单晶硅太阳能电池生产工艺的研究

摘要

21世纪以来,传统能源短缺和环境污染成为了制约经济发展的主要问题,寻找无污染的能源变得越来越迫切。太阳能作为一种洁净的可再生能源,受到了越来越多的重视。预测显示,太阳能在整个能源结构中所占据的比例会在2050年上升至20％,在2100年上升至70％。由此可见,能源结构在21世纪会有重大改变,太阳能也会成为主要能源。目前,光伏发电已成为发展迅速的新兴行业,在未来有着良好的前景。
　　 本论文从太阳能电池的结构和材料两个方面分别介绍了同质结、异质结、肖特基结太阳能电池,以及单晶硅、多晶硅、非晶硅、化合物太阳能电池,讲述了太阳能电池的发电原理和基本结构,详细讨论了太阳能电池的电学特性以及重要参数,分析了影响太阳能电池效率的一些因素。文章接下来讲解了太阳能电池产业链中的每一个环节:沙子到冶金硅；冶金硅到半导体级硅；半导体级硅到单晶硅片；单晶硅片到太阳能电池片；太阳能电池片到太阳能电池组件；光伏组件到光伏系统。并分别介绍了并网系统、独立系统、混合系统,以及它们各自的特点与利弊。
　　 在太阳能电池的整条产业链中,最核心的就是太阳能电池片的生产工艺。本文以单晶硅太阳能电池为例,对太阳能电池片生产的各个工段:制作绒面、扩散制结、刻蚀、去磷硅玻璃、镀减反射膜、印刷电极、烧结以及重要工艺参数作了详细的研究。最终的检测结果显示,绝大多数电池片的效率都超过了17.5％,表明按照本文中的工艺参数,能得到性能良好的单晶硅太阳能电池片。最后结合实践操作,在降低破片率、提高生产效率方面提出了一些建议。

目录

文摘

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插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 全球光伏产业的发展

1.3 中国光伏产业的发展现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 太阳能电池及其原理

2.1 太阳能电池的分类

2.1.1 按结构分类

2.1.2 按材料分类

2.2 太阳能电池的原理

2.3 太阳能电池的基本结构

2.4 太阳能电池的基本特性

2.4.1 太阳能电池的极性

2.4.2 太阳能电池的电流-电压特性

2.4.3 太阳能电池的光电转换效率与填充因子

2.5 影响太阳能电池效率的主要因素

第3章 太阳能电池产业链

3.1 从沙子到冶金级硅

3.2 从冶金级硅到半导体级硅

3.3 从半导体级硅到单晶硅片

3.4 从单晶硅片到单晶硅太阳能电池片

3.4.1 硅片清洗与制绒

3.4.2 扩散制结

3.4.3 边缘刻蚀

3.4.4 去磷硅玻璃

3.4.5 制备减反射膜

3.4.6 制作电极

3.4.7 烧结

3.5 太阳能电池片封装成太阳能电池组件

3.5.1 太阳能电池组件概述

3.5.2 激光划片

3.5.3 焊接

3.5.4 层压

3.5.5 固化

3.5.6 检测

3.6 光伏系统

3.6.1 光伏系统概述

3.6.2 并网系统

3.6.3 独立系统

3.6.4 混合系统

第4章 单晶硅太阳能电池片生产工艺

4.1 制绒

4.1.1 制绒前的工作

4.1.2 制绒过程及其参数

4.1.3 制绒中的补料与换液

4.1.4 检验

4.2 扩散制结

4.2.1 扩散前的工作

4.2.2 扩散制结工艺及其参数

4.2.3 清洗炉管工艺

4.2.4 检验

4.2.5 更换POCl3源瓶

4.3 等离子边缘刻蚀

4.3.1 刻蚀工艺及其参数

4.3.2 检验

4.4 去磷硅玻璃(PSG)

4.4.1 去磷硅玻璃前的工作

4.4.2 去磷硅玻璃工艺及其参数

4.4.3 检验

4.5 PECVD镀减反射膜

4.5.1 PECVD前的准备工作

4.5.2 PECVD工艺及其参数

4.5.3 检验

4.5.4 PECVD返工

4.5.5 空镀

4.6 丝网印刷电极

4.6.1 印刷前的准备工作

4.6.2 背电极设计

4.6.3 正电极设计

4.6.4 丝网印刷工艺及参数

4.6.5 印刷注意事项

4.6.6 检验

4.7 烧结

4.7.1 烧结工艺

4.7.2 检验

第5章 结果与分析

5.1 太阳能电池片测试原理

5.1.1 太阳光模拟器

5.1.2 太阳能电池片测试原理

5.2 测试结果

5.3 测试结果分析

5.4 建议

结论

参考文献

致谢