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α-Si(非晶硅)太阳能电池一般选用高频辉光使硅烷分化堆积而成。因为分化温度低(250-5000C),可在薄玻璃、陶瓷、不锈钢和塑料底片上堆积1um厚的薄膜,且易于大面积化。非晶硅太阳能电池大都选用PIN结构,有时还制成多层叠层式结构。
1980单晶硅太阳能电池功率到达20%,多晶硅为14.5%,Ga As为22.5%
(2)太阳能电池芯片外表制造绒面或倒金字塔多坑外表结构。电池芯片反面制造反面镜,以下降外表反射和构成杰出的隔光机制。
但因为集成电路(或半导体器材)芯片制造企业的可运用的单晶硅片数量有限,因而当太阳能电池芯片出产规划扩展时有必要考虑其他晶体硅的来历。
近几年来,因为可供给太阳能电池芯片出产的硅单晶片和硅多晶硅片严峻缺少,价格不断大幅度上升,例如2003年进口电子级多晶硅每公斤为22-25美元,而2006年进口相同多晶硅的价格上升200%至300%,有些经销商转手倒卖时,价格甚至举高5至8倍。在这种情况下,许多中小型的硅单晶出产企业蜂涌而至。从上世纪九十年代以来,在上海及周边区域树立中小型太阳能电池硅单晶(或硅多晶)的出产企业达4至5个之多。上海通用硅有限公司和上海卡姆丹克公司(合资企业)是其间有代表性的企业。它们各具有许多直拉单晶炉,能够拉制5.5″,6″,6.5″和8″直径的硅单晶,构成了可供年产25——30MW太阳能电池芯片的商场。可是因为多晶硅原资料供给缺少,这些企业拉制的硅单晶原资料只能供给出产20MW太阳能电池芯片所用。因而,硅资料缺少已成为按捺上海(甚至全国)太阳能电池工业封装的瓶颈。因而,经过上海与外省市的协作展开多晶硅工业已是涉及到微电子工业和太阳能电池工业的战略问题。
当入发射光照在电池外表时,光子穿过减反射膜进入硅中,能量大于硅禁带宽度的光子在N区,PN+结空间电荷区和P区中激宣布光生电子——空穴对。各区中的光生载流子如果在复合前能跳过耗尽区,就对发光电压作出贡献。光生电子留于N+区,光生空穴留于P区,在PN+结的两边构成正负电荷的堆集,发生光生电压,此为光生伏打效应。当光伏电池两端接一负载后,光电池就从P区经负载流至N+区,负载中就有功率输出。
(8)制造减反射膜:为了削减入反射丢失,要在硅片外表上掩盖一层减反射膜。制造减反射膜的资料有MgF2,SiO2,Al2O3,SiO,Si3N4,TiO2,Ta2O5等。工艺办法可用真空镀膜法、离子镀膜法,溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。
4、进步硅晶体中少量载流子寿数,即削减重金属杂质含量和其他可作为复合中心的杂质,晶体结构缺点等。
现在进步太阳能电池功率的首要办法如下,而各项办法的选用往往引导出相应的新的工艺技能。
由此可见,太阳能电池芯片的制造选用的工艺办法与半导体器材根本相同,出产的工艺设备也根本相同,但工艺加工精度远低于集成电路芯片的制造要求,这为太阳能电池的规划出产供给了有利条件。
规划化出产太阳能电池的芯片尺寸别离为(103×103)mm2、(125×125)mm2、(156×156)mm2和(210×210)mm2的方片。现在的干流仍是(156×156)mm2,2007年将过渡到(210×210)mm2为干流芯片。最近德国已推出了代表国际最先进的(210×210)mm2硅片全自动出产设备。
晶体硅太阳能电池的理论功率为25%(AMO1.0光谱条件下)。太阳能电池的理论功率与入射光能转变成电流之前的各种或许损耗的要素有关。其间,有些要素由太阳能电池的根本物理决议的,有些则与资料和工艺相关。从进步太阳能电池功率的原理上讲,应从以下几方面着手:
太阳能电池各区对不同波长光的灵敏型是不同的。挨近顶区湿发生阳光电流对短波长的紫光(或紫外光)灵敏,约占总光源电流的5-10%(随N+区厚度而变),PN+结空间电荷的光生电流对可见光灵敏,约占5%左右。电池基体区域发生的光电流对红外光灵敏,占80-90%,是光生电流的首要组成部分。
上海关于光电转化器材的研讨起步于1959年。其时在中科院技能物理研讨所和上海科技大学等单位作为光电勘探器材课题进行研讨。上世纪八十年ຫໍສະໝຸດ Baidu,上海外表局所属的上海半导体器材八厂等单位出产小功率的兰硅光电池在商场上出售。八十年代后期,受国际太阳能电池工业迅速展开的影响,上海开端树立专业的太阳能电池芯片出产企业和专业的研讨机构。近10年多来,跟着我国太阳能电池“热潮”的到来,制造太阳能电池组件的企业纷繁树立,并且跟着单晶硅和多晶硅资料供给严重,许多小型的硅单晶企业也蜂涌而至。从上世纪九十年代以来,上海的太阳能电池工业逐步构成规划。
非晶硅太阳能电池很多出产的大面积产品的转化功率为10-12%,小面积产品转化功率已进步到14.6%,叠层结构电池的最高功率为21%。
GaAs太阳能电池大都选用液相外延法或MOCVD技能制备,GaAs太阳能电池的功率可高达29.5%,一般在19.5%左右。产品具有耐高温和抗辐射特色,但出产成本较高,产值受限,首要用作空间电源。以硅片为衬底,拥MOCVD办法制造GaAs /Si异质结太阳能电池是下降成本很有期望的办法,最高功率23.3%,GaAs叠层结构的太阳能电池功率挨近40%。
1998单晶硅太阳能电池功率到达24.7%,荷兰提出“百万光伏房顶方案”
2000国际太阳能电池总产值达287MW,欧洲方案2010年出产60亿瓦光伏电池。
硅太阳能电池的外形及根本结构如图1。根本资料为P型单晶硅,厚度为0.3—0.5mm左右。上外表为N型区,构成一个PN+结。顶区外表有栅状金属电极,硅片反面为金属底电极。上下电极别离与N+区和P区构成欧姆触摸,整个上外表还均匀掩盖着减反射膜。
晶体硅太阳能电池的制造工艺流程如图2。进步太阳能电池的转化功率和下降成本是太阳能电池技能展开的干流。
(2)清洗:用惯例的硅片清洗办法清洗,然后用酸(或碱)溶液将硅片外表切开损害层除掉30-50um。
(4)磷分散:选用涂布源(或液态源,或固态氮化磷片状源)进行分散,制成PN+结,结深一般为0.3-0.5um。
(5)周边刻蚀:分散时在硅片周边外表构成的分散层,会使电池上下电极短路,用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边分散层。
(7)制造上下电极:用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制造下电极,然后制造上电极。铝浆印刷是很多选用的工艺办法。
中芯国际(上海)为国内集成电路(或半导体器材)芯片制造企业展开太阳能电池芯片或组件出产走出了一条成功之路,从中芯国际(上海)Fab10投产的实践来看,证明了以下现实,即集成电路(或半导体器材)芯片制造企业太阳能电池芯片具有许多有利条件:
近几年来,受国际太阳能电池展开“热潮”的影响,我国太阳能电池工业展开空前高涨,本文收集了太阳能电池的一些有关技能,以供读者参阅。
现在,上海区域从事太阳能电池芯片、组件、硅资料和设备出产和技能研讨的单位共20余个。
其间,太阳能电池芯片制造的首要企业有上海太阳能科技有限公司、上海泰阳公司等。2006年中芯国际(上海)公司Fab 10建成投产,运用8英寸硅单晶硅片制造太阳能电池芯片,创始了上海运用8英寸多晶硅片制造太阳能电池的新典范。现在,上海太阳能电池芯片的产值在30-40MW左右。上海太阳能电池组件的出产企业共有10个左右。首要企业仍有上海太阳能科技有限公司和上海泰阳公司(与上海交通大学协作)等。现在上海太阳能电池组件的产值为50-70 MW左右。因为太阳能电池组件出产技能及设备要求较为简略,因而,太阳能电池组件出产企业中,有多家为民营企业。因为国内太阳能电池芯片供给缺少,这些企业往往选用进口芯片拼装后绝大部分返销境外,仅少量投进国内商场。
这方面首要有CIS(铜铟硒)薄膜、CdTe (碲化镉)薄膜和InP(磷化铟)太阳能电池等。这些太阳能电池的结构与非晶硅电池类似。但CIS薄膜一般厚度为2-3um,已到达的转化功率为17.7%。CdTe薄膜很适合于制造太阳能电池。其理论转化功率达30%,现在国际先进水平转化功率为15.8%,多用于空间方面。2004年国际各种太阳能电池产值的品种散布如表2
太阳能电池是发生光生伏打效应(简称光伏效应)的半导体器材。因而,太阳能电池又称为光伏电池,太阳能电池工业又称为光伏工业。
1954年国际第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实验室面世,幷首要应用于空间技能。其时太阳能电池的转化功率为8%。1973年国际迸发石油危机,从此之后,人们遍及关于太阳能电池重视,近10几年来,跟着国际动力缺少和环境污染等问题日趋严峻,太阳能电池的清洁性、安全性、长寿数,免保护以及资源可再生性等长处愈加闪现。一些发达国家拟定了一系列鼓动光伏发电的优惠政策,幷施行巨大的光伏工程方案,为太阳能电池工业发明了杰出的展开机会和巨大的商场空间,太阳能电池工业进入了高速展开时期,幷带动了上游多晶硅资料业和下流太阳能电池设备业的展开。在1997-2006年的10年中,国际光伏工业扩展了20倍,往后10年国际光伏工业仍以每年30%以上的增长速度展开。
芯片的厚度也愈来愈薄,从→300→ 270→ 240 →210 →180 um,现在晶体硅片首要运用厚度为210—240um。
2004年晶体硅太阳能电池占总量的84.6%,出产技能老练,是光伏工业的主导产品。在光伏工业中占有着控制位置。
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