饱和。,懂得装片、卸片的正确方法，并确保扩散舟及钝化舟的正确使用。,懂得四探针测试仪的正确使用及方块电阻的正确测量 。,懂得生产过程中方块电阻的正确控制，确保方块电阻处于要求范围。,扩散操作重点,扩散原理及检测,刻蚀间,夹片,取片,去PSG,刻蚀,上料,整理,插片,取片,甩干,检测,运行,太阳电池制造过程-等离子体刻蚀,刻蚀目的：去除边缘PN结，防止上下短路,P型半导体硅,P型硅,N型硅,磷硅玻璃(PSG),等离子体刻蚀检验,检验操作及判断： 确认万用表工作正常，量程置于200mV。 冷探针连接电压表的正电极，热探针与电压表的负极相连。 如果经过检验，任何一个边沿没有刻蚀合格，则这一批硅片需要重新 装片，进行刻蚀。,检验方法：,冷热探针法,刻蚀机原理化学方程式,去PSG原理化学方程式,O2是作用： 加快CF4与硅片边缘PN结的反应速率,等离子体刻蚀反应,太阳电池制造过程-去磷硅玻璃,用HF酸把表面的磷硅玻璃去除,P型半导体硅,P型硅,N型硅,磷硅玻璃,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。 氢氟酸是无色透明的液体，具有较弱的酸性、易挥发性和很强的腐蚀性。但氢氟酸具有一个很重要的特性是它能够溶解二氧化硅，因此不能装在玻璃瓶中。 在半导体生产的清洗和腐蚀工艺中，主要就利用氢氟酸的这一特性来除去硅片表面的二氧化硅层。,PECVD,插片,放入洁净柜,检查,推入上料区,取料,卸片,运行程序,送入下道工序,填写表单,太阳电池制造过程-PECVD,在硅片表面镀上一层深蓝色的氮化硅膜 可以充分吸收太阳光，降低反射 在硅片表面有氢钝化的作用,氮化硅膜,P型半导体硅,P型硅,N型硅,PECVD沉积SiN 利用硅烷（SiH4）与氨气（NH3）在等离子体中反应。 SiH4+NH3 SiNH+3H2 2SiH4+N2 2SiNH+3H2,太阳电池制造过程-PECVD,PECVD：Plasma Enhance Chemical Vapour Deposition 等离子增强化学气相沉积,在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜-SiN膜。其还具有卓越的抗氧 化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽金属和水蒸汽 扩散的能力；它的化学稳定性也很好，除氢氟酸和热磷酸能缓慢 腐蚀外，其它酸与它基本不起作用。,除SiN膜外，TiO2，SiO2也可作为减反膜,丝网印刷,上料检查,承载盒上料,PECVD镀膜后的硅片,网版印刷,背电极印刷,背电场印刷,正面栅线印刷,太阳电池制造过程-丝网印刷,丝网印刷的原理 通过刮条挤压丝网弹性变形后将浆料漏印在需印刷的材料上的一种方式,这是目前普遍采用的一种电池工艺. 丝网印刷的流程 上料丝印第一道烘箱1丝印第二道烘箱2丝印第三道烧结炉 烘箱的作用 先烘干硅片上的浆料，去处浆料中的有机成分。 烧结炉的结构 烘干区烧结区回温区（冷却区） 烧结炉的作用 先烘干硅片上的浆料，去处浆料中的有机成分，通过高温使硅金属与浆料形成欧姆接触. 所谓欧姆接触:半导体材料与金属接触时没有形成整流接触,欧姆接触具有线形和对称的VI特性，且接触时的电阻远小于材料电阻的一种接触，因此当电流通过时，良好的欧姆接触不会产生显著的压降和功耗。,丝网印刷,原材料的特性 硅片的厂家、型号、批次 、厚度、尺寸、少子寿命、对角线 丝网印刷的辅助材料 刮条、浆料、胶带、封网浆、酒精、松油醇 丝网印刷表单的填写 工序流程卡、电池生产记录、首检记录、浆料领用/使用记录、刮条更换记录、网板更换记录、网板使用寿命跟踪记录、台面称重记录、碎片称重记录、设备维护申请单,太阳电池制造过程-背电极印刷,在太阳电池背面丝网印刷印上引出电极 使用的浆料是银浆 作用：易于焊接,背电极,太阳电池制造过程-背电场印刷,通过烧结穿透背面PN结，和P型硅形成良好的欧姆接触。 使用的浆料是铝浆 作用：收集载流子,背电场,太阳电池制造过程-正面电极印刷,正面电极有主栅线和副栅线组成 在太阳电池正面丝网印刷银浆，形成负电极 作用：收集电流,主栅线,副栅线,副栅线,主栅线,丝网印刷,丝网印刷中的注意事项: 1 保持印刷平台的清洁,随时清除台面上的任何碎片和异物,防止产生碎片或损坏网版。 2 及时清理行走臂和烘箱里的碎片,防止堵塞电机或产生新的碎片。 3 印刷台上的贴纸要平整、干净，否则易引起碎片或报警。 4 根据具体情况,及时调整印刷参数.(参数调整原则另述)。 5 出现报警时应首先查看报警信息显示,然后采取相应措施。 6 机器自动运行时不要打开或调用需手动状态下运行的软件功能（如摄像校正，输入输出显示控制等），否则会造成死机。 安全防护事项： 1 严禁随意拆除机器上防护用的护盖或门锁。 2 严禁两人同时操作机器，尤其在设备异常时。 3 严禁将物件放在机器运动部件（如印刷平台、行走臂、烘箱托盘等）上。 3 严禁在机器运行时从运动的部件上取放电池片或做其它操作，需要时必须停机操作，长时间停机清理碎片或维护时应将旋钮选择在Manual(手动)模式。 4 机器运行时如有异常现象，应立即停机，并通知设备维护。,分类检测,吸片,包装入库,贴标识,分类,测试台,检测数据,打印标签,QC检验,上料检查,分类检测,1测试系统构成 本系统由闪光灯、太阳能脉冲仿真器、可编程负载模拟装置、温度检测装置、光强测量电池、测试架和分检系统。示意图如下（不包括分检系统）。,2工作原理： 本系统通过模拟AM（Air Mass）1.5 1000W/m2太阳光脉冲照射PV电池表面产生光电流，光电流流过可编程模拟负载，在负载两端产生电压，负载装置将采样到的电流、电压传送给SCLoad计算,得到IV曲线及其它指标，并根据实际光强和温度对它们进行修正。SCLoad 根据测试结果，按照给定的分类规则分类，将分类结果传送给分检系统，分检系统将已分类的电池放到相应的电池盒里。 3、岗位流程： 丝印下料吸片 QC 检验 上料 行走臂 测试台 分类 下料 打印标签 包装入库 4、太阳电池的电性能参数： Isc (短路电流) Voc (开路电压) Ipm (最大电流) Vpm (最大电压) Pmax（最大功率） Rs（串联电阻） Rsh（并联电阻） FF（填充因子） EFF（转换效率）,看机器注意点及保养,1 检查测试仪探针是否有弯曲和折断，如有，则更换。 2 清理行行走臂中所有碎片。 3 当发现电池片走弯时应立即停止纠正。 4 适当润滑下料缓冲盒升降电机传动螺杆。 5 适当润滑三只机械手X、Y轴滑轨。注意，不要污染磁尺。,总结,1、太阳电池将光能直接转换为电能的半导体器件 2、工作过程载流子的产生、漂移和经内建电场的分离 3、电性能参数短路电流、开路电压、填充因子、转换效率、串联电阻、并联电阻,