薄膜太阳能电池工艺培训

王银军王银军QQ:401312015amorphousSiliconThinfilmsolarmodeulprocess王银军[e-mail]王银军„为人类提供清洁环保能源„做好太阳能电池是需要一个多学科的知识集合，在实际中会应用到电工学、化学、物理（物理基础、量子物理……）、光学、RF等，这些在实际应用中都会用到的。最基础的学习还是需要物理基础知识与电工知识。„本文旨在从最简单的薄膜太阳能电池基础做引导。„太阳能电池可以引领大家步入微物理的殿堂，随着大批的工程研发人员的出现，我国将会诞生一批优秀的物理学工程技术人员。„[e-mail]薄膜太阳能电池的贡献王银军[e-mail]王银军太阳的内部结构高压高温导致太阳能核心永无休止的产生核反应王银军[e-mail]王银军太阳(SUN)„太阳表面每平方米面积就相当于一个85000马力的动力站。）而地球上仅接收到这些能量的22亿分之一。„这就是太阳能的源泉。既然生产太阳能电池我们又怎能不去了解一下太阳呢？王银军[e-mail]王银军太阳的耀斑solarflare„耀斑更主要表现在从射电波段直到X射线的辐射通量的突然增强；耀斑所发射的辐射种类繁多，除可见光外，有紫外线、X射线和伽玛射线，有红外线和射电辐射，还有冲击波和高能粒子流，甚至有能量特高的宇宙射线。„这个有些害处！！排炉渣王银军[e-mail]王银军太阳的构成„组成太阳的物质大多是些普通的气体，其中氢约占71.3％,氦约占27％,其它元素占2％。太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区和对流区、太阳大气。太阳的大气层，像地球的大气层一样，可按不同的高度和不同的性质分成各个圈层，即从内向外分为光球、色球和日冕三层。我们平常看到的太阳表面，是太阳大气的最底层，温度约是6000℃。它是不透明的王银军[e-mail]王银军太阳的核反应„太阳的核心区域虽然很小，半径只是太阳半径的1/4，但却是太阳那巨大能量的真正源头。太阳核心的温度极高，达1500万℃，压力也极大，使得由氢聚变为氦的热核反应得以发生，从而释放出极大的能量。这些能量再通过辐射层和对流层中物质的传递，才得以传送到达太阳光球的底部，并通过光球向外辐射出去。王银军[e-mail]王银军太阳的能量来源于其核心部分„太阳的核心温度高达1500万摄氏度，压力相当于2500亿个大气压。核心区的气体被极度压缩至水密度的150倍。在这里发生着核聚变，每秒钟有七亿吨的氢被转化成氦。在这过程中，约有五百万吨的净能量被释放（大概相当于38600亿亿兆焦耳，386后面26个0）。聚变产生的能量通过对流和辐射过程向外传送。核心产生的能量需要通过几百万年才能到达表面。王银军[e-mail]王银军太阳的核反应„物质构成是71%的氢、26%的氦和少量重元素„以氢(H)为燃料——在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应„太阳每年送给地球的能量相当于100亿亿度电的能量。太阳能取之不尽，用之不竭，又无污染，是最理想的能源。„总结:太阳是通过内部氢氦的核反应在为万物提供能量。王银军[e-mail]王银军蓝色的星球„地球是太阳系八大行星之一，从诞生之日起，已历46亿年。按离太阳由近及远的次序是第三颗，位于水星和金星之后；在八大行星中大小排行是第五位。„别看着地球大，其实在宇宙中，地球是微不足道的，论个头只排弟弟级别王银军[e-mail]王银军„公转周期：约365.25天„回归年长度：366.2422天。„公转轨道：呈梨形。7月初为远日点，1月初为近日点。„自转周期：恒星日为23小时56分04秒。太阳日为24小时„自转方向：自西向东。„卫星（天然）——1颗（月球）„大气主要成份——氮（78%）、氧（21%）和二氧化碳（0.037%）水蒸气(0.03%)稀有气体（0.933%）„地壳主要成份——氧（47%）、硅（28%）和铝（8%）„表面大气压——1013.250毫帕，或760毫米高汞柱„赤道半径=6378.140公里„极半径=6356.755公里„平均半径=6371.004公里„赤道周长=40075.13公里„体积=10832亿立方公里„质量=5.9742×10^21吨„平均密度=5.518g/cm^3王银军[e-mail]王银军地球的内部构造王银军[e-mail]王银军地球在宇宙中的轨道变化王银军[e-mail]王银军太阳能电池中常用的长度单位„要点:微观世界度量„K进制－米、毫、微、纳、皮、飞、阿„1mm=10丝„1mm=1000μm„1μm=1000nm„1nm=10Å（atom)„1s=1000000Å王银军[e-mail]王银军常用的压力单位帕斯卡千克力每平方厘米巴毫巴标准大气压托英寸水柱毫米汞柱磅每平方英寸Pa(N/m2)Kgf/cm2barmbaratmtorrinH2OmmHgPSI(lb/in2)Pa11.02×10-51×10-50.019.87×10-67.5×10-34.01×10-37.5×10-31.45×10-4Kgf/cm29.8×10410.98980.670.967735.56393735.5614.2bar1×1051.02110000.987750.06401750.0614.5mbar1001.02×10-30.00119.87×10-40.750.4010.751.45×10-2atm1013251.031.011013.25176040676014.7torr133.321.36×10-31.33×10-31.331.32×10-310.53511.93×10-2InH2O249.092.54×10-32.49×10-32.492.46×10-31.8711.873.61×10-2mmHg133.321.36×10-31.33×10-31.331.32×10-310.53511.93×10-2PSI68957.03×10-26.90×10-268.956.81×10-251.71527.651.71511bar=14.5PSI=0.1MPa王银军[e-mail]王银军„sccm是体积流量单位,„英文全称：standard-statecubiccentimeterperminute,„意义为：标况毫升每分王银军[e-mail]王银军„由图中可以看出，波长越短的光能量越大，对人体的伤害也越大波长的分布与度量王银军[e-mail]王银军颜色与光谱对应的波段识别1064laser532laser355laser王银军[e-mail]王银军„无线电波的频率与分类作用，RF频率分布的波段王银军[e-mail]王银军„微波段在军用及民用中的应用王银军[e-mail]王银军阳光在不同波长的功率表390－770可见光紫420蓝470青500绿550黄580橙620近紫300远紫200近红外770－1500王银军[e-mail]王银军太阳光在不同的波段所发出的能量KW/[e-mail]王银军01503004506007509001050120013501500295445595727.78701082127616762388阳光波长nm光能KW/m2王银军[e-mail]王银军世界光伏太阳能电池之父澳大利亚新南威尔士大学教授－诺贝尔奖得主王银军[e-mail]王银军micophousSiliconfather“微晶硅之父”，JohannesMeier博士，从2003年开始负责Oerlikon太阳能的研发工作。通过非晶硅和微晶硅层，太阳光被双重应用的发明归功于Meier博士。他热爱户外运动，钢琴，并且热爱HCLeLanderron俱乐部冰球队。王银军[e-mail]王银军„非晶硅之父：D.R.Kiss王银军[e-mail]王银军非晶硅薄膜电池当今主流的非晶硅薄膜电池尺寸，电池尺寸1.1×1.3（1.4）有两款，不过外观看上去是差不多的，生产该类产品的主要设备供应商有瑞士欧瑞康（oerlikon）、日本真空、中国宏威，该类型的电池功率稳定后在125WP。美国应用材料公司生产的薄膜电池最大尺寸2.2×2.6M,这款电池从中线破开也正好是主流尺寸。该电池的面积5.2㎡另一款生产用户比较多的电池尺寸是EPV类型的，电池尺寸多数都是在1245×635mm,去除电池的边缘后，有效面积不足1㎡，这也正是该设备生产的产品弊端。王银军[e-mail]王银军电池片在沉积过程中的不均匀现象王银军[e-mail]王银军非晶硅薄膜太阳能电池非晶硅具有良好的弱光性能，较高的光吸收系数，特别是在0.3－0.75μm的可见光波段，他的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级。因而理论上它比单晶硅对太阳光辐射的吸收率要高40倍，用很薄的非晶硅膜（大约1μm厚）就能吸收90％的太阳能，这就是非晶硅材料最重要的特点，也是它能够成为低价格太阳能电池的主要因素之一。王银军[e-mail]王银军王银军[e-mail]王银军太阳能电池的5大优点„(1)储量的“无限性”太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW，其中到达地球的能量高达8×1013kW，相当于6×109t标准煤。按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892×1013千亿T，是目前世界主要能源探明储量的一万倍„(2)存在的普遍性„(3)利用的清洁性„(4)利用的经济性„(5)太阳能一次性分解制氢（memo)王银军[e-mail]王银军a-Si:H顶层的非晶硅电池μc-Si:H底层的微晶硅电池可见光区域近红外光非晶硅与微晶硅薄膜的光吸收范围„由上图可以看出非晶硅的光吸收波段360～700，可吸收大部分肉眼可见光，而底电池则吸收近红外光波段（双结非晶硅薄膜电池不吸收近红外区域的光能，因光谱波段的原因，所以非晶硅薄膜太阳能电池在国内大规模生产做到最好的初始效率在8％左右），而USSC非晶硅研究机构的公布效率也仅在9.2％，由此可见非晶硅薄膜电池的效率已经趋于非常成熟的工艺阶段了。王银军[e-mail]王银军实验室薄膜电池效率对比中试线的小面积非晶硅电池转换效率最大可达14.6％王银军[e-mail]王银军A-Si2006-07C-Si2006-09Micromorphµc-Si2007-NextGenerationTechnology2010-??薄膜电池研发历史„中国从1958年开发第一片单晶硅电池„1976年卡尔松和路昂斯基报告了无定形硅（简称a一Si）薄膜太阳电池的诞生„当时的电池主要应用在卫星航天工程上„2010以后再做什么电池？王银军[e-mail]王银军非晶硅薄膜电池四大效应„一、光伏效应：光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。„二、光致衰减S-W效应：宾西法利亚大学的Steabler-C.R.Wronski等人发现该效应，对S-W效应的起因,至今仍有不少争议,造成衰退的微观机制也尚无定论,成为迄今国内外非晶硅材料研究的热门课题。就是有名的斯太不拉一路昂斯基效应„三、边缘效应：电池的边缘在薄膜沉积的过程中，边缘膜的质量没有中间的好，这可