【文章內容簡介】 為%。就理論上而言，單晶硅太陽能電池轉換效率可以高達 29%。傳統(tǒng)的單晶硅電池量產的轉換效率最高可以達到 17%以上，多晶硅電池的轉換效率 16%以上，新技術 Sunpower 的背接觸單晶硅電池轉換效率在 %，而德國 ISFH 研制的背連接微孔電池轉換效率也可以達到 21%，從工藝與理論角度上來說，晶體硅太陽能電池轉換效率還有不小的提升空間。晶體硅太陽能光伏發(fā)電產業(yè)價值鏈由兩條工藝路線構成，其中單晶太陽能電池加工環(huán)節(jié)包括高純硅的生產、拉單晶、單晶硅切片、電22池片生產、組件封裝、系統(tǒng)應用；多晶硅太陽能電池加工包括高純硅的生產、多晶硅鑄錠、多晶硅破錠、切片、電池片生產、組件封裝、系統(tǒng)應用。本項目處于太陽能電池加工環(huán)節(jié)的晶體硅電池片電池片生產和電池組件封裝環(huán)節(jié)。 工藝與技術“光生伏特效應” ，簡稱“光伏效應” 。指光照使不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間產生電位差的現(xiàn)象。半導體材料是一種介于導體和絕緣體之間的特殊物質，和任何物質的原子一樣，半導體的原子也是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成，半導體硅原子的外層有 4 個電子，按固定軌道圍繞原子核轉動。當受到外來能量的作用時，這些電子就會脫離軌道而成為自由電子，并在原來的位置上留下一個“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體，通常用符號 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體，以符號 N 代表。若把這兩種半導體結合，交界面便形成一個 P－N 結。太陽能電池的奧妙就在這個“結”上，P－N 結就像一堵墻，阻礙著電子和空穴的移動。當太陽能電池受到陽光照射時，電子接受光能，向 N 型區(qū)移動，使 N 型區(qū)帶負電，同時空穴向 P 型區(qū)移動，使 P 型區(qū)帶正電。這樣，在 P－N 結兩端便產生了電動勢，也就是通常所說的電壓。這種現(xiàn)象就是上面所說的“光生伏打效應” 。如果這時分別在 P 型層和 N 型層焊上金屬導線，接通負載，則外電路便有電流通過，如此形成的一個個電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能產生一定的電壓和電流，輸出功率。23以晶體硅材料制備的太陽能電池主要包括：單晶硅太陽能電池，鑄造多晶硅太陽能電池，非晶硅太陽能電池和薄膜晶體硅電池。單晶硅電池具有電池轉換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高；非晶硅太陽能電池則具有生產效率高，成本低廉，但是轉換效率較低，而且效率衰減得比較厲害；鑄造多晶硅太陽能電池則具有穩(wěn)定得轉換的效率，而且性能價格比最高。目前，已經出現(xiàn)了鑄造多晶硅太陽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。單晶硅和多晶硅太陽能電池片在生產過程、技術應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合中心，需要采用鈍化工藝來減少電池的晶界復合和懸掛鍵，提高太陽能電池的轉換效率。在生產中，采用PECVD（等離子體增強化學氣相淀積）設備來實現(xiàn)多晶硅的鈍化工藝，同時也作為太陽能電池抗反射膜使用。因此生產線可以兼顧兩種產品的生產。太陽能電池組件主要原材料為單晶或者多晶硅太陽能電池片。太陽能電池組件技術主要包括焊接工藝和封裝工藝，目前主要的焊接技術包括自動和手動焊接，焊接和封裝是太陽能電池生產中的關鍵步驟。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強了電池的抗擊強度。產品的高質量和高壽命是贏得客戶滿意的關鍵，所以組件的封裝質量非常重要。 項目工藝流程 晶體硅太陽能電池片生產太陽能電池片主要原材料為單晶或多晶硅片，生產過程采用相同的技術和工藝流程基本相同。根據(jù)產品方案，本項目主要生產工藝的24流程采用國內較為成熟的工藝路線，基本上是從硅片的開箱檢測與裝盒開始、然后在加工車間去除油污及制絨、擴散制作表面 PN 結然后檢測、等離子體刻蝕周邊 PN 結及抽測效果、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、正面電極，然后經過高溫燒結，最后經檢測車間檢測合格后入庫。太陽能電池硅片生產工藝流程圖如下：圖 41 太陽能電池生產工藝流程圖※主要工藝流程說明：(1) 清洗、制絨：首先用堿（或酸）腐蝕硅片，以去除硅片表面機械損傷。而后進行硅片表面絨化，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能電池制造的第一道常規(guī)工序，主要是通過化學腐蝕，硅片化學腐蝕的主要目的是消除切片帶來的表面損傷，同時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進行甩干。(3) 擴散、刻蝕：多數(shù)廠家都選用 p 型硅片來制作太陽能電池，那么一般用 POCL3液態(tài)源作為擴散源。擴散設備可用橫向石英管或鏈式擴散爐,進行磷擴散形成 n 型層。擴散的最高溫度可達到 850900℃。這種方法制出的結均勻性好，方塊電阻的不均勻性小于10％，少子壽命大于 10 微秒。擴散過程遵從如下反應式：4POCL3 ＋3O 2（過量）→ 2P2O5＋2CL 2（氣）2P 2O5＋5Si → 5SiO 2 + 硅片片片清洗杯 干制絨 甩干 擴散 刻蝕烘干烘干 減反射為勝反射印刷(銀)發(fā)印刷(鋁)發(fā)印刷(銀)發(fā)燒結 檢測測包裝入庫254P背腐蝕去磷硅玻璃和邊緣 PN 節(jié)：用化學方法除去擴散層 SiO2與 HF 生成可溶于水的 SiF62，從而使硅表面的磷硅玻璃（摻 P2O5的SiO2）溶解，化學反應為：SiO 2 ＋6HF → H 2（SiF 6）＋2H 2O(4) 減反射：采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 技術在電池表面沉積一層氮化硅減反射膜，不但可以減少光的反射，由于在制備 SiNx 減反膜過程中大量的氫原子進入，能夠起到很好的表面鈍化和體鈍化的效果，這對于具有大量晶界的多晶硅材料而言，由于晶界的懸掛健被飽和，從而降低了復合中心的作用。由于具有明顯的表面鈍化和體鈍化作用，因此可以用比較差一些的材料來制作太陽能電池。由于增強對光的吸收性的同時，氫原子對太陽能電池起到很好的表面和體內鈍化作用，從而提高了電池的短路電流和開路電壓。(5) 印刷+燒結：為了從電池上獲取電流，一般在電池的正、背兩面制作電極。正面柵網(wǎng)電極的形式和厚度要求一方面要有高的透過率，另一方面要保證柵網(wǎng)電極有一個盡可能低的接觸電阻。背面做成BSF 結構，以減小表面電子復合,印刷后高溫燒結。電池生產工序就完成了(6) 檢測分選：為了保證產品質量得一致性，通常要對每個電池測試，并按電流和功率大小進行分類，可根據(jù)電池效率進行分級。(7) 包裝入庫：將分選好的電池片進行包裝，并入庫。 太陽能電池組件生產太陽能光伏電池組件的封裝工藝是首先對電池進行測試，并按照輸出參數(shù)對其進行分類，再用金屬導電帶按需要將太陽能電池焊接在26一起。一般是 36 片或 72 片太陽能電池串聯(lián)，最后匯成一條正極和一條負極引出來。按照低鐵鋼化白玻璃或其他透明蓋板、乙烯醋酸乙烯酯膜 EVA、太陽能電池串和乙烯醋酸乙烯酯膜 EVA 的順序疊放，后面蓋以聚氟乙烯復合膜也即 TPT 材料，搞好層壓敷設。然后，放入真空層壓機，在 150 度溫度下抽真空后進行熱壓固化。熱壓固化循環(huán)時間大約需要 25 分鐘。固化時由于 EVA 熔化而向外延伸形成毛邊，所以還應采取修邊工藝將其切除。經固化并修邊后，再于四圍加上密封條，裝上經過陽極氧化的鋁合金邊框以增加強度，背面固定接線盒，連上二極管，就完成了一個太陽能光伏組件。以上工藝在目前封裝技術中占主流地位?！饕に嚵鞒陶f明：（1）電池測試：由于電池片制作條件的隨機性，生產出來的電池性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應根據(jù)其性能參數(shù)進行分類：即通過測試電池的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對其進行分類。以提高電池的利用率，做出質量合格的電池組件。27（2）正面焊接：是將匯流帶焊接到電池正面（負極）的主柵線上，匯流帶為鍍錫的銅帶，使用的焊接機可以將焊帶以多點的形式點焊在主柵線上。焊接用的熱源為一個紅外燈（利用紅外線的熱效應） 。焊帶的長度約為電池邊長的 2 倍。多出的焊帶在背面焊接時與后面的電池片的背面電極相連。（3）背面串接：背面焊接是將 36 片或 72 片電池串接在一起形成一個組件串，目前采用的工藝是手動的，電池的定位主要靠一個膜具板，上面有 36 或 72 個放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對應，槽的位置已經設計好，不同規(guī)格的組件使用不同的模板，操作者使用電烙鐵和焊錫絲將“前面電池”的正面電極（負極）焊接到“后面電池”的背面電極（正極）上，這樣依次將 36 片或 72 片串接在一起并在組件串的正負極焊接出引線。（4）層壓敷設：背面串接好且經過檢驗合格后，將組件串、玻璃和切割好的 EVA、玻璃纖維、背板按照一定的層次敷設好，準備層壓。玻璃事先涂一層試劑（primer）以增加玻璃和 EVA 的粘接強度。敷設時保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調整好電池間的距離，為層壓打好基礎。 （敷設層次：由下向上：玻璃、EVA、電池、EVA、玻璃纖維、背板） 。（5）組件層壓：將敷設好的電池放入層壓機內，通過抽真空將組件內的空氣抽出，然后加熱使 EVA 熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產的關鍵一步，層壓溫度層壓時間根據(jù) EVA 的性質決定。在使用快速固化 EVA 時，層壓循環(huán)時間約為 25 分鐘。固化溫度為 150℃。（6）修邊：層壓時 EVA 熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，28所以層壓完畢應將其切除。（7）裝框：給太陽能電池組件裝鋁框，增加組件的強度，進一步的密封電池組件，延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填充，各邊框間用角鍵連接。（8）焊接接線盒：在組件背面引線處焊接一個盒子，以利于電池與其他設備或電池間的連接。（9）高壓測試：高壓測試是指在組件邊框和電極引線間施加一定的電壓，測試組件的耐壓性和絕緣強度，以保證組件在惡劣的自然條件（雷擊等）下不被損壞。（10）組件測試：測試的目的是對電池的輸出功率進行標定，測試其輸出特性，確定組件的質量等級。 產品質量本項目建成投產后，產品中單晶硅光伏電池的轉化效率大于17%，多晶硅電池的轉化效率大于 16%。生產的產品質量應符合國家有關標準進行檢測，國際客戶有要求的應按相關標準要求控制，要求成品出廠合格率達 99%以上。力求使產品質量完全符合或超過國家及行業(yè)標準。 工 藝 設 備 主要設備選型原則和理由本項目在設備選用上，是為了提高電池的最終產品質量、光電轉換效率及整線生產效率，同時降低生產成本出發(fā)，根據(jù)產品定位，選用適用的國內外先進設備。對設備基本要求一是配備先進，自動化程度高，生產連續(xù)性好，提高單機自動化水平、增加批次裝片量、提高29單機生產效率；二是性能可靠，環(huán)保節(jié)能；操作方便，適應性強，尤其是適合大尺寸、薄硅片的工藝技術設備，以節(jié)約硅材料降低成本；三是具有先進的檢測功能和網(wǎng)絡內外的雙向交流功能；四是在生產線中，提高自動化水平，設備間機械手自動傳送、在線檢測、提高整線生產效率，減少人工干預，降低碎片率。生產晶體硅太陽能電池片，主要有硅片檢測、表面制絨、擴散制結、去磷硅玻璃、等離子刻蝕、鍍減反射膜、絲網(wǎng)印刷、快速燒結和檢測分裝等生產和檢測設備生產太陽能光伏電池組件，需要玻璃上料機、玻璃清洗機、串焊機、EVA 和 TPT 薄膜自動裁切機、全自動或半自動層壓機、太陽能組件鋪設臺、自動裝框機等主要設備。此外，還有一些分選組件檢測、電池串暫放盒和周轉車等輔助設備和工具。層壓機是電池板封裝廣泛使用的主體設備。層壓機由油加熱機、真空泵、上腔室、下腔室組成。工作時，通過油加熱機和熱油泵的循環(huán)，使下腔室的加熱板溫度升到設定的溫度。將組件放到加熱板上，上下腔室合攏形成密閉腔，一方面通過熱傳導給組件升溫，一方面開啟真空泵，使密閉腔處于真空狀態(tài)達到抽出組件空氣的目的。一段時間后，上腔室開始充氣，通過上腔室的橡膠板壓住組件，達到給組件加壓的目的，經過保溫保壓階段后，光伏組件即可成型取出。我國在太陽能電池及組件生產許多關鍵設備已基本和國際水平相當，且性價比優(yōu)勢十分明顯，已占據(jù)了國內市場的絕大部分，但仍有部分設備整體水平和國外差距較大，如全自動絲網(wǎng)印刷機和自動分檢機由于核心技術無法取得突破，國內生產線幾乎全部采用了進口設備。因此本項目電池片生產幾個關鍵設備及檢測設備需引進。本項目電池30組件生產，全部采用國產先進的組件生產線，生產效率高，成品率高。選用的國外先進設備在性能方面主要有以下特點：（1）制絨機和刻蝕機① 制絨機，針對多晶硅片，祛除硅片表面在切割過程中的損傷層，改善絨面質地，增強表面吸光性。InTex 系列祛損傷和制絨已成為光伏產業(yè)鏈式系統(tǒng)公認的產業(yè)標準。絨面均勻性良好，較小的占地面積，可調整絨面，最優(yōu)化反射和缺陷刻蝕以達到整條工藝鏈的最優(yōu)集成。速度： 2800 片/時(156mm 硅片)硅片厚度： 150 μm ② 刻蝕機，針對多晶硅片，采用濕法工藝，靈活的模塊化設計，為硅片刻蝕提供多個產品族。標準的刻蝕工藝（使用 HF/HNO3, KOH, NaOH, H3PO4, BOE, DHF, SPM, SOM 等）；快速精確的傳輸，傳輸時間 1 秒；可用于 300mm 硅片