太阳电池工作原理太阳电池工作原理及制造及制造无锡尚无锡尚德太阳能电力有限公司德太阳能电力有限公司((SUNTECHPOWERCO.SUNTECHPOWERCO.LTD.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0.3～0.6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？产品介绍产品介绍太阳电池结构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远距离工业应用边远地区居民边远地区居民太阳能电池并网发电系统太阳能电池并网发电系统太阳能电池并网发电系统太阳能电池并网发电系统目录目录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Junction太阳电池的工作过程太阳电池的工作过程—光生伏特效应—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串联电阻（串联电阻（RRss））●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1—25℃曲线2—35℃21光强对太阳电池的影响光强对太阳电池的影响12曲线1—1个太阳曲线2—0.5个太阳太阳电池电性能参数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被收集的载流子数与入射光子数之比QEvs.Wavelength0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.0030040050060070080090010001100Wavelength(nm)EQE&IQE(0-1)EQEIQE太阳电池性能和质量分析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硅片的制造过程Scrnprt硅片尺寸硅片尺寸103×103(Ｓ)单晶125×125(Ｓ)单晶125×125(Ｍ)多晶150×150(Ｍ)多晶156×156(Ｓ)单晶156×156(Ｍ)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清洗间制绒制绒甩干甩干观察绒面检验硅片尺寸测厚度测厚度称重称重清洗清洗装片装片装片装片11、检验职责：、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。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。２２、装片要点：、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、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２０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：制绒作用：减少反射，增强对太阳光的吸收减少反射，增强对太阳光的吸收。。单晶制绒的原理：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↑太阳电池制造过程太阳电池制造过程--化学清洗化学清洗HCL去除硅片表面的金离子HF去除硅片表面的氧化物2222HNaCLNaHCLPP型半导体硅型半导体硅OHSiFHSiOHF26222][6单晶的各种形貌单晶的各种形貌单晶原始形貌（500倍）单晶绒面（500倍）单晶绒面（SEM）多晶绒面（SEM）扩散间扩散间取片取片拿石英舟拿石英舟上桨上桨装片装片进炉进炉设置参数设置参数测测片片取片取片流入下道工流入下道工序传递箱序传递箱太阳电池制造过程太阳电池制造过程--扩散扩散在P型半导体表面掺杂五价磷元素在硅片表面形成PN结外层：磷硅玻璃中间：N型半导体硅P型半导体硅P型硅N型硅磷硅玻璃(PSG)PNPN结结————太阳电池的心脏太阳电池的心脏扩散的目的：形成PN结扩散装置示意图扩散装置示意图四探针测量方块电阻四探针测量方块电阻电位差计单晶硅1234PSiOSiOPCLOPOPCLOPPCLPOCLCCC2800228002552560035255扩散原理化学方程式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刻蚀间夹片夹片取片取片去去PSGPSG刻蚀刻蚀上料上料整理整理插片插片取片取片甩干甩干检测检测运行运行太阳电池制造过程太阳电池制造过程--等离子体刻蚀等离子体刻蚀刻蚀目的：去除边缘PN结，防止上下短路等离子体刻蚀原理：等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性反应物而被去除。这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。刻蚀方法：１：干法刻蚀２：湿法刻蚀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：检验方法：冷热探针法冷热探针法OHSiFHSiOHFCOSiFOSiOCF262224224][刻蚀机原理化学方程式去PSG原理化学方程式OO22是作用：是作用：加快加快CF4CF4与硅片边与硅片边缘缘PNPN结的反应速率结的反应速率等离子体刻蚀反应等离子体刻蚀反应太阳电池制造过程太阳电池制造过程--去磷硅玻去磷硅玻璃璃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？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。PSiOSiOP4552Cl01O2P5O4PCl25225225OHSiFHSiOHF2622][6PECVDPECVD插片插片放入洁净柜放入洁净柜检查检查推入上料区推入上料区取料取料卸片卸片运行程序运行程序送入下道工序送入下道工序填写表单填写表单太阳电池制造过程太阳电池制造过程--PECVDPECVD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+NH3SiNH+3H22SiH4+N22SiNH+3H2太阳电池制造过程太阳电池制造过程--PECVDPECVDPECVD：PlasmaEnhanceChemicalVapourDeposition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丝网印刷上料检查上料检查承载盒上料承载盒上料PECVDPECVD镀膜镀膜后的硅片后的硅片网版印刷网版印刷背电极印刷背电极印刷背电场印刷背电场印刷正面栅线印刷正面栅线印刷太阳电池制造过程太阳电池制造过程--丝网印刷丝网印刷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V—I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…太阳电池制造过程太阳电池制造过程--背电极印背电极印刷刷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太阳电池制造过程--背电场印背电场印刷刷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太阳电池制造过程--正面电极印刷正面电极印刷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副栅线主栅线主栅线分类检测分类检测吸片吸片包装入库包装入库贴标识贴标识分类分类测试台测试台检测数据检测数据打印标签打印标签QCQC检检验验上料检查上料检查分类检测分类检测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（AirMass）1.51000W/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