复旦大学：《光子学器件与工艺 Photonics Devices and Technology》教学课件_第八章 晶体硅太阳能电池

光子学器件与工艺 主讲:张荣君 电话:6564359 E-mail: richang(fudan. edu.cn 复旦大学信息学院 光科学与工程糸 20089-2009,1 张荣君复旦大学rjzhang@fudan.edu.cn

张荣君 复旦大学 rjzhang@fudan.edu.cn 光子学器件与工艺 复旦大学信息学院 光科学与工程系 2008,9 - 2009,1 主 讲：张荣君 电 话：65643559 E-mail：rjzhang@fudan.edu.cn

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张荣君 复旦大学 rjzhang@fudan.edu.cn 晶体硅太阳能电池 晶体硅太阳能电池 晶体硅太阳能电池

提纲 ·太阳能概况 晶体硅太阳能发电原理与发展简介 晶体硅太阳能电池的分类 ·生产晶体硅太阳能电池流程与设备 ·太阳能电池封装形式及加工介绍 晶体硅太阳能电池的应用 张荣君复旦大学rjzhang@fudan.edu.cn

张荣君 复旦大学 rjzhang@fudan.edu.cn 提 纲 • 太阳能概况 • 晶体硅太阳能发电原理与发展简介 • 晶体硅太阳能电池的分类 • 生产晶体硅太阳能电池流程与设备 • 太阳能电池封装形式及加工介绍 • 晶体硅太阳能电池的应用

太阳能概况 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,生物质能、 风能、海洋能、水能等都来自太阳能,广义地说,太阳能包 含以上各种可再生能源。 ·太阳能作为可再生能源的一种,则是指太阳能的直接转化和 利用。 通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热 利用技术,再利用热能进行发电的称为太阳能热发电,也属 于这一技术领域; ·通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光 发电技术,光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应 原理进行光电转换的,因此又称太阳能光伏技术

张荣君 复旦大学 rjzhang@fudan.edu.cn 太阳能概况 • 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、 风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包 含以上各种可再生能源。 • 太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和 利用。 • 通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热 利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属 于这一技术领域； • 通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光 发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应 原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术

晶体硅太阳能发电原理简介 晶体硅的发电过程:P型晶体硅经过掺杂磷可得N型 硅,形成PN结,当光线照射到硅晶体的表面时, 部分光子被硅材料吸收,光子的能量传递给硅原子, 使电子发生跃迁,成为自由电子,在PN结两侧聚 集,产生电位差。当外部接通电路时,在该电压的作 用下,将有电流流过外部电路产生一定的输出功率。 °太阳能电池是一种将太阳转变成电能的一种器件,能 产生光伏效应的材料很多:如单晶硅、多晶硅、非晶 硅、砷化镓、硒铟铜等。其产生电的原理是相同的

张荣君 复旦大学 rjzhang@fudan.edu.cn 晶体硅太阳能发电原理简介 晶体硅太阳能发电原理简介 • 晶体硅的发电过程：P型晶体硅经过掺杂磷可得N型 硅，形成P-N结，当光线照射到硅晶体的表面时，一 部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给硅原子， 使电子发生跃迁，成为自由电子，在P-N结两侧聚 集，产生电位差。当外部接通电路时，在该电压的作 用下，将有电流流过外部电路产生一定的输出功率。 • 太阳能电池是一种将太阳转变成电能的一种器件，能 产生光伏效应的材料很多：如单晶硅、多晶硅、非晶 硅、砷化镓、硒铟铜等。其产生电的原理是相同的

阳光 色N 中④ P 晶片受光过程中带正电的空穴往P型区移动 带负电的电子往N型区移动 阳光 N区负电极导线 ( 十 P区正电极导线 晶片受光后负电子从N区负电极流出 空穴从P区正电极流出

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太阳能电池发展简史 从发现光伏现象,太阳能电池已经有近170多年的发展历史。1839年法国 人发现了光伏现象,38年后才研制出第一片硒太阳电池,仅有1%的转换效 率,作为发电没能推广。1954年美国贝尔实验室的3位科学家才做出具有 使用价值的单晶硅电池(4.5%),几年后迅速提升到10%,这时主要用于 卫星、航天器(价格太高,每瓦要近2000美圆) 上世纪70年代后,由于化石能源的危机(石油、煤炭),再生能源被各国 重视,尤其是太阳能电池,此时的工艺、材料研究得到迅速发展,从1995 年以后,太阳能电池以每年35%的年增长幅度高速发展。价格也大幅度降 低(2-4美圆/瓦) 最近5年是世界光伏电池快速增长的几年,平均年增长速度超过40% 2004年全球太阳能电池产量1200MW,2005年产量达到1650MW,比 2004年增加38%转换效率常规生产单晶155%多晶14.5%,实验室达 24.8% 有人预计,太阳能发电裂母撩点懸忑熊源材场的20%-5%6 由于世界各国加大了对硅和生产工艺的研究,加上地球硅材料极其丰富

张荣君 复旦大学 rjzhang@fudan.edu.cn 太阳能电池发展简史 太阳能电池发展简史 • 从发现光伏现象，太阳能电池已经有近170多年的发展历史。1839年法国 人发现了光伏现象，38年后才研制出第一片硒太阳电池，仅有1%的转换效 率，作为发电没能推广。1954年美国贝尔实验室的3位科学家才做出具有 使用价值的单晶硅电池（4.5%），几年后迅速提升到10%，这时主要用于 卫星、航天器（价格太高，每瓦要近2000美圆）。 • 上世纪70年代后，由于化石能源的危机（石油、煤炭），再生能源被各国 重视，尤其是太阳能电池，此时的工艺、材料研究得到迅速发展，从1995 年以后，太阳能电池以每年35%的年增长幅度高速发展。价格也大幅度降 低（2-4美圆/瓦）。 • 最近5年是世界光伏电池快速增长的几年，平均年增长速度超过40%。 2004年全球太阳能电池产量1200MW，2005年产量达到1650MW，比 2004年增加38%。转换效率常规生产单晶15.5%、多晶14.5%，实验室达 24.8%。 • 由于世界各国加大了对硅和生产工艺的研究，加上地球硅材料极其丰富， 有人预计，太阳能发电到21世纪中叶将占整个能源市场的20%-50%

太阳能电池的分类 ·从基体材料分 晶体硅电池、非晶体硅电池、薄膜电池、硒光电池、化合 物电池、有机半导体; 晶体硅电池:单晶硅、多晶硅 非晶硅电池:单结、双结、三结 化合物太阳能电池:硫化镉、硒铟铜、磷化铟、锑化镉、 砷化镓 ·从用途分类: 空间太阳能电池、地面太阳能电池、光伏传感器; ·按工作方式分类 平板太阳能电池来推太阻熊!池并太阳能电池

张荣君 复旦大学 rjzhang@fudan.edu.cn 太阳能电池的分类 太阳能电池的分类 • 从基体材料分： 晶体硅电池、非晶体硅电池、薄膜电池、硒光电池、化合 物电池、有机半导体； 晶体硅电池：单晶硅、多晶硅 非晶硅电池：单结、双结、三结 化合物太阳能电池：硫化镉、硒铟铜、磷化铟、锑化镉、 砷化镓 • 从用途分类： 空间太阳能电池、地面太阳能电池、光伏传感器； • 按工作方式分类： 平板太阳能电池、聚光太阳能电池、分光太阳能电池

太阳能电池组件的分类 按太阳能电池片分: 单晶硅、多晶硅、砷化镓、非晶硅薄膜等 按封装形式分 环氧树脂胶封、PET层压封装、钢化玻璃层压 封装、硅胶封装等

张荣君 复旦大学 rjzhang@fudan.edu.cn 太阳能电池组件的分类 太阳能电池组件的分类 • 按太阳能电池片分： 单晶硅、多晶硅、砷化镓、非晶硅薄膜等 • 按封装形式分： 环氧树脂胶封、PET层压封装、钢化玻璃层压 封装、硅胶封装等

封装主要材料介绍 ·环氧树脂:太阳能电池常用的是双组分液体,使用时现配现用。 通过改变固化剂、促进剂等达到不同的性能,来满足不同要求。 ·EVA胶膜:是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物。特点:常温下无黏 性,便于裁切,加热到一定温度时,交联剂分解产生自由基,引 发大分子间反应,形成三维网状结构,至EVA胶层交联固化,冷 却后产生永久的黏合密封。 玻璃:是盖板材料,通常使用低铁钢化玻璃。特点:透光率高、 抗冲击能力强、使用寿命长等。一般可见光透光率达90%以上, 对红外线有较高的反射,同时还能耐太阳紫外线的辐射。 ·TPT、TPE等背面材料:是大型组件的背面材料,主要的作用是 防潮、抗湿、高强、阻燃等。 ·其它材料:浸锡铜带,铝合金边框,电极接线盒,硅胶等 张荣君复旦大学rjzhang@fudan.edu.cn

张荣君 复旦大学 rjzhang@fudan.edu.cn 封装主要材料介绍 封装主要材料介绍 • 环氧树脂：太阳能电池常用的是双组分液体，使用时现配现用。 通过改变固化剂、促进剂等达到不同的性能，来满足不同要求。 • EVA胶膜：是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物。特点：常温下无黏 性，便于裁切，加热到一定温度时，交联剂分解产生自由基，引 发大分子间反应，形成三维网状结构，至EVA胶层交联固化，冷 却后产生永久的黏合密封。 • 玻璃：是盖板材料，通常使用低铁钢化玻璃。特点：透光率高、 抗冲击能力强、使用寿命长等。一般可见光透光率达90%以上， 对红外线有较高的反射，同时还能耐太阳紫外线的辐射。 • TPT、TPE等背面材料：是大型组件的背面材料，主要的作用是 防潮、抗湿、高强、阻燃等。 • 其它材料：浸锡铜带，铝合金边框，电极接线盒，硅胶等