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太阳能光伏知识1、太阳能电池发电原理:太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现已晶体硅为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结。如图1所示：用文字图描述如下：当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。2、晶体硅太阳电池的制作过程:硅是我们这个星球上储藏最丰富的材料之一。自从上个世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维，20世纪末，我们的生活中处处可见硅的身影和作用,晶体硅太阳电池是近15年来形成产业化最快的。生产过程大致可分为五个步骤:a)提纯过程b)拉棒过程c)切片过程d)制电池过程e)封装过程.如下图所示：3、太阳电池的应用:上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术-----通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯，太阳能发电户用系统,村寨供电的独立系统，光伏水泵（饮水或灌溉）,通信电源，石油输油管道阴极保护，光缆通信泵站电源,海水淡化系统，城镇中路标、高速公路路标等。在世纪之交前后期间，欧美等先进国家光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。一、预清洗脱胶1.预清洗为保证硅片清洗的洁净度，在脱胶前的喷淋冲洗时间最好控制在30分钟以上2.脱胶①目前各生产厂家脱胶工艺不同，主要使用机器有两种：手动脱胶机和全自动脱胶机全自动脱胶机手动脱胶机②目前主要的脱胶工艺为：Ⅰ55~70℃清水脱胶Ⅱ55~70℃加乳酸脱胶Ⅲ55~70℃加柠檬酸脱胶3.脱胶过程中的注意事项①脱胶过程保证硅片表面不能干燥，防止砂浆干在硅片表面，影响硅片表面的清洗②脱胶温度不能过高，防止硅片表面氧化二.硅片清洗简介：1.硅片清洗剂主要成分:清洗剂的主要成分如下：KOH(分析纯)表面活性剂螯合剂2.硅片分类①单晶硅片，如下图：②多晶硅片，如下图：3.硅片表面污染物组成:晶片表面层原子因垂直切片方向的化学键被破坏而成为悬空键,形成表面附近的自由力场,极易吸附各种杂质,如颗粒、有机杂质、无机杂质、金属离子、硅粉粉尘等,造成硅片易发生变花、发蓝、发黑等现象,使硅片不合格。硅片清洗的目的就是要除去各类污染物。4.清洗剂各主要成分的清洗原理A.KOH的清洗作用:碱液除油脂是一种传统的有效方法。它是利用碱对植物油的皂化反应，形成溶于水的皂化物达到除油脂的目的。B.表面活性剂螯合剂:表面活性剂的渗透、润湿作用可以在硅片和吸附颗粒间形成楔子模型，将颗粒从硅片表面解吸并包裹颗粒，同时在硅片表面形成易清洗的物理致密的吸附层，使硅片表面不再吸附其他颗粒，保证了硅片表面的清洁度。5.超声波清洗原理在强烈的超声波作用下，液体内部会产生疏部和密部，疏部产生近乎真空的空腔泡，当空腔泡消失的瞬间，其附近便产生强大的局部压力，使分子内的化学键断裂，因此硅片表面杂质解吸。当超声波的频率和空腔泡的振动频率共振时，机械作用达到最大，泡内聚集的大量热能，使温度升高，促进化学反应的发生。从而起到辅助清洗的作用。超声波清洗机如图：三.硅片清洗异常分析与排除1.脏污片产生原因：⑴清洗剂质量异常⑵设备异常⑶预清洗时间不够⑷清洗剂清洗能力不足解决方案：⑴查看清洗剂批次所对应的质保书，检测清洗剂指标是否正常⑵检查超声波清洗机超声频率、清洗槽温度是否正常，如异常调整至正常值⑶增加预清洗时间，一般正常预清洗时间20-30分钟⑷更换新槽液2.花斑片此种片子大多数是由于硅片在清洗前表面被氧化造成的，产生原因⑴脱胶温度太高⑵预清洗到清洗间隔时间过长⑶切片后到预清洗时间过长⑷清洗前硅片表面在空气中自然干燥解决方案：⑴调整脱胶温度⑵预清洗后尽快清洗，时间间隔不得超过4小时⑶切片后尽快预清洗，时间间隔不得超过6小时⑷硅片在清洗前保持湿润3.白斑片产生原因：⑴硅棒在切片后，预清洗前与水有接触⑵切割液中有水进入⑶清洗前硅片表面在空气中自然干燥解决方案：⑴硅片在预清洗前不要与水接触⑵切割液中不能有水进入⑶硅片在清洗前保持湿润四.典型工艺1.工艺流程示意图：循环水清洗（1）循环水清洗（2）清洗剂清洗（3）清洗剂清洗（4）循环水漂洗（5）循环水漂洗（6）循环水漂洗（7）烘干2.清洗操作规程：Ⅰ清洗剂配比方案：第三槽：JH-15A剂2kg和JH-15B剂1kg复配第四槽：JH-15A剂2kg和JH-15B剂1kg复配（第二槽加入2kgB剂效果会更佳，加入B剂时，二槽的循环水要关闭）Ⅱ各清洗槽温度控制：第三槽：温度设定55~65℃第四槽：温度设定55~65℃第五槽：温度设定40~50℃第六槽：温度设定40~50℃3．各清洗槽清洗时间：不低于3分钟；4~6分钟为宜。4．清洗剂更换周期：清洗片数8000~1000片后更换三、四槽清洗剂，配比参见操作规程Ⅰ。10硅片制绒制绒目的与陷光原理：制绒目的：利用陷光原理，减少光的反射，提高短路电流(Isc)，增加PN结面积，最终提高电池的光电转换效率。陷光原理：当光入射到一定角度的斜面(金字塔理论角度70.5°)，光会反射到另一角度的斜面，形成二次或多次吸收，从而增加吸收率。绒面陷光示意11硅片制绒单晶制绒流程：预清洗+制绒预清洗目的：通过预清洗去除硅片表面脏污，以及部分损伤层。单晶制绒机械损伤层（5-7微米）硅片12硅片制绒预清洗方法：1、10%NaOH，78oC，50sec；2、①1000gNaOH，65-70oC(超声)，3min；②1000gNa2SiO3+4LIPA，65oC，2min。2NaOH+Si+H2O=Na2SiO3+2H2SiO32-+3H2O=H4SiO4+2OH-单晶制绒13硅片制绒预清洗原理：1、10%NaOH，78oC，50sec；利用浓碱液在高温下对硅片进行快速腐蚀。损伤层存在时，采用上述工艺，硅片腐蚀速率可达5μm/min；损伤去除完全后，硅片腐蚀速率约为1.2μm/min。经腐蚀，硅片表面脏污及表面颗粒脱离硅片表面进入溶液，从而完成硅片的表面清洗。经50sec腐蚀处理，硅片单面减薄量约3μm。采用上述配比，不考虑损伤层影响，硅片不同晶面的腐蚀速率比为:(110):(100):(111)=25：15：1，硅片不会因各向异性产生预出绒，从而获得理想的预清洗结果。缺点：油污片处理困难，清洗后原片脏污残留去除困难。单晶制绒14硅片制绒预清洗原理：2、①1000gNaOH，65-70oC(超声)，3min；②1000gNa2SiO3+4LIPA，65oC，2min。①利用NaOH腐蚀配合超声对硅片表面颗粒进行去除；②通过SiO32-水解生成的H4SiO4(原硅酸)，以及IPA对硅片表面有机物进行去除。单晶制绒15硅片制绒单晶制绒工艺：NaOH，Na2SiO3，IPA混合体系进行硅片制绒。配比要求：NaOH浓度0.8wt%-2wt%；Na2SiO3浓度0.8wt%-2wt%；IPA浓度5vol%-8vol%。制绒时间：25-35min，制绒温度75-90oC。单晶制绒16硅片制绒单晶绒面：绒面一般要求：制绒后，硅片表面无明显色差；绒面小而均匀。单晶制绒单晶绒面显微结构（左：金相显微镜；右：扫描电镜）17硅片制绒制绒原理：简言之，即利用硅在低浓度碱液中的各向异性腐蚀，即硅在(110)及(100)晶面的腐蚀速率远大于(111)晶面的腐蚀速率。经一定时间腐蚀后，在(100)单晶硅片表面留下四个由(111)面组成的金字塔，即上图所示金字塔。根据文献报道，在较低浓度下，硅片腐蚀速率差异最大可达V(110)：V(100)：V(111)=400：200：1。尽管NaOH(KOH)，Na2SiO3，IPA(或乙醇)混合体系制绒在工业中的应用已有近二十年，但制绒过程中各向异性腐蚀以及绒面形成机理解释仍存争议，本文将列出部分机理解释。单晶制绒18硅片制绒各向异性腐蚀机理：1967年，Finne和Klein第一次提出了由OH-，H2O与硅反应的各向异性反应过程的氧化还原方程式：Si+2OH-+4H2O→Si(OH)62-+2H2；1973年，Price提出硅的不同晶面的悬挂键密度可能在各项异性腐蚀中起主要作用；1975年，Kendall提出湿法腐蚀过程中，（111）较（100）面易生长钝化层；1985年，Palik提出硅的各向异性腐蚀与各晶面的激活能和背键结构两种因素相关，并提出SiO2（OH）22-是基本的反应产物；单晶制绒19硅片制绒各向异性腐蚀机理：1990年，Seidel提出了目前最具说服力的电化学模型，模型认为各向异性腐蚀是由硅表面的悬挂键密度和背键结构，能级不同而引起的；1991年，Glembocki和Palik考虑水和作用提出了水和模型，即各向异性腐蚀由腐蚀剂中自由水和OH-同时参与反应；最近，Elwenspolk等人试着用晶体生长理论来解释单晶硅的各向异性腐蚀，即不同晶向上的结位(kinksites)数目不同；另一种晶体学理论则认为(111)面属于光滑表面，(100)面属于粗糙表面。单晶制绒20硅片制绒各向异性腐蚀机理：Seidel电化学模型：单晶制绒21硅片制绒绒面形成机理：A、金字塔从硅片缺陷处产生；B、缺陷和表面沾污造成金字塔形成；C、化学反应产生的硅水合物不易溶解，从而导致金字塔形成；D、异丙醇和硅酸钠是产生金字塔的原因。硅对碱的择优腐蚀是金字塔形成的本质，缺陷、沾污、异丙醇及硅酸钠含量会影响金字塔的连续性及金字塔大小。单晶制绒22硅片制绒绒面形成最终取决于两个因素：腐蚀速率及各向异性腐蚀速率快慢影响因子：1、腐蚀液流至被腐蚀物表面的移动速率；2、腐蚀液与被腐蚀物表面产生化学反应的反应速率；3、生成物从被腐蚀物表面离开的速率。单晶制绒23硅片制绒具体影响因子：NaOH浓度溶液温度异丙醇浓度制绒时间硅酸钠含量槽体密封程度、异丙醇挥发搅拌及鼓泡单晶制绒24硅片制绒NaOH浓度对绒面形貌影响：NaOH对硅片反应速率有重要影响。制绒过程中，由于所用NaOH浓度均为低碱浓度，随NaOH浓度升高，硅片腐蚀速率相对上升。与此同时，随NaOH浓度改变，硅片腐蚀各向异性因子也发生改变，因此，NaOH浓度对金字塔的角锥度也有重要影响。单晶制绒0.5%1.5%5.5%0.5%1.5%5.5%85oC，30min，IPAvol10%25硅片制绒NaOH浓度对绒面反射率影响：单晶制绒0.130.140.150.16051015202530354045505560ConcentrationofNaOH(g/l)AverageReflectance26硅片制绒温度影响：温度过高，IPA挥发加剧，晶面择优性下降，绒面连续性降低；同时腐蚀速率过快，控制困难；温度过低，腐蚀速率过慢，制绒周期延长；制绒温度范围：75-90oC。单晶制绒80℃85℃90℃80℃85℃90℃27硅片制绒IPA影响：1、降低硅片表面张力，减少气泡在硅片表面的粘附，使金字塔更加均匀一致；2、气泡直径、密度对绒面结构及腐蚀速率有重要影响。气泡大小及在硅片表面的停留时间，与溶液粘度、表面张力有关，所以需要异丙醇来调节溶液粘滞特性。单晶制绒28硅片制绒IPA影响：除改善消泡及溶液粘度外，也有报道指出IPA将与腐蚀下的硅生成络合物而溶于溶液。单晶制绒0％5％10％0％5％10％29硅片制绒时间影响：制绒包括金字塔的行核及长大过程，因此制绒时间对绒面的形貌及硅片腐蚀量均有重要影响。单晶制绒abdabdca.1min;b.5min;c.10min;d.30min.30硅片制绒时间影响：经去除损伤层，硅片表面留下了许多浅的准方