太阳能电池生产工艺演示幻灯片.ppt

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,LOGO,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,光伏基础知识介绍,1,主要内容,1,.,光伏产品的应用,2.,光伏产业链介绍,-,硅片,3.,光伏产业链介绍,-,电池,4,.,光伏产业链介绍,-,组件,5,.,光伏产业链介绍,-,系统,2,光生伏特效应示意图,光伏发电的应用,1839,年，法国,Becqueral,（贝克勒尔）第一次发现，在光照条件下，某些系统的两端具有电压，用导线将两端连接起来后，有电流输出，这就是光生伏特效应（,photovoltaics,，简称,PV,）。,1954,年,贝尔实验室,Chapin,等人开发出效率为,6,的单晶硅太阳电池，现代硅太阳电池时代从此开始。,3,光伏发电的应用,天宫一号与神九对接,大众汽车太阳能天窗,4,光伏发电的应用,太阳能飞行器,太阳能汽车,5,光伏发电的应用,小型光伏系统,大型光伏系统,6,光伏发电的应用,通过光伏供电的通讯基站,太阳能电池充电器,7,光伏产业链介绍,8,光伏产业链介绍,（一）硅片,9,光伏产业链介绍,太阳能级多晶硅（,6N,）,单晶硅碇,多晶硅碇,类单晶硅碇,单晶硅片,多晶硅片,类单晶硅片,单晶,125/156,多晶电池片,类单晶电池片,10,光伏产业链介绍,多晶硅碇,单晶硅棒,11,光伏产业链介绍,单晶硅片,多晶硅片,12,光伏产业链介绍,破锭,13,光伏产业链介绍,切片,14,光伏产业链介绍,1,、型号（,P,型和,N,型，,P,型多晶硅是掺,B,，,N,型多晶硅是掺,P,）,2,、电阻率,3,、少数载流子寿命,4,、硅片边长,5,、对角线长度,6,、倒角,7,、厚度,8,、总厚度变化,硅片性能参数,15,光伏产业链介绍,总体来说，单晶和多晶硅锭的生长方法各有所长，单晶的转换效率高，但产能低、能耗大；多晶的转换效率相对较低，但能耗低、产能大，适合于规模化生产。,单多晶硅片比较,16,光伏产业链介绍,（二）电池片,17,光伏产业链介绍,单晶硅太阳电池,多晶硅太阳电池,多晶硅太阳电池与单晶硅太阳电池的最大差别在于硅片，多晶硅片是许多硅晶粒的集合体,18,光伏产业链介绍,正面和背面的金属电极用来收集光激发的自由电子和空穴，对外输出电流；,减反射薄膜的作用是减小入射太阳光的反射率；,pn,结的作用是将光激发的,自由电子输送给,n,型硅，将自由空穴输送给,p,型硅。,晶体硅太阳电池结构,19,光伏产业链介绍,掺磷原子（,P,）,掺硼原子（,B,）,P,杂质原子最外层的电子数比硅原子多一个。,P,杂质,原子多余的电子很容易挣脱原子核的束缚，成为自由,移动的电子。掺,P,杂质的,Si,半导体主要依靠电子导电，,称为,n,型,Si,，,P,杂质称为施主杂质,。,B,杂质原子最外层的电子数比硅原子少一个，相当于,B,杂质原子最外层多了一个空穴。在常温条件下，,B,杂质原子多余的空穴很容易挣脱原子核的束缚。掺,B,杂质的,Si,半导体主要依靠空穴导电，称为,p,型,Si,，,B,杂,质称为受主杂质。,单晶硅的晶体结构。单晶硅体,内的每个硅原子（,Si,）最近邻,有四个,Si,原子。未掺杂的硅称,为本征硅。,PN,结,20,光伏产业链介绍,PN,结,Si,原子,P,杂质,B,杂质,电子,空穴,内建电场,n,型硅中有数量较多的电子，,p,型硅中有数量较多的空穴。当,n,型硅和,p,型硅结合在一起后，,n,型硅中有部分电子往,p,型硅中扩散，,p,型硅中有部分空穴往,n,型硅中扩散，使得,n,型硅在交界处附近留下带正电的离子实，,p,型硅在交界处附近留下带负电的离子实。这两种离子实在交界处附近的区域内产生电场，称为内建电场，电场方向由,n,型硅指向,p,型硅。,n,型硅和,p,型硅交界处附近的区域称为,pn,结。,21,光伏产业链介绍,光生伏特效应,22,光伏产业链介绍,在太阳光的照射下，硅片中激发出自由电子和自由空穴。自由电子和空穴扩散到,p-n,结附近，受到内建电场的作用，电子往,n,型硅中漂移，空穴往,p,型硅中漂移。,电子带负电，空穴带正电。漂移到,n,型硅中电子使,n,型硅带多余的负电荷，对外表现出负电性；漂移到,p,型硅中的空穴使,p,型硅带多余的正电荷，对外表现出正电性。,n,型硅和,p,型硅之间对外具有一定的电势差，称为光生电压或者光生电动势,。,光生伏特效应,23,光伏产业链介绍,光伏发电原理,当太阳光照射到太阳电池表面时，由于光生伏特效应，太阳电池的正面电极和背面电极之间产生光生电压，用金属导线接上电灯、电器等负载，可为这些负载提供电流。,24,光伏产业链介绍,太阳能电池制造流程,25,光伏产业链介绍,I-V,曲线,将太阳电池接上负载。在光照条件下，改变负载的电阻，太阳电池的输出电压,V,、输出电流,I,和输出功率,P,将随之变化。记录下,V,、,I,、,P,的变化情况，并将数据绘成曲线，将得到上图的曲线，称为太阳电池的电流电压特性。,26,光伏产业链介绍,电池电性能参数,短路电流,I,sc,：负载的电阻为零时，太阳电池的输出电流；,开路电压,V,oc,：负载的电阻无穷大时，太阳电池的输出电压；,最大功率点,P,m,：太阳电池的最大输出功率；,最大功率点电流,I,m,：输出功率最大时，太阳电池的输出电流；,最大功率点电压,V,m,：输出功率最大时，太阳电池的输出电压；,转换效率,：太阳电池的最大输出功率,P,m,与入射光功率的比值，是衡量太阳电池性能的最重要参数；,填充因子,FF,：太阳电池的最大输出功率,P,m,与短路电流,I,sc,、,开路电压,V,oc,乘积的比值；,串联电阻,R,s,：,主要是太阳电池的体电阻、表面电阻、电极导体电阻、电极与硅表面的接触电阻组成。,并联电阻,R,sh,：为旁漏电阻，它是由硅片的边缘不清洁或硅片表面缺陷引起。,27,光伏产业链介绍,各种太阳能电池比较,具体分类,转换效率,%,优点,缺点,产业化阶段,单晶硅,17-20,技术工艺最为成熟，市场主导产品，转换效率高，性能稳定,原料成本高，目前受上游晶体硅供应瓶颈所困,大规模商业化生产,多晶硅,15-18,多晶硅成本比单晶硅低,转化率相对较低；原料成本仍相对较高,大规模商业化生产,多晶硅薄膜,10-12,可在多种廉价衬底材料上制备，成本低于晶体硅电池,转化率相对较低,中小规模商业化生产,非晶硅薄膜,6-10,对太阳光的吸收系数高，因此材料需求量少，可沉积在各种廉价衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，适宜于大规模生产,禁带宽度较大，对太阳光辐射的长波区域不敏感，致使转换效率难以提高；有光致衰退现象,中小规模商业化生产,28,光伏产业链介绍,各种太阳能电池比较,铜铟硒类,直接带隙材料，带隙宽度小，具有大范围太阳光谱响应特性，性能稳定,铟硒都是稀有金属，大规模生产的原料来源有问题,实验室中试阶段,碲化镉,10-14,光谱响应特性好，弱光和高温条件下性能相对较好，耐辐射,镉及其化合物有毒，污染环境,规模商业化生产,（,First solar,）,砷化镓,光吸收率极高，转换效率高，性能稳定,生产成本高，现用于太空领域，未来有希望应用于聚热式太阳能发电系统,太空和聚光太阳能发电,燃料敏化,TiO,2,纳米薄膜,理论转换效率高，透明性好，工艺简单，生产成本低,使用液体电解质，使用不便，且对环境有潜在影响,实验室阶段,29,光伏产业链介绍,（三）组件,30,光伏产业链介绍,组件设计分三步走：,确定需求（单晶,/,多晶、常规,/,双玻、电压及功率、有框,/,无框等等）。,根据需求设计组件图纸（根据组件电流电压要求确定是否切片、串并联数量，确定外形尺寸等）。,选择合适的材料进行封装并评估其性能（电性能、可靠性等）,。,组件设计,31,光伏产业链介绍,组件设计,常规单片电池的性能参数：,一般组件采用串联设计，串联的数量决定了组件的输出电压；,组件的功率,=,单片电池功率*电池片数量*,CTM,值,电池片类型,开压,/V,工作电压,/V,功率,/W,单晶,125,小圆角,0.6,0.5,2.5-2.8,单晶,156,0.6,0.5,4.3-4.6,多晶,156,0.6,0.5,3.9-4.3,32,光伏产业链介绍,组件设计,例,1,：某客户想用,125,单晶电池片制备一种组件，要求其工作电压为,12V,，功率,60W,，请问该组件如何设计？,解答：因为其工作电压为,12V,，得知单串电池的数量为,24,片；设计组件,CTM,为,98%,，可知单片电池功率为,600.9824=2.55W,。,某些特殊情况下，组件内部也会同时有串并联的结构：,电池串联，电流不增加，电压叠加；,电池并联，电压不增加，电流叠加。,33,光伏产业链介绍,组件设计,某型组件设计图纸,34,光伏产业链介绍,组件设计,物料选择,背板：很大程度上决定了组件的使用寿命；我司组件背板选材极为慎重，这也是我们公司产品的一大亮点。,接线盒：接线盒是故障率较高的部件之一，主要是二极管发热导致接线盒热熔甚至烧毁。,EVA,：容易黄变，粘结性能下降后会出现脱层。,边框：决定了组件机械载荷能力，也是组件各部件（电池片除外）中目前成本最高的零部件。,涂锡带：涂锡带越厚，组件串阻越小，组件功率约高，但同时也会导致生产过程中较高的破片率。,硅胶：硅胶主要起密封防水用，我司组件硅胶型号稳定，质量可靠。,玻璃：南玻太阳能玻璃国内领先。,35,光伏产业链介绍,组件封装,36,光伏产业链介绍,组件封装,-,目的,为何需要将电池封装成组件？,防止太阳能电池破损；,防止太阳能电池被腐蚀失效；,满足负载要求，串联或并联成一个能够独立作为电源使用的最小单元。,37,光伏产业链介绍,组件封装,-,目的,晶体硅呈脆性,硅太阳电池面积大,硅太阳电池厚度小,太阳电池极易,破碎！,38,光伏产业链介绍,组件封装,-,目的,太阳电池长期暴露在空气中会出现效率的衰减,太阳电池对紫外线的抵抗能力较差,太阳电池不能抵御冰雹等外力引起的过度机械应力所造成的破坏,太阳电池表面的金属化层容易受到腐蚀,太阳电池表面堆积灰尘后难以清除,39,光伏产业链介绍,组件封装,-,目的,电池单片功率一般为,2-4W,，电压仅为,0.5V,，难以满足常规用电需求，需要将其串联或者并联以达到负载的电压及功率要求。,40,光伏产业链介绍,组件封装,-,历史,第一代室温硫化硅橡胶封装,第二代聚乙烯醇缩丁醛（,PVB,）封装,第三代乙烯,-,醋酸乙烯共聚物（,EVA,）封装,组件封装历史,41,光伏产业链介绍,组件封装,-,示意图,42,光伏产业链介绍,组件封装,-,示意图,43,光伏产业链介绍,组件封装,-,焊接,将单个电池片组成电池串的过程,焊接保证电池的电性能的稳定,焊接过程是重要的一个工艺过程,焊接,44,光伏产业链介绍,组件封装,-,焊接,焊接温度在,250370,之间，其中机焊温度较低，手工焊温度高。,焊点要求平滑、无毛刺。,焊接牢固、可靠、无漏焊、虚焊现象。,焊带要求和电池表面栅极重合。,45,光伏产业链介绍,组件封装,-,焊接,手工焊接：适用性好，适合各种类型组件，焊接质量不确定性大。,机器焊接：适合常规组件，批量稳定化生产；焊接质量稳定。目前我司全部采用机器焊接。,46,光伏产业链介绍,组件封装,-,焊接,将电池串用汇流条连接起来以便于将来进行层叠的过程,互连条焊接的质量直接影响到组件电性能的输出，其外观要求也较高,47,光伏产业链介绍,组件封装,-,层叠,层叠的过程是将电池组和钢化玻璃、,EVA,、,TPT,叠在一起的过程,层叠过程将直接影响组件的外观质量，层叠后要做细致的检查,48,光伏产业链介绍,组件封装,-,层压,层压的过程是将层叠件通过在,145,的温度下将,EVA,熔融后固化的过程,层压过程是组件生产过程中的特殊工艺过程，它对组件产品的质量起关键性的影响,层压,49,光伏产业链介绍,组件封装,-,装配,边框装配,接线盒装配,装框及装接线盒是将固化层压件变成便于电性能输出和便于安装的组件的过程,该过程用于提高组件的机械性能和用于保证组件的电性能输出,50,光伏产业链介绍,组件测试,-EL,隐裂,明暗不均,51,光伏产业链介绍,组件测试,-,电性能测试,太阳能电池组件把接收的光能转换成电能，其输出电流,-,电压的特性如下图。这个曲线也称,I-V,曲线。,最大输出功率（,Pm,）,=,最大输出工作电压（,Vpm,）,最大输出工作电流（,Ipm,）,开路电压（,Voc,）：正负极间为开路状态时的电压,短路电流（,Isc,）：正负极间为短路状态时的电流,最大输出工作电压（,Vpm,）：输出功率最大时的工作电压,最大输出工作电流（,Ipm,）：输出最大功率时的工作电流,填充因子（,FF,）,=Pm/,（,VocIsc,）,FF,越接近,1,，太阳能电池的质量就越好,组件转换效率,=Pm/,（,1000 S,）,100%,，,S,为组件面积,52,光伏产业链介绍,组件测试,-PID,一些电站实际应用表明，光伏发电系统的系统电压似乎存在对晶体硅电池组件有持续的“电位诱发衰减”效应，它的直接后果是电站实际发电量下降，严重的时候它可以引起一块组件功率衰减,50%,以上，从而影响整个电站的功率输出，严重损害投资者的收益，最终会导致组件厂遭遇投诉甚至是退货、赔偿。,53,光伏产业链介绍,碳足迹：我司多晶,60,片已取得碳足迹认证；,氨水测试：我司单晶,156,级多晶,156,各板型已通过耐氨水测试；,PID,：,2,个月左右取得相关认证；,8000Pa,机械载荷测试：目前边框改型试验中，初步反馈结果良好；,组件测试,-,进程,54,光伏产业链介绍,由于太阳能电池组件的输出功率取决于太阳辐照度、太阳能光谱的分布和太阳能电池的温度，因此太阳能电池组件的测量在标准条件下（,STC,）进行，测量条件被欧洲委员会定义为,101,号标准，其条件是：太阳能电池组件表面温度,25,，光谱分布,AM1.5,，辐照度,1000W/m2,AM,（,air mass,）,当天空晴朗，太阳在头顶直射且阳光在大气中经过的光程最短时，到达地球表面的太阳辐射最强，如图所示，这个光程可用,1/cosz,近似，是太阳光与本地垂线的夹角。这个光程被定义为太阳辐射到达地球表面必须经过的大气光学质量,AM,AM=1/cos,当,=0,时，大气光学质量等于,1,或称,AM1,当,=60,时，则大气光学质量等于,2,或称,AM2,AM1.5,相当于太阳光和垂线方向成,48.2,，为光伏业界的标准。,STC-,标准测试条件,55,光伏产业链介绍,NOCT,（,Normal Operating Cell Temperature,）,额定电池工作温度）：当组件电池处于开路状态，并在一下具有代表性情况时所达到的温度,电池表面光强强度,=800W/m2,空气温度,=20,风速,=1m/s,支架结构,=,后背面打开,NOCT-,额定工作温度,56,光伏产业链介绍,温度：太阳能电池的工作温度由环境温度、封装电池的组件特性、照射在组件上的日光强度以及其他一些变量，如风速等因素决定。,如果太阳能组件表面温度升高，则输出功率下降，呈现负的温度特性。晴天受到辐射的组件表面温度比外接气温高,2040,，所以此时组件的输出功率比标准状态低。如果辐照度相同，冬季比夏季输出功率大。辐照度不变时，温度上升，开路电压（,Voc,）与最大输出功率下降。,影响组件电性能的因素,-,温度,57,光伏产业链介绍,辐照度：组件温度不变时，短路电流（,Isc,）与辐照度成正比，与之伴随最大输出功率（,Pm,）与辐照度大致成正比,影响组件电性能的因素,-,辐照度,58,光伏产业链介绍,非相同特性的电池,在实际情况中，所有电池都具有不同的特性，输出最小的电池限制了整个组件的总输出。组件中电池的最大输出的总和与组件实际到达的最大输出之间的差别就是失谐损耗。,影响组件电性能的因素,电池串中的“坏”电池的反偏（导致这种情况的原因是，“好”电池试图以高于“坏”电池所能承载的电流导通“坏”电池，即使在短路的情况下也是如此,59,光伏产业链介绍,对于热点问题和失谐电池，一个解决办法是在原电路基础上加装旁路二极管。通常情况下，例如光线不被遮挡时，每个二极管处于反偏压，每个电池都在产生电能。当一个电池被遮挡时会停止产生电能，成为一个高组织电阻，同时其他电压促使其反偏压，导致连接电池两端的二极管导通，原本流过被遮挡的电池的电流被二极管分流。,影响组件电性能的因素,-,二极管,60,光伏产业链介绍,传统双玻幕墙组件,特点：玻璃较厚，一般,4mm,以上，甚至,8-10mm,；外观形式多样化，电池排布根据透光率需求及美观进行调整；一般采用,PVB,进行封装；一般用于幕墙等,BIPV,。,双玻组件,-,传统双玻幕墙组件,61,光伏产业链介绍,新型超薄双玻组件,特点：,2mm,厚度玻璃（目前也有厂家推出,2.3mm,、,2.5mm,等规格）；取代常规组件，可规模安装，比如大型电站。,优势：寿命更长；玻璃散热好，提高发电量；涂反射涂层后可以减少封装损失；去掉边框可以降成本。,缺点：成品率不及常规组件；返修较困难。,双玻组件,-,新型超薄双玻组件,62,