多晶硅太阳能电池
摘 要：介绍了多晶硅材料太阳能电池的优点，多晶硅太阳能的工作原理、分类以及它的制造流程，描述了多晶硅太阳能电池的工艺技术，并指明多晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池的不同之处，最后提出了电池改进并提高效率的一些方法。
关键词：多晶硅、太阳能电池、多晶硅太阳能电池的工艺、多晶硅太阳能电池的应用
近年来高速发展中的太阳能发电装置，如果观察发现其内部结构的话，可知使用结晶硅系的占大部分，其中一半以上的太阳能电池使用的是铸造法制造的多晶硅基片。这类基片除了费用低、有利于批量生产外，由于多年的技术开发，做了许多提高转换效率的研究，因此面积约为1m’的实用阶段的模板也实现了13%-14%这样高的效率。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化为电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成了电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。多晶硅的需求主要来自于半导体和太阳能电池，按纯度要求的不同，分为电子级和太阳能级。用于电子级多晶硅占55%左右，太阳能级多晶硅占45%。随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池对多晶硅需求量的增长速度高于半导体多晶硅的发展，到现在太阳能多晶硅的需求量已远远超过了电子级多晶硅，因此多晶硅产业发展尤为重要，在我国，多晶硅产业是国家“十一五”期间重点扶持和发展的高新技术产业，其产品广泛应用于半导体集成电路、太阳能产业领域，是我国内光电产业发展循环经济的基础材料。目前，国内多晶硅产品十分紧俏，市场缺口较大，有90%以上的多晶硅产品从国外通过高价进口得来。
我国对太阳能电池的研究开发工作高度重视，早在七五期间，非晶硅半导体的研究工作已经列入国家重大课题；八五和九五期间，我国把研究开发的重点放在大面积太阳能电池等方面。2003年10月，国家发改委、科技部制定出未来5年太阳能资源开发计划，发改委“光明工程”将筹资100亿元用于推进太阳能发电技术的应用，计划到2005年全国太阳能发电系统总装机容量达到300兆瓦。2002年，国家有关部委启动了“西部省区无电乡通电计划”，通过太阳能和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题。这一项目的启动大大刺激了太阳能发电产业，国内建起了几条太阳能电池的封装线，使太阳能电池的年生产量迅速增加。我国目前已有10条太阳能电池生产线，年生产能力约为4.5MW，其中8条生产线当中，有6条单晶硅太阳能电池生产线，2条非晶硅太阳能电池生产线。据专家预测，目前我国光伏市场需求量将大于20MW。目前国内太阳能硅生产企业主要有洛阳单晶硅厂、河北宁晋单晶硅基地和四川峨眉半导体材料厂等厂商，其中河北宁晋单晶硅基地是世界最大的太阳能单晶硅生产基地，占世界太阳能单晶硅市场份额的25%左右。在太阳能电池材料下游市场，目前国内生产太阳能电池的企业主要有保定英利新能源、无锡尚德、开封太阳能电池厂、云南半导体器件厂、秦皇岛华美光伏电子、浙江中意太阳能、宁波太阳能电源、京瓷（天津）太阳能等公司，总计年产能在120MW左右。
从目前国际太阳能电池的发展过程过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。从工业化发展看来，重心已由单晶向多晶方向发展，主要原因为；（1）可供应太阳能电池的头尾料愈来愈少；（2）从太阳能电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；（3）多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期（50小时）可生产200公斤以上的硅锭,晶粒的尺寸达到厘米级；（4）由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，例如选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极，采用丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到50微米，高度达到15微米以上，快速热退火技术应用于多晶硅的生产可大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，采用该工艺在100平方厘米的多晶硅片上做出的电池转换率超过14%。据报道，目前在50-60微米多晶硅衬底上制作的电池效率超过16%。利用机械刻槽、丝网印刷技术在100平方厘米多晶上效率超过17%，无机械刻槽在同样面积上效率达到16%，采用埋栅结构，机械刻槽在130平方厘米的多晶上电池效率达到15.8%。
单晶硅太阳能电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料，而制造这些材料工艺复杂，电耗很大，在太阳能电池生产总成本中已超过50%。加之拉制的单晶硅棒呈圆柱状，切片制作太阳能电池也是圆片，组成太阳能组件平面利用率低。多晶硅太阳能电池的出现主要是为了降低晶体硅太阳能电池的成本。其优点是能直接制作出方形硅锭，设备简单并能够形成工业化生产规模；材质及电能消耗较省，也能用较低纯度的硅做投炉料；缺点是效率比单晶硅太阳能电池低。
多晶硅电池的制作工艺不断向前发展，保证了电池的效率不断提高，成本下降，随着对材料、器件物理、光学特性认识的加深，导致电池的结构更趋于合理，实验室水平和工业化大生产的距离不断缩小。应丝印刷和埋栅工艺为高效、低成本电池发挥了主要作用，高效Mc-Si电池组件已大量进入市场，目前的研究正致力于新性薄膜结构、廉价衬上的电池等，面对用户，我们需要做的工作是实现更大批量的，低成本的生产，愿我们更加努力实现这一目标。
毕业设计说明书目录
1 引言 …………………………………………………………………………………12
2 原理…………………………………………………………………………………13
2.1太阳能电池的原理…………………………………………………………13
2.2太阳能电池发电原理 ………………………………………………………15
3 材料制备 …………………………………………………………………………16
3.1 单晶硅太阳能电池…………………………………………………………16
3.2 多晶硅太阳能电池…………………………………………………………16
3.2.1 碳热还原法生产工业硅…………………………………………………17
3.2.2 西门子法…………………………………………………………………17
3.2.3 硅烷法生产多晶硅………………………………………………………18
3.2.4 熔盐三层电解精炼法制取多晶硅………………………………………18
3.2.5 改良的碳热还原法生产多晶硅…………………………………………19
3.2.6 酸法生产多晶硅…………………………………………………………19
3.2.7 目前制备多晶硅薄膜的方法……………………………………………19
3.3 非晶体薄膜太阳能电池……………………………………………………22
4 电池制作流程………………………………………………………………………23
4.1 多晶硅片太阳能电池的制造………………………………………………23
4.1.1生产制造过程……………………………………………………………25
4.1.2 电池工段…………………………………………………………………26
5 生产工艺……………………………………………………………………………27
5.1 多晶硅生产工艺的特点……………………………………………………28
5.2 丝网印刷技术………………………………………………………………28
5.3 金属化技术…………………………………………………………………28
5.4 PN结的形成技术…………………………………………………………………28
6 应用设计……………………………………………………………………………29
7 多晶硅太阳能电池改进……………………………………………………………29
8 提高太阳能电池的效率的方法……………………………………………………30
9参考文献 ………………………………………………………………………34
参考文献
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