太阳能电池铝浆.ppt
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1、n太阳能电池用铝浆太阳能电池用铝浆 目目 录录n一、太阳能电池简介一、太阳能电池简介n二、铝背场的作用二、铝背场的作用n三、铝浆技术现状及生产厂家三、铝浆技术现状及生产厂家n四、铝浆技术开发难点及影响因素四、铝浆技术开发难点及影响因素n五、光伏市场及铝浆需求五、光伏市场及铝浆需求一、太阳能电池简介一、太阳能电池简介n1.1.太阳能电池结构及原理太阳能电池结构及原理n 太阳能电池如下图所示。一般多选用在太阳能电池如下图所示。一般多选用在p型硅衬底型硅衬底上扩散上扩散n型硅形成太阳电池雏形。在硅片表面镀有减反型硅形成太阳电池雏形。在硅片表面镀有减反射膜用以减少对太阳光的反射。射膜用以减少对太阳光的
2、反射。P型硅衬底的厚度约为型硅衬底的厚度约为200300m,通过扩散形成,通过扩散形成pn结,结深约为结,结深约为0.5m。太阳能电池通过丝网印刷厚膜电子浆料,以。太阳能电池通过丝网印刷厚膜电子浆料,以及链式炉烧结工艺制作上下电极。及链式炉烧结工艺制作上下电极。太阳能电池原理太阳能电池原理n硅太阳电池是利用光生伏特效应硅太阳电池是利用光生伏特效应(Photovoltaic Effect)的半导体器件。其内部结构为的半导体器件。其内部结构为p+pnn结构,如下图所示,其中含有结构,如下图所示,其中含有pn,pp,nn三个结,平衡状态下,多数载流子和少数载流子的电三个结,平衡状态下,多数载流子和少
3、数载流子的电流相互补偿,总电流等于零。当太阳光照射到由流相互补偿,总电流等于零。当太阳光照射到由p型和型和n型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的pn结上时,在结的耗尽区,光能被半导体吸收,产生非结上时,在结的耗尽区,光能被半导体吸收,产生非平衡载流子平衡载流子电子和空穴。受内建电场作用将空穴电子和空穴。受内建电场作用将空穴推向推向p区,电子推向区,电子推向n区,在势垒区的非平衡载流子亦区,在势垒区的非平衡载流子亦在内建电场的作用下,各向相反方向运动,离开势垒在内建电场的作用下,各向相反方向运动,离开势垒区,结果使区,结果使p区电势升高,区电势升高,n
4、区电势降低,区电势降低,pn结两端结两端形成光生电动势,这就是形成光生电动势,这就是pn结的光生伏特效应。结的光生伏特效应。太阳能电池原理示意图太阳能电池原理示意图 一、太阳能电池简介一、太阳能电池简介n太阳能电池转换效率及主要参数太阳能电池转换效率及主要参数n理论上单晶硅太阳电池的最高光电转换效率为理论上单晶硅太阳电池的最高光电转换效率为30%30%,多晶硅太阳电池的最高效率为,多晶硅太阳电池的最高效率为24%24%。目前,单晶硅太。目前,单晶硅太阳电池的最高转换效率在实验室里已有了很大提高,阳电池的最高转换效率在实验室里已有了很大提高,为为24.7%24.7%,接近最高效率值。而多晶硅太阳
5、电池由于存,接近最高效率值。而多晶硅太阳电池由于存在很多的晶界,这些晶界所形成的复合中心,导致了在很多的晶界,这些晶界所形成的复合中心,导致了多晶硅的光伏转换效率还远远低于单晶硅,光电转换多晶硅的光伏转换效率还远远低于单晶硅,光电转换效率为效率为19.8%19.8%。工业化生产时效率低于实验室效率,目。工业化生产时效率低于实验室效率,目前太阳能工业化生产效率单晶硅前太阳能工业化生产效率单晶硅1717、多晶硅、多晶硅16%16%。太阳能电池主要技术参数太阳能电池主要技术参数n 表征太阳电池的电性能参数的主要是:开路电表征太阳电池的电性能参数的主要是:开路电压(压(VOCVOC)、短路电流()、短
6、路电流(ISCISC)、填充因子()、填充因子(FFFF)、)、和转换效率(和转换效率(),还有并联电阻(,还有并联电阻(RshRsh)和串联)和串联电阻(电阻(RsRs)。)。n(1 1)开路电压)开路电压VOCVOCn 当电池的负载阻抗无限大时,光照产生的输出当电池的负载阻抗无限大时,光照产生的输出电压。电压。n(2)短路电流)短路电流Isc,当电池的负载阻抗为零时,光,当电池的负载阻抗为零时,光照产生的输出电流。照产生的输出电流。太阳能电池主要技术参数太阳能电池主要技术参数n(3 3)填充因子)填充因子FFFF,在光照下的伏安特性曲线上,任何,在光照下的伏安特性曲线上,任何一个工作点输出
7、功率等于该点所对应的电压和电流的一个工作点输出功率等于该点所对应的电压和电流的乘积。其中一个点(乘积。其中一个点(VmVm,ImIm)将对应最大的输出功率)将对应最大的输出功率PmPm。定义,最大输出功率与。定义,最大输出功率与VocVoc、IscIsc的乘积之比,叫的乘积之比,叫填充因子,用填充因子,用FFFF表示。表示。n(4 4)光伏转换效率)光伏转换效率 ,电池效率为电池输出的最大,电池效率为电池输出的最大功率与太阳光的入射功率之比。功率与太阳光的入射功率之比。n(5 5)串联电阻)串联电阻RsRs,它是构成太阳电池的半导体体电阻,它是构成太阳电池的半导体体电阻和电极电阻等的和。和电极
8、电阻等的和。n(6 6)并联电阻)并联电阻RshRsh,也称漏电电阻,旁路电阻,也称漏电电阻,旁路电阻。一、太阳能电池简介一、太阳能电池简介n太阳能电池对电极浆料的要求太阳能电池对电极浆料的要求n 为了输出硅太阳电池的电能,必须在电池上制作正、为了输出硅太阳电池的电能,必须在电池上制作正、负两个电极。电极就是与电池负两个电极。电极就是与电池p pn n结两端形成紧密欧姆接结两端形成紧密欧姆接触的导电材料。习惯上把制作在电池光照面的电极称为上触的导电材料。习惯上把制作在电池光照面的电极称为上电极,把制作在电池背面的电极称为下电极或者背电极。电极,把制作在电池背面的电极称为下电极或者背电极。上电极
9、为负极,选用银浆作为阴极浆料印刷烧结而成。下上电极为负极,选用银浆作为阴极浆料印刷烧结而成。下电极为正极,由铝浆和银铝浆组成,其中铝浆即为硅太阳电极为正极,由铝浆和银铝浆组成,其中铝浆即为硅太阳电池用阳极浆料。电池用阳极浆料。一、太阳能电池简介一、太阳能电池简介n4 4、对下电极材料铝浆的技术要求、对下电极材料铝浆的技术要求n形成铝背形成铝背p pp+p+结,提高开路电压;结,提高开路电压;n形成硅铝合金对硅片进行有效地吸杂,提高效率;形成硅铝合金对硅片进行有效地吸杂,提高效率;n能与硅形成牢固的欧姆接触;能与硅形成牢固的欧姆接触;n有优良的导电性;有优良的导电性;n化学稳定性好;化学稳定性好
10、n有适宜大规模生产的工艺性;有适宜大规模生产的工艺性;n价格较低。价格较低。二、铝背场的作用二、铝背场的作用n1 1、铝背场形成理论、铝背场形成理论n 铝背场的形成通常采用合金法来制作的,它的形铝背场的形成通常采用合金法来制作的,它的形成可以概括为以下:成可以概括为以下:n(1 1)将铝浆印刷在硅的表面。)将铝浆印刷在硅的表面。n(2 2)将沉积好的硅片放进峰值温度超过)将沉积好的硅片放进峰值温度超过577577(铝(铝硅合金共熔温度)的链式烧结炉里进行烧结。硅合金共熔温度)的链式烧结炉里进行烧结。n 当温度低于当温度低于577时,铝硅不发生作用,当温度时,铝硅不发生作用,当温度升到共晶温度
11、升到共晶温度577时,在交界面处,铝原子和硅原时,在交界面处,铝原子和硅原子相互扩散,随着时间的增加和温度的升高,硅铝子相互扩散,随着时间的增加和温度的升高,硅铝熔化速度加快,最后整个界面变成铝硅熔体,在交熔化速度加快,最后整个界面变成铝硅熔体,在交界面处形成组成为界面处形成组成为11.3硅原子和硅原子和88.7铝原子的铝原子的熔液。熔液。二、铝背场的作用二、铝背场的作用n2 2、铝背场的吸杂原理、铝背场的吸杂原理n n 在太阳电池中杂质主要有在太阳电池中杂质主要有Fe、Co、Ni、Cu、Au等,碱金属杂质主要有等,碱金属杂质主要有Na、Li、K。n 一般的太阳电池生产工艺,是通过制作铝背场来
12、形一般的太阳电池生产工艺,是通过制作铝背场来形成吸杂中心,产生吸杂作用。原理是利用铝原子与硅成吸杂中心,产生吸杂作用。原理是利用铝原子与硅原子结构上的差异,将其扩散到硅片背面引起失配位原子结构上的差异,将其扩散到硅片背面引起失配位错,因而形成应力吸杂中心。错,因而形成应力吸杂中心。n 铝吸杂的过程可以解释如下:在烧结工艺铝吸杂的过程可以解释如下:在烧结工艺中,当温度高于中,当温度高于577的时候,铝硅合金就会的时候,铝硅合金就会溶解,许多金属如铁、铜、金等在很大温度范溶解,许多金属如铁、铜、金等在很大温度范围内,不论是在液态还是固态的铝中溶解度都围内,不论是在液态还是固态的铝中溶解度都是是11
13、0at.,同时在硅中的溶解度很低。例,同时在硅中的溶解度很低。例如,在如,在750950温度区间内,铁在铝、硅温度区间内,铁在铝、硅中的分凝系数为中的分凝系数为105106。二、铝背场的作用二、铝背场的作用n3 3、铝背场对太阳电池的主要影响、铝背场对太阳电池的主要影响 n (1 1)提高短路电流和开路电压;)提高短路电流和开路电压;n (2 2)减小电池厚度;)减小电池厚度;n (3 3)提高填充因子;)提高填充因子;n (4 4)提高光电转换效率。)提高光电转换效率。三、铝浆技术现状及生产厂家三、铝浆技术现状及生产厂家n1、铝浆技术发展历史铝浆技术发展历史n 对于阳极浆料以及电极制造方法的
14、研究是和硅太对于阳极浆料以及电极制造方法的研究是和硅太阳电池的发展密切相关的,这些研究因为历史的原因,阳电池的发展密切相关的,这些研究因为历史的原因,是间断性的。在八十年代发展的比较快,科学家研究是间断性的。在八十年代发展的比较快,科学家研究了适于作为电极的金属和制造电极的方法。适合的金了适于作为电极的金属和制造电极的方法。适合的金属主要有银、铝、金、钛,而当时主要的电极制作方属主要有银、铝、金、钛,而当时主要的电极制作方法有真空蒸镀、化学镀鎳、印刷烧结三种。法有真空蒸镀、化学镀鎳、印刷烧结三种。八十年代电极常用金属材料八十年代电极常用金属材料金属金属 20体电阻率(体电阻率(106cm)与硅
15、的粘附性与硅的粘附性 熔点熔点 银(Ag)1.6低低961铝(铝(Al)2.7很高很高659金(金(Au)2.2低低1063铜(铜(Cu)1.7低低1084钛(钛(Ti)46.6很高很高1667n真空蒸镀和化学镀鎳的方法盛行与六七十年代,真空蒸镀是通过真空蒸镀和化学镀鎳的方法盛行与六七十年代,真空蒸镀是通过掩膜遮挡或蒸镀后光刻腐蚀形成图形,适于的金属有银、铝、钛。掩膜遮挡或蒸镀后光刻腐蚀形成图形,适于的金属有银、铝、钛。主要问题在于对真空度、环境湿度、温度要求较为严格,有时还主要问题在于对真空度、环境湿度、温度要求较为严格,有时还需要惰性气体的气氛保护,消耗能源过多,并且不利于大规模的需要惰性
16、气体的气氛保护,消耗能源过多,并且不利于大规模的工业化生产。工业化生产。n化学镀鎳是指通过鎳盐和次磷酸盐的化学作用在硅表面形成鎳磷化学镀鎳是指通过鎳盐和次磷酸盐的化学作用在硅表面形成鎳磷合金的沉积镀层的方法。其主要问题是光滑的硅表面不易形成结合金的沉积镀层的方法。其主要问题是光滑的硅表面不易形成结合牢固的镀层,并且方法过于繁琐,不易控制。合牢固的镀层,并且方法过于繁琐,不易控制。n为了降低成本和适应大规模的工业化生产,人们在八十年代借鉴为了降低成本和适应大规模的工业化生产,人们在八十年代借鉴厚膜集成电路中的方法,开发了印刷烧结的制作电极方法。厚膜集成电路中的方法,开发了印刷烧结的制作电极方法。
17、三、铝浆技术现状及生产厂家三、铝浆技术现状及生产厂家n2 2、铝浆技术现状、铝浆技术现状n 目前全球大型的硅太阳电池用铝电极浆料生产企业目前全球大型的硅太阳电池用铝电极浆料生产企业主要集中在美、日、德等少数发达国家。产业规模大,主要集中在美、日、德等少数发达国家。产业规模大,产品种类齐全,生产和质量控制手段先进,研发力度产品种类齐全,生产和质量控制手段先进,研发力度大,产品更新换代快,市场占有率高。大,产品更新换代快,市场占有率高。n 美国杜邦(美国杜邦(DuPont)公司是全球最大的电子浆料)公司是全球最大的电子浆料公司,建于公司,建于1802年,年产各种浆料年,年产各种浆料800900种,
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