【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 米晶 TiO納米晶硅和聚合物修飾電極太陽(yáng)能電池的研究剛剛起步，技術(shù)不成熟，還處于探索階段，短時(shí)間內(nèi)不可能替代硅系太陽(yáng) 能電池。因此，從轉(zhuǎn)換效率和材料的來(lái)源角度講，今后發(fā)展的重點(diǎn)仍是硅太陽(yáng)能電池特別是多晶硅和非晶硅薄膜電池。 19 按照行業(yè)統(tǒng)計(jì)，太陽(yáng)能電池總量中 90%是晶體硅太陽(yáng)能電池（表22），未來(lái) 10 年里，晶體硅太陽(yáng)能電池所占份額盡管會(huì)因薄膜電池的發(fā)展等原因而下降，但主導(dǎo)地位仍不會(huì)根本改變。預(yù)計(jì)在未來(lái)的2030 年里還不可能有其他材料和技術(shù)能取代晶體硅電池位居第一的地位。因此未來(lái)幾年，中國(guó)晶體硅太陽(yáng)能電池產(chǎn)量市場(chǎng)仍然呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)勢(shì)頭。 由于多晶硅具有較高的轉(zhuǎn)換效率和相對(duì)較低的成本，將最終取代單晶硅電池，成為市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品，而 8 英寸大規(guī)格產(chǎn)品已經(jīng)逐步替代 6 英寸成為主流產(chǎn)品，并出現(xiàn)向 12 英寸發(fā)展的趨勢(shì)。 表 22 目前太陽(yáng)能電池市場(chǎng)結(jié)構(gòu) 類 別 市場(chǎng)占有率 % 晶體硅 單晶硅 % 多晶硅 % 薄膜電池 非晶硅 % 化合物 % 建設(shè)規(guī)模及產(chǎn)品方案 建設(shè)規(guī)模 本項(xiàng)目采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，形成年產(chǎn) 60MW晶體硅太陽(yáng)能電池片及 150MW電池組件的生產(chǎn)能力。 產(chǎn)品方案 根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況和市場(chǎng)調(diào)查，本項(xiàng)目的產(chǎn)品 方案擬定為： 表 23 產(chǎn) 品 方 案 序號(hào) 名 稱 單位 年產(chǎn)量 規(guī)格 1 晶體硅太陽(yáng)能電池片 MW 60 156179。 156 2 晶體硅太陽(yáng)能電池組件 MW 150 20 產(chǎn)品方案中 單晶硅光伏電池的轉(zhuǎn)化效率大于 %，多晶硅電池的轉(zhuǎn)化效率大于 %， 60MW 電池片全部用于電池組件生產(chǎn)再對(duì)外銷售，另外采購(gòu) 2270萬(wàn)片的電池片用于組件生產(chǎn)。 產(chǎn)品主要質(zhì)量指標(biāo) 符合國(guó)家及行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。 光伏太陽(yáng)能行業(yè)主要的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T95351998：地面用晶體硅光伏組件設(shè)計(jì)鑒定和定型，相對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是 IEC6121591993標(biāo)準(zhǔn)。目前，晶體硅太陽(yáng)能電池片的主要標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《單晶硅太陽(yáng)電池總規(guī)范》（ GB1263290），該規(guī)范對(duì)單晶硅太陽(yáng)能電池的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)項(xiàng)目制訂了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。 表 24 晶體硅太陽(yáng)能電池片主要技術(shù)指標(biāo) 序號(hào) 描述 單晶硅電池片指標(biāo) 多晶硅電池片指標(biāo) 1 平面尺寸 156179。 156177。 (mm) 156179。 156177。 (mm) 2 硅片厚度 200177。 20(μ m) 200177。 20(μ m) 3 轉(zhuǎn)換效率 ＞ % ＞ % 4 最大功率 Wp ＞ ＞ 5 最優(yōu)電壓 Vmpp(mV) 509 495 6 最優(yōu)電流 Impp(A) 7 開(kāi)路電壓 Voc(mV) 622 610 8 短路電流 Isc(A) 9 填充因子 FF（％） 10 正面 藍(lán)色氮化硅減反射膜，銀電極 11 背面 背銀電極、鋁電場(chǎng) 生產(chǎn)計(jì)劃 項(xiàng)目建設(shè)期為二年，第三年為投產(chǎn)年，生產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)能力的 70%，第四年后 進(jìn)入達(dá)產(chǎn)期，年產(chǎn)量達(dá)到 100%的設(shè)計(jì)能力。 21 第三章 原料及輔助材料供應(yīng) 原輔材料供應(yīng) 主要原輔材料用量 根據(jù)建設(shè)規(guī)模和產(chǎn)品方案，項(xiàng)目年需主要原輔材料用量估算如下： 表 31 項(xiàng)目主要原材料消耗量表 序號(hào) 名 稱 單 位 數(shù) 量 規(guī)格指標(biāo) 1 多晶硅片 萬(wàn)片 156179。 156 2 鋁漿 噸 3 銀漿 噸 4 電池片 萬(wàn)片 每片 4W 5 鋼化玻璃 萬(wàn)平方米 6 EVA 膜 萬(wàn)平方米 7 TPT 膜 萬(wàn)平方米 8 鋁型材 萬(wàn)公斤 9 接線盒 萬(wàn)個(gè) 項(xiàng)目需要的其他輔助材料包括氫氧化鈉、無(wú)水乙醇、 37%鹽酸、 49%氫氟酸、異丙醇、三氯氧磷、硅烷、氨氣、四氟化碳、液氮、液氧及包裝材料等。其中液氮 800 噸 /年、液氧 /年。 主要原輔材料質(zhì)量要求 本項(xiàng)目所需原輔材料的質(zhì)量均必須符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的品質(zhì)指標(biāo)，并且要滿足客戶要求，以確保最終成品的質(zhì)量。原輔料購(gòu)入需進(jìn)行各類指標(biāo)的檢測(cè)、并按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，質(zhì)量達(dá)到中華人民共和國(guó)太陽(yáng)能電池的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。 22 表 32 太陽(yáng)能級(jí)晶體硅片性能參數(shù)表 序號(hào) 名 稱 單晶硅片規(guī)格指標(biāo) 多晶硅片規(guī)格指標(biāo) 1 外形尺寸 厚度 200μ m177。 20μ m 200μ m177。 20μ m 長(zhǎng)寬 156179。 156177。 156179。 156177。 總厚度變化 ≤ 30μ m ≤ 30μ m 邊緣角度 : 90176。177。 176。 90176。177。 176。 翹曲度 : ≤ 40μ m ≤ 50μ m 2 技術(shù)參數(shù) 導(dǎo)電參數(shù) P 型摻 B P型摻 B 電阻率 .cm .cm 少子壽命 大于 10μ s 大于 2μ s 氧含量 ≤ 179。 1018atoms/cm3 ≤ 179。 1018atoms/cm3 碳含量 ≤ 179。 1016atoms/cm3 ≤ 179。 1016atoms/cm3 表 33 其他輔助材料規(guī)格等級(jí)表 序號(hào) 名 稱 規(guī)格指標(biāo) 1 氫氧化鈉 EL 級(jí) 2 無(wú)水乙醇 EL 級(jí) 3 37%鹽酸 MOS 級(jí) 4 49%氫氟酸 40%MOS 級(jí) 5 異丙醇 EL 級(jí) 6 三氯氧磷 6N 7 硅烷 6N 8 氨氣 5N 9 四氟化碳 5N 10 液氮 5N 11 液氧 % 23 原、輔材料來(lái)源 本項(xiàng)目中所用的主要生產(chǎn)原料，均為常規(guī)材料，國(guó)內(nèi)原料市場(chǎng)供應(yīng)充足。企業(yè)可根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格自行在專業(yè)市場(chǎng)采購(gòu)解決。原輔料的主要采購(gòu)地為項(xiàng)目所在地的周邊地區(qū)，企業(yè)目前已與相關(guān)企業(yè)建立了長(zhǎng)期供貨協(xié)議，以穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量和供應(yīng)數(shù)量，來(lái)保障本項(xiàng)目的需要。 原料和成品的貯存 主要原材料入庫(kù) 本項(xiàng)目所需的原材料均需驗(yàn)收入庫(kù)，各類原材料的質(zhì)量指標(biāo)按中華人民共和國(guó)相關(guān)行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及企 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收，不合格原材料不得進(jìn)倉(cāng)入庫(kù)，應(yīng)嚴(yán)把原材料質(zhì)量關(guān)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。 原料的貯存 本項(xiàng)目原料的貯存量一般為 15～ 30天的生產(chǎn)用量，貯存于企業(yè)各分類原料倉(cāng)庫(kù)內(nèi)。 產(chǎn)成品的貯存 產(chǎn)成品的貯存為 7～ 15 天左右的生產(chǎn)量，貯存于企業(yè)專用成品倉(cāng)庫(kù)。成品按用戶的要求包裝。 本項(xiàng)目的成品、原料及包裝材料貯存于各分類倉(cāng)庫(kù)內(nèi)。庫(kù)內(nèi)的保管應(yīng)按批號(hào)分存、建立嚴(yán)格的分發(fā)料制度、杜絕混批號(hào)等問(wèn)題造成不必要的事故。各類倉(cāng)庫(kù)應(yīng)符合所存物品的存放條件、建立責(zé)任體系、保證存放安全。企業(yè)已建立成熟的管理體系和檢 驗(yàn)手段，項(xiàng)目所需的物品存放可納入這一體系統(tǒng)一管理。 24 第四章 工藝技術(shù)方案和設(shè)備選擇 生產(chǎn)工藝路線及工藝流程 概述 目前晶體硅電池主要分單晶硅與多晶硅兩大類。單晶硅 (cSi)是以高純度多晶硅為原料在單晶爐中被熔化為液態(tài)在單晶種（籽晶）上結(jié)晶而成，由于其晶體的原子和分子以同一方向（晶向）周期性地整齊排列所以稱為單晶硅。多晶硅 (pSi)熔融硅在過(guò)冷條件下凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來(lái)，就結(jié)晶成多晶硅。單晶硅與多晶硅的區(qū)別在于它們的原子結(jié)構(gòu)排列，單晶硅是有序排列，多晶硅是無(wú)序排列。 目前量產(chǎn)最為成熟的技術(shù)是晶體硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)。包括單晶硅太陽(yáng)能電池以及多晶硅太陽(yáng)能電池。在實(shí)驗(yàn)室的轉(zhuǎn)換效率上，單晶硅電池最高的轉(zhuǎn)換效率高達(dá) %，多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率為 %。就理論上而言，單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率可以高達(dá) 29%。傳統(tǒng)的單晶硅電池量產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率最高可以達(dá)到 17%以上，多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率 16%以上，新技術(shù) Sunpower 的背接觸單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率在%，而德國(guó) ISFH 研制的背連接微孔電池轉(zhuǎn)換效率也可以 達(dá)到21%，從工藝與理論角度上來(lái)說(shuō)，晶體硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率還有不小的提升空間。 晶體硅太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈由兩條工藝路線構(gòu)成，其中單晶太陽(yáng)能電池加工環(huán)節(jié)包括高純硅的生產(chǎn)、拉單晶、單晶硅切片、電 25 池片生產(chǎn)、組件封裝、系統(tǒng)應(yīng)用；多晶硅太陽(yáng)能電池加工包括高純硅的生產(chǎn)、多晶硅鑄錠、多晶硅破錠、切片、電池片生產(chǎn)、組件封裝、系統(tǒng)應(yīng)用。本項(xiàng)目處于太陽(yáng)能電池加工環(huán)節(jié)的晶體硅電池片電池片生產(chǎn)和電池組件封裝環(huán)節(jié)。 工藝與技術(shù) “光生伏特效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)”。指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位 之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。半導(dǎo)體材料是一種介于導(dǎo)體和絕緣體之間的特殊物質(zhì)，和任何物質(zhì)的原子一樣，半導(dǎo)體的原子也是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成，半導(dǎo)體硅原子的外層有 4 個(gè)電子，按固定軌道圍繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)受到外來(lái)能量的作用時(shí)，這些電子就會(huì)脫離軌道而成為自由電子，并在原來(lái)的位置上留下一個(gè)“空穴”，在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數(shù)目是相等的。如果在硅晶體中摻入硼、鎵等元素，由于這些元素能夠俘獲電子，它就成了空穴型半導(dǎo)體，通常用符號(hào) P 表示；如果摻入能夠釋放電子的磷、砷等元素，它就成了電子型半導(dǎo)體，以符號(hào) N 代表。 若把這兩種半導(dǎo)體結(jié)合，交界面便形成一個(gè) P－ N結(jié)。太陽(yáng)能電池的奧妙就在這個(gè)“結(jié)”上， P－ N結(jié)就像一堵墻，阻礙著電子和空穴的移動(dòng)。當(dāng)太陽(yáng)能電池受到陽(yáng)光照射時(shí)，電子接受光能，向 N 型區(qū)移動(dòng)，使 N 型區(qū)帶負(fù)電，同時(shí)空穴向 P型區(qū)移動(dòng)，使 P型區(qū)帶正電。這樣，在 P－ N結(jié)兩端便產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)，也就是通常所說(shuō)的電壓。這種現(xiàn)象就是上面所說(shuō)的“光生伏打效應(yīng)”。如果這時(shí)分別在 P型層和 N 型層焊上金屬導(dǎo)線，接通負(fù)載，則外電路便有電流通過(guò)，如此形成的一個(gè)個(gè)電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來(lái)，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。 以晶體硅材料制備的 太陽(yáng)能電池主要包括：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池， 26 鑄 造多晶硅太陽(yáng)能電池，非晶硅太陽(yáng)能電池和薄膜晶體硅電池。單晶硅電池具有電池轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高；非晶硅太陽(yáng)能電池則具有生產(chǎn)效率高，成本低廉，但是轉(zhuǎn)換效率較低，而且效率衰減得比較厲害；鑄造多晶硅太陽(yáng)能電池則具有穩(wěn)定得轉(zhuǎn)換的效率，而且性能價(jià)格比最高。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了鑄造多晶硅太陽(yáng)能電池逐漸取代直拉單晶硅成為最主要的光伏材料的趨勢(shì)。 單晶硅和多晶硅太陽(yáng)能電池片在生產(chǎn)過(guò)程、技術(shù)應(yīng)用和原材料使用方面基本相同，只是由于多晶硅硅片采用定向澆鑄方法，故在硅片中存在大量晶界 缺陷和復(fù)合中心，需要采用鈍化工藝來(lái)減少電池的晶界復(fù)合和懸掛鍵，提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。 在生產(chǎn)中，采用 PECVD（等離子體 增強(qiáng) 化學(xué)氣相淀積）設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)多晶硅的鈍化工藝，同時(shí)也作為太陽(yáng)能電池抗反射膜使用。因此生產(chǎn)線可以兼顧兩種產(chǎn)品的生產(chǎn)。 太陽(yáng)能電池組件主要原材料為單晶或者多晶硅太陽(yáng)能電池片。太陽(yáng)能電池組件技術(shù)主要包括焊接工藝和封裝工藝，目前主要的焊接技術(shù)包括自動(dòng)和手動(dòng)焊接，焊接和封裝是太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強(qiáng)了電池的抗擊強(qiáng)度。產(chǎn)品的高質(zhì)量和高壽命是贏得客 戶滿意的關(guān)鍵，所以組件的封裝質(zhì)量非常重要。 項(xiàng)目工藝流程 晶體硅太陽(yáng)能電池片生產(chǎn) 太陽(yáng)能電池片主要原材料為單晶或多晶硅片，生產(chǎn)過(guò)程采用相同的技術(shù)和工藝流程基本相同。 根據(jù)產(chǎn)品方案，本項(xiàng)目主要生產(chǎn)工藝的流程采用國(guó)內(nèi)較為成熟的工藝路線，基本上是從硅片的開(kāi)箱檢測(cè)與裝 27 盒開(kāi)始、然后在加工車間去除油污及制絨、擴(kuò)散制作表面 PN 結(jié)然后檢測(cè)、等離子體 刻蝕周邊 PN結(jié)及抽測(cè)效果、二次清洗，然后在表面處理車間完成制備表面減反射層、印刷背面電極、背電場(chǎng)、正面電極，然后經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)，最后經(jīng)檢測(cè)車間檢測(cè)合格 后入庫(kù)。太陽(yáng)能電池硅片生產(chǎn)工藝流程圖如下： 圖 41 太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝流程圖 ※主要工藝流程說(shuō)明： (1) 清洗、制絨： 首先用堿（或酸）腐蝕硅片，以去除硅片表面機(jī)械損傷。而后進(jìn)行硅片表面絨化，現(xiàn)在常用的硅片的厚度 180?m 左右。去除硅片表面損傷層是太陽(yáng)能電池制造的第一道常規(guī)工序，主要是通過(guò)化學(xué)腐蝕，硅片化學(xué)腐蝕的主要目的是消除切片帶來(lái)的表面損傷，同時(shí)也能起到一定的絨面效果，從而減少光反射。 (2) 甩干：清洗后的硅片使用離心甩干機(jī)進(jìn)行甩干。 (3) 擴(kuò)散、刻蝕： 多數(shù)廠家都選用 p 型硅片來(lái) 制作太陽(yáng)能電池，那么一般用 POCL3液態(tài)源作為擴(kuò)散源。擴(kuò)散設(shè)備可用橫向石英管或鏈?zhǔn)綌U(kuò)散爐 ,進(jìn)行磷擴(kuò)散形成 n 型層。擴(kuò)散的最高溫度可達(dá)到 850900℃。這種方法制出的結(jié)均勻性好，方塊電阻的不均勻性小于 10％，少子壽命大于 10 微秒。擴(kuò)散過(guò)程遵從如下反應(yīng)式： 4POCL3 ＋ 3O2（過(guò)量）→ 2P2O5＋ 2CL2（氣） 2P2O5＋ 5Si → 5SiO 2 + 4P 背腐蝕去磷硅玻璃和邊緣 PN 節(jié)：用化學(xué)方法除去擴(kuò)散層 SiO2硅