1、硅太阳能电池硅太阳能电池目录硅太阳能电池分类和简介硅太阳能电池分类和简介多晶硅薄膜硅太阳能电池的制备以及应用多晶硅薄膜硅太阳能电池的制备以及应用硅太阳能电池的发展历史硅太阳能电池的发展历史A3A4一、一、太阳能电池的发展历史太阳能电池的发展历史18391839年法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应。年法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应。19541954年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅太阳能电池。年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅太阳能电池。19581958年我国研制出了首块硅单晶，研发出的电池主要用于空间领域。年我国研制出了首块硅单晶，研发出的电池主要用于空间领域。7070年代末，我国与国际同
2、期开展了砷化镓太阳能电池研究，该电池年代末，我国与国际同期开展了砷化镓太阳能电池研究，该电池具有很高的光吸收系数，具有很高的光吸收系数，19991999年，年，2 22cm2cm2 2电池的转换效率达电池的转换效率达2222。19751975年宁波、开封先后成立太阳电池厂，电池制造工艺模仿早期生产年宁波、开封先后成立太阳电池厂，电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。空间电池的工艺，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。8080年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，生产能力由年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，生产能力由原来的几百原来的几
3、百KWKW（千瓦）一下子提升到（千瓦）一下子提升到4.5MW4.5MW，这种产能一直持续到，这种产能一直持续到20022002年，产量则只有年，产量则只有2MW2MW左右。左右。19991999年，保定天威英利新能源有限公司承建了年，保定天威英利新能源有限公司承建了“多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池及应用系统示范工程及应用系统示范工程”项目，项目，20032003年年12 12月正式通过国家验收，全线投月正式通过国家验收，全线投产，填补了我国不能商业化生产多晶硅太阳能电池的空白。产，填补了我国不能商业化生产多晶硅太阳能电池的空白。A520022002年年9 9月，尚德第一条月，尚德第一条10M
4、W10MW太阳电池生产线正式投产，产能太阳电池生产线正式投产，产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和，一举将我国与国际相当于此前四年全国太阳电池产量的总和，一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了光伏产业的差距缩短了15 15年。年。20042004年年1 1月月19 19日，中国第一台日，中国第一台12 12对棒多晶硅高效节能大还原炉在对棒多晶硅高效节能大还原炉在中硅高科试验成功，各项技术指标均达到国际先进水平。至此，中硅高科试验成功，各项技术指标均达到国际先进水平。至此，中国人掌握了由美国、日本、德国等国垄断中国人掌握了由美国、日本、德国等国垄断2020余年的多晶硅生余年的多晶硅生产核心技术
5、。产核心技术。20052005年，国内第一个年，国内第一个300300吨多晶硅生产项目在洛阳中硅建成投产，吨多晶硅生产项目在洛阳中硅建成投产，拉开了中国多晶硅大发展的序幕。拉开了中国多晶硅大发展的序幕。20052005年年12 12月月14 14日，无锡尚德在美国纽约证券交易所挂牌，成为中日，无锡尚德在美国纽约证券交易所挂牌，成为中国内地首家在纽交所挂牌上市的民营高科技企业。从此，国内国内地首家在纽交所挂牌上市的民营高科技企业。从此，国内太阳能电池的生产和研发也驶入了快车道。太阳能电池的生产和研发也驶入了快车道。20072007年，我国太阳能电池产量约占世界总产量的三分之一，成年，我国太阳能电
6、池产量约占世界总产量的三分之一，成为世界第一大太阳能电池生产国。为世界第一大太阳能电池生产国。A6二、太阳能电池的分类：二、太阳能电池的分类：A71.1.单晶硅太阳能简介：单晶硅太阳能简介：转换效率最高，技术最为成熟转换效率最高，技术最为成熟其高性能依赖于其高性能依赖于高质量单晶硅材料和相关的成高质量单晶硅材料和相关的成熟熟的加工处理工艺的加工处理工艺制作制作一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术掺杂等技术开发的主要有开发的主要有:平面单晶硅电池、刻槽埋栅电极单晶硅电池平面单晶硅电池、刻槽埋栅电极单晶硅电池 A8单晶硅太阳能电池优缺点单晶硅太阳能
7、电池优缺点优点：转换效率最高优点：转换效率最高缺点：单晶硅成本价格缺点：单晶硅成本价格 高、大幅度降低高、大幅度降低 成本困难成本困难解决：寻找替代品解决：寻找替代品传统的硅太阳能电池刚硬、传统的硅太阳能电池刚硬、沉重而且不透明沉重而且不透明 A92.2.多晶硅太阳能简介多晶硅太阳能简介多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池兼具兼具单晶硅电池的高转换效率和长寿单晶硅电池的高转换效率和长寿命以及非晶硅薄膜电池的材料制备工艺相对简化等优点命以及非晶硅薄膜电池的材料制备工艺相对简化等优点的新一代电池，其转换效率一般为的新一代电池，其转换效率一般为15%左右，稍低于单左右，稍低于单晶硅太阳电池，没有明显效率
8、衰退问题，并且有可能在晶硅太阳电池，没有明显效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池。率高于非晶硅薄膜电池。此外，多晶硅太阳能电池的使此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。A103.3.多晶硅薄膜太阳能电池多晶硅薄膜太阳能电池多晶硅薄膜太阳能电池是将多晶硅薄膜生长在多晶硅薄膜太阳能电池是将多晶硅薄膜生长在低成本低成本的衬底材料上，用相对薄的晶体硅层作为太阳能电池的衬底材料上，用相对薄的晶体硅层作为太阳能电池的激活层，不仅保持了晶体硅太阳能电池
9、的的激活层，不仅保持了晶体硅太阳能电池的高性能和高性能和稳定性稳定性，而且材料的，而且材料的用量大幅度下降用量大幅度下降，明显地，明显地降低了降低了电池成本电池成本。多晶硅薄膜太阳能电池的工作原理与其他。多晶硅薄膜太阳能电池的工作原理与其他太阳能电池一样，是基于太阳光与半导体材料的作用太阳能电池一样，是基于太阳光与半导体材料的作用而形成光伏效应。光与半导体的相互作用可以产生光而形成光伏效应。光与半导体的相互作用可以产生光生载流子。当将所产生的电子生载流子。当将所产生的电子-空穴对靠半导体内形空穴对靠半导体内形成的势垒分开到两极时，两极间会产生电势，称为成的势垒分开到两极时，两极间会产生电势，称
10、为光光生伏打效应生伏打效应，简称光伏效应。，简称光伏效应。A11A12单晶单晶,多晶太阳能电池板的使用寿命一般为多晶太阳能电池板的使用寿命一般为25年，非晶硅年，非晶硅一般为一般为10年，单晶与多晶转换效率高，但是价格高，能源年，单晶与多晶转换效率高，但是价格高，能源回收期长，非晶太阳能转换率低一些，但是价格低，潜力回收期长，非晶太阳能转换率低一些，但是价格低，潜力大，能源回收期短，是未来的发展方向，技术主要掌握在大，能源回收期短，是未来的发展方向，技术主要掌握在美国、德国和日本少数国家手上。美国、德国和日本少数国家手上。在猛烈阳光底下，单晶体式太阳能电池板较非晶体式能够在猛烈阳光底下，单晶体
11、式太阳能电池板较非晶体式能够转化多一倍以上的太阳能为电能，但可惜单晶体式的价格转化多一倍以上的太阳能为电能，但可惜单晶体式的价格比非晶体式的昂贵两三倍以上，而且在阴天的情况下非晶比非晶体式的昂贵两三倍以上，而且在阴天的情况下非晶体式反而与晶体式能够收集到差不多一样多的太阳能。体式反而与晶体式能够收集到差不多一样多的太阳能。A13三三.多晶薄膜硅太阳能电池的基本原理：多晶薄膜硅太阳能电池的基本原理：基本原理基本原理 光生伏特效应光生伏特效应PNPN结的光生伏特效应结的光生伏特效应在光的照射下，半导体在光的照射下，半导体 p-np-n结的两端产生结的两端产生电位差电位差 的现象的现象。A14硅材料
12、是一种硅材料是一种半导体半导体材料，太阳能电池发电的原理主要就材料，太阳能电池发电的原理主要就是利用这种半导体的光电效应。一般半导体的分子结构是是利用这种半导体的光电效应。一般半导体的分子结构是这样的：这样的：当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼（黑色或银灰色固体，当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼（黑色或银灰色固体，熔点熔点23002300，沸点，沸点36583658，密度，密度2.342.34克克/厘米，硬度仅次于厘米，硬度仅次于金刚石，在室温下较稳定，可与氮、碳、硅作用，高温下金刚石，在室温下较稳定，可与氮、碳、硅作用，高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应，形成金属硼化物。这硼还与许多金属和金属氧
13、化物反应，形成金属硼化物。这些化合物通常是高硬度、耐熔、高导电率和化学惰性的物些化合物通常是高硬度、耐熔、高导电率和化学惰性的物质。）、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在一个空穴质。）、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在一个空穴。A15图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子，而黄色的表示掺入的硼原子，因为旁边的四个电子，而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有硼原子周围只有3 3个电子，所以就会产生如图所示的蓝个电子，所以就会产生如图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得
14、很不稳定，容易吸收电子而中和，形成容易吸收电子而中和，形成P P（positivepositive）型半导体。）型半导体。A16同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成以就会有一个电子变得非常活跃，形成N N（negativenegative）型）型半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子，半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子，如下图所示：如下图所示：A17P P型半导体中含有较多的空穴，而型半导体中含有较多的空穴，而N N型半导体中含型半导体中含有较多的电子，这样，当有较多的电子，这样，当P P
15、型和型和N N型半导体结合在型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PNPN结结。A18当当P P型和型和N N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P P型一侧带负型一侧带负电，电，N N型一侧带正电。这是由于型一侧带正电。这是由于P P型半导体多空穴，型半导体多空穴，N N型型半导体多自由电子，出现了浓度差。半导体多自由电子，出现了浓度差。N N区的电子汇扩散区的电子汇扩散到到P P区，区，P P区的空穴会扩散到区的空穴会扩散到
16、N N区，一旦扩散就形成了一区，一旦扩散就形成了一个有个有N N指向指向P P的的“内电场内电场”，从而阻止扩散进行。达到平，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，从而衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，从而形成形成PNPN结。当晶片受光后，结。当晶片受光后，PNPN结中，结中，N N型半导体的空穴型半导体的空穴往往P P型区移动，而型区移动，而P P型区中的电子往型区中的电子往N N型区移动，从而形型区移动，从而形成从成从N N型区到型区到P P型区的电流。然后在型区的电流。然后在P PN N结中形成电势差，结中形成电势差，这就形成了电源。这就形成了电源
17、。A19A20四四.晶体硅太阳能电池生产流程晶体硅太阳能电池生产流程A21多晶硅：硅锭 硅片 电池片 组件单晶硅：硅棒 硅片 电池片 组件A221.1.多晶硅薄膜太阳能电池多晶硅薄膜太阳能电池制备制备 低压化学气相沉积（低压化学气相沉积（LPCVDLPCVD）化学气相沉积法化学气相沉积法 等离子增强化学气相等离子增强化学气相沉积（沉积（PECVDPECVD）此外，此外，液相外延法（液相外延法（LPPELPPE）和和 溅射沉积法溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。也可用来制备多晶硅薄膜电池。A23化学气相沉积化学气相沉积：反应气体反应气体SiH2Cl2SiH2Cl2、SiHCl3SiHCl3、
18、SiSiC Cl4 l4或或SiH4SiH4 （一定保护气氛下）（一定保护气氛下）硅原子硅原子沉积在加热的衬底上沉积在加热的衬底上衬底材料一般选用衬底材料一般选用SiSi、SiOSiO2 2、SiSi3 3N N4 4等。等。非硅衬底上很难形成较大的晶粒非硅衬底上很难形成较大的晶粒，容易在晶粒间形成空隙。容易在晶粒间形成空隙。解决办法：解决办法：LPCVDLPCVD得到得到较薄非晶硅层较薄非晶硅层 将将非晶硅层退火，得到较大晶粒非晶硅层退火，得到较大晶粒 籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜因此，因此，再结晶技术再结晶技术无疑是很重要的一个环节无疑是很重要的一个环节 （固相结晶法固
19、相结晶法、中区熔再结晶法中区熔再结晶法）A24 工艺特点：工艺特点：多晶硅薄膜电池除采多晶硅薄膜电池除采用了用了再结晶再结晶工艺外，另外采用工艺外，另外采用了了几乎所有几乎所有制备单晶硅太阳能制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高能电池转换效率明显提高。德国费莱堡太阳能研究所德国费莱堡太阳能研究所采用采用区馆再结晶技术在区馆再结晶技术在 FZSiFZSi衬底上衬底上制得的多晶硅电池转换效率为制得的多晶硅电池转换效率为1919，日本三菱公司日本三菱公司用该法制备电池，用该法制备电池，效率达效率达16.42%16.42%。多晶硅薄膜电池生产车间多
20、晶硅薄膜电池生产车间A252.转换效率提高的工艺途径主要是靠单晶硅主要是靠单晶硅 表面微结构处理表面微结构处理 和和 分区掺杂分区掺杂 工艺工艺德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领保持着世界领先水平先水平电池转化效率超过电池转化效率超过23%23%，最大值可达，最大值可达23.3KyoceraKyocera公司公司制备的大面积（制备的大面积（225cm 225cm2 2 ）单电晶太阳能）单电晶太阳能电池转换效率为电池转换效率为191944%44%北京太阳能研究所北京太阳能研究所研制的平面高效单晶硅电池研制的平面高效单晶硅电池（2cmX2cm2cmX2
21、cm）转换效率达到）转换效率达到19.79%19.79%，刻槽埋栅电极晶体，刻槽埋栅电极晶体硅电池（硅电池（5cmX5cm5cmX5cm）转换效率达）转换效率达8.6%8.6%A26五五.硅太阳能电池的应用硅太阳能电池的应用多晶硅太阳能电池卫星接收天线 目目前前,太阳能电池的应用已从军事太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。但是在目前阶段，它的成的输电线路。但是在目前阶段，它的成本还很高，发出本还很高，发出1kW电需要投资上万美电需要投资上万美元，因此大规模使用仍然受到经济上的元，因此大规模使用仍然受到经济上的限制。限制。A27台北太阳塔台北太阳塔A28THE ENDTHE ENDTHANK YOU!THANK YOU!
