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　　接线 、汇流条弹簧片的夹紧力：≥30N（抽检）（指针式测力计）； 2、二极管管脚的卡紧力：≥5N （抽检）（指针式测力计）； 3、二极管极性按装方向：欧姆表（100%检验 ）（万用表）； 4、二极管反向耐电压：≥1000V DC （抽检）（耐压测试仪）； 5、各带电端子之间耐电压（去掉二极管）：≥1000V DC（耐压测试仪） 6、接线端子与二极管的接触电阻：5毫欧（数字式毫欧表）； 7、连接器连接后的接触电阻：5毫欧（每一连接点）（数字式毫欧表） 8、电缆与连接器全长:≈90CM（标准件）； 9、壳体无严重缩痕，无裂缝，无飞边（目测）； 10、“+”、“－”极性符号应符合要求（目测）。 11、接线盒与硅橡胶无不良反应。 接线盒 接线盒常见缺陷－湿热氧化 湿热试验后，金属件已经全部氧化，产生大量的白色粉末 硅橡胶 1、固化前胶液性能（基础原料、密度、粘稠度、固化速度、闪点、最大填充间隙）因产品的种类不同而不同。 2、固化后性能（工作温度、硬度、延伸率、拉伸强度、热老化性能、体积电阻率、击穿强度）都要符合相关规定。 3、使用中，与接线盒无异常反应；固化时间随温度和湿度的不同而调整；耐候性能要优越。 硅橡胶 硅橡胶使用常见问题 在接线盒背面打胶时，胶线要求闭合 注：红色表示不合格，绿色表示合格 螺钉 1、尺寸大小符合要求。 2、与铝边框连接强度符合要求。 3、材料成分、抗腐蚀能力、强度等符合要求 怎样做一个好组件 1、选择性能符合要求的原材料； 2、采用科学的制造工艺，对组件各个部分的工作状态作细致检测，使各部件能够有效、高效工作并且有机结合成一个整体。 3、对组件成品做可靠独测试，确保组件可以适应各种环境的考验。 选择好材料 使用好的工艺 各部件配合性能测试 完善工艺 可靠度测试 不通过 通过 应用 技术——核心竞争力 中国光伏产业在世界光伏市场的拉动下近几年发展迅速，2007年我国光伏组件的产量已经跃居世界首位。但是世界光伏市场的竞争依旧激烈，因此，我们必须不断提高自身科技水平，不断开发新的高效光伏材料，不断改进制造工艺降本增效，从而制造出性能优越、价格低廉的光伏组件，才能使我们的产品更具有竞争力，才能使我们的光伏产业得以发展壮大。 课后作业 3-4 3-6 第4章 蓄电池及其充放电模式 4.1 蓄电池的基本概念与特性 4.2 蓄电池分类及工作原理 4.3 蓄电池充放电特性 4.4 蓄电池充放电控制 学习要求 重点内容： 蓄电池的原理及充放电特性与控制 了解内容： 蓄电池的概念 难点内容： 蓄电池的充放电控制技术 蓄电池的基本概念 化学能转换成电能的装置叫化学电池，一般简称为电池。 电池放电后，能够用充电的方式使内部活性物质再生——把电能储存为化学能；需要放电时再次把化学能转换为电能。将这类电池称为蓄电池，也称二次电池。 光伏发电系统对蓄电池的基本要求 (1)自放电率低 (2)使用寿命长 (3)深放电能力强 (4)充电效率高 (5)少维护或免维护 (6)工作温度范围宽 (7)价格低廉 蓄电池的基本结构 蓄电池的实物结构 铅蓄电池一般由3个或6个单格电池串联而成，每个单格电池标称电压为2V,3格串联为6V。 蓄电池的内部结构 蓄电池内部组成概念图 蓄电池的正负极板 极板是蓄电池的核心部分，蓄电池充、放电的化学反应主要是依靠极板上的活性物质与电解液进行的。极板分正极板和负极板，由栅架和活性物质组成。 板栅 栅架一般由铅锑合金铸成，具有良好导电性、耐蚀性和一定机械强度。铅占94%，锑占6%。加入锑是为了改善力学强度和浇铸性能。为了增加耐腐蚀性，加入0.1%~0.2%的砷，提高硬度与机械强度，增强抗变形能力，延长蓄电池使用寿命。 正负极活性物质 正极板上活性物质是二氧化铅（PbO2），呈棕红色；负极板上活性物质海绵状纯铅（Pb），呈青灰色。 将正、负极板各一片浸入电解液中，可获得2V左右的电动势。为了增大蓄电池的容量，常将多片正、负极板分别并联，组成正、负极板组，在每个单格电池中，正极板的片数要比负极板少一片，每片正极板都处于两片负极板之间，可以使正极板两侧放电均匀，避免因放电不均匀造成极板拱曲。 3格电池，总极板数45，算出正负极板数？ 蓄电池的正负极板结构 国产蓄电池正极板2.2mm，负极板1.8mm，国外大多采用薄型极板。 隔板 隔板 要 求 隔板插放在正、负极板之间，防止正、负极板互相接触造成短路。隔板耐酸、具有多孔性，以利于电解液的渗透。常用的隔板材料有木质、微孔橡胶和微孔塑料等 电解液 电解液是蓄电池的重要组成部分，它是由浓硫酸和净化水配置而成的，其纯度和密度对电池寿命有重要影响。一般工业用硫酸和普通水中，含有铁、铜等有害杂质，绝对不能加入到蓄电池中，否则自行放电，损坏极板。 作 用 电解液密度范围的选择因素 电解液密度和浓度对蓄电池的影响 硫酸溶液的凝固特性 硫酸溶液的凝固点随浓度的不同而不同，若将15C时的密度各不相同的硫酸溶液冷却，可测得他们的凝固温度，绘制出其凝固点曲线.3 1.4 1.5 温度OC 密度(kg/L) /(15OC) 1.6 1.7 1.8 蓄电池外壳 壳体用于盛放电解液和极板组，应该耐酸、耐热、耐震。壳体多采用硬橡胶或聚丙烯塑料制成，为整体式结构，底部有凸起的肋条以搁置极板组。壳内由间壁分成3个或6个互不相通的单格，各单格之间用铅质联条串联起来。 蓄电池的主要参数 (1)电动势 (2)工作电压、开路电压、终止电压 (3)蓄电池的内阻 (4)蓄电池的能量 (5)蓄电池的容量 (6)输出效率 (7)使用寿命 (8)蓄电池的放电深度 (9)自放电率 (10)放电速率 蓄电池的电动势 电动势体现了电源把其他形式的能量转化成电能的本领，电动势使得电源两端产生电压，电动势的大小决定了开路电压和工作电压的大小。 电动势的测量 （1）简易测量 （2）精确测量 蓄电池电动势的测定 原理：闭合电路欧姆定律 E=IR+Ir I — R 法 E=I1（R1+r） E= I1（R2+r） A S R E r U — R 法 E r S R V 电池片 电池片常见缺陷－铝膜缺损 铝膜：减少少子复合、增加光电转换效率、导电 不可用 电池片 电池片常见缺陷－背电极错位 不可用 背电极交叉错位 电池片 电池片常见缺陷－水印 不可用（大面积水印） 电池片 电池片常见缺陷－线条 可用 电池片 电池片常见缺陷－污点（含手印） 不可用（各种严重污点） 电池片 电池片常见缺陷－污点（含手印）2 不可用（严重污点） 可用（能擦干净） 电池片 电池片常见缺陷－栅线变色 不可用（栅线变色） 电池片 电池片常见缺陷－崩边 深度≤0.5mm，长度≤1.5mm，一片上不超出两处。 不可用（大尺寸崩边） 电池片 电池片常见缺陷－铝膜凸点 不可用(放大可见) 电池片 电池片常见缺陷－大小角 为合格品分出隔离作它用 可用（改做） 电池片 电池片常见缺陷－背面异物 不可用（异物） 铝边框 1、产品分类标记、基材质量、化学成分、力学性能和尺寸允许偏差符合标准（GB5237.1）。 2、阳极氧化膜的质量和厚度根据使用环境和客户需求而定；耐腐蚀性能、耐磨性能和耐候性能需要按要求测定。 3、产品表面不允许有电灼伤、氧化膜脱落等影响使用的缺陷。距型材80mm以内允许局部无膜或电灼伤。 铝边框 铝边框常见缺陷－长边框刮伤 长边框刮伤 铝边框 铝边框常见缺陷－氧化不良 氧化不良 铝边框 铝边框常见缺陷－长边框撞伤 长边框撞伤 铝边框 铝边框常见缺陷－长边框洞眼 长边框洞眼 EVA 1、外观及尺寸符合相关标准。 2、透光率要大于89％；收缩率小于5％；交联度大于70％。 3、胶膜/TPT(TPE)之间剥离强度值大于15N/cm；胶膜/玻璃之间剥离强度值大于20N/cm。 4、抗紫外性能要好，1000小时实验后无龟裂、无气泡、透光率变化小于5％；恒定湿热实验1000小时后，透光率变化小于15％。 EVA EVA使用中常见缺陷 湿热循环试验后不合格组件，主要由EVA特性与层压条件决定 20个循环后出现小气泡 试验结束后出现大气泡 TPT/TPE 1、尺寸、密度。 2、拉伸强度、延伸率、尺寸稳定性。 3、与其它材料的粘结强度。 4、渗水性能。 5、击穿电压。 TPT/TPE TPT/TPE常见缺陷－划伤、破损、针孔 可接受，全部用硅胶涂住。 划伤 破损 洞眼 TPT/TPE TPT/TPE常见缺陷－折痕 折痕 TPT/TPE TPT/TPE常见缺陷－分层 湿热试验后背板分层 TPT/TPE TPT/TPE常见缺陷－烧焦 热斑试验后背板烧焦 背板烧焦 钢化玻璃 1、尺寸要求（长宽、对角线、厚度）应符合相关规定。 2、外观技术要求（气泡、划伤、夹杂物、辊伤、细微线状划伤、崩边、崩角、弯曲度）符合相关规定。 3、抗冲击强度符合抗冲击强度实验的要求。 4、碎片状态符合碎片实验的要求。 5、钢化玻璃透射率，在波长为400nm-1100nm的光谱范围内的光透过率在90%以上 。 钢化玻璃 钢化玻璃常见缺陷－表面划伤 玻璃表面划伤（可接受） 焊带 1、尺寸（焊带涂锡层厚度，铜基带厚度）应符合要求。 2、外观（镀层抗氧化变色性能、侧边弯曲度）应符合要求。 3、抗拉强度和断裂延伸率应符合要求。 4、直流电阻率应符合相关规定。 5、应做焊接性能测试。 6、互连带与汇流带要求不一样。 焊带 焊带常见缺陷－发黄 湿热试验后焊带发黄（不可接受） 合格 不合格 焊带 焊带常见缺陷－汇流条弯曲和偏离主栅线 偏离主栅线（可接受） 焊带 焊带常见缺陷－汇流条与电池片间距 汇流条到电池片的间隙不均（只要不搭接，可接受） 汇流条到电池片的间距小 焊带 焊带常见缺陷－焊带间连接 汇流与单片焊带接触面积太少，小于1mm（只要焊接住，可接受） 助焊剂 1、焊点表面光亮。 2、高润湿性。 3、无腐蚀性。 4、残留物极少，焊后可免清洗。 5、符合ANSI/J-STD-004 。 6、高表面绝缘电阻。 助焊剂四大功能 1、清除焊接金属表面的氧化膜。 2、在焊接物表面形成一液态的保护膜隔绝高温时四周的空气，防止金属表面的再氧化 3、降低焊锡的表面张力，增加其扩散能力。 4、焊接的瞬间，可以让熔融状的焊锡取代，顺利完成焊接。 单片焊接 １、由焊接组完成． ２ 、分为两道小工序 （１）单片分选 （２）单片焊接 ３ 、主要任务： （１） 将电池片按照颜色深浅分类；挑选出来料中的不良电池片 ． （２） 对分选好的单片电池片进行焊接，仅焊接电池片正面（即蓝色面）． 单片焊接 串联焊接 １、由焊接组完成． ２、主要工作：将焊好的单片电池片串联焊接起来 串联焊接 层压准备 １、由焊接组完成 ２、分为两道小工序： (1) 部件安放 (2) 层压前检测 部件安放 层压前检测 层压 1、由层压组完成. 2、主要工作：安全操作层压机，层压组件 . 3 、组件制造核心工艺 全自动油加温层压机 层压过程 1、设定好层压参数，待加热板温度达到指定温度后，将层叠好的组件放入层压机，并合盖 2、合盖后，下室抽真空，将EVA、电池片、玻璃、TPT之间的空气排除 3、下室继续抽真空的同时，上室充气，开始层压；受热变成熔融状态的EVA流动充满电池片、玻璃、TPT之间的间隙，同时排除中间的气泡 4、层压好后，下室充气，上室抽真空，打开上盖，将组件取出；接着可进行下一件的层压封装。 总装 1、由总装组完成. 2 、主要工作：装框，装接线盒，清洗组件 装框 接线盒 新型装框机 成品检测 1、由测试组完成 2、主要工作：成品电性能测试、绝缘耐压测试。 耐压绝缘测试仪 电性能测试仪 提高太阳电池组件使用寿命 好的太阳能电池组件 好的外观 好的电性能 好的封装 封装严密 能经受各种环境考验 ? 好的封装的意义 1、恶劣环境中保持优异的机械性能； 2、保持光电转换的电气性能，低衰减； 3、保持电池组件的实用价值，延长组件的使用寿命 户用系统 监测站 如何实现好的封装 1、封装材料：使用改性后的EVA作为封装材料，在一定温度和时间的作用下，达到一定的交联度（高分子链的交联程度）。 2、封装方式：通常采用两片EVA胶膜将太阳电池包封,完成一个组件的封装。 3、封装工具：目前国际、国内都是在层压机里面完成封装的。 4、层压参数的选择：对透光率、粘接性、交联度、吸收紫外光等性能都会有影响，同时也会影响到太阳电池的光电转换效率与使用寿命。 太阳电池组件的组成 1.太阳电池组 件的结构 2.组件各部件材料要求 太阳电池组件的结构 组件主要由接线盒、铝边框、硅橡胶、TPT/TPE 、焊带、电池片、EVA和钢化玻璃组成 组件各部件原材料要求 1、电池片 2 、铝边框 3 、EVA 4 、TPT/TPE 5 、钢化玻璃 6 、焊带 7、助焊剂 8、接线、螺钉 电池片材料要求 1、基体材料为多晶硅或单晶硅。 2、应按照电池使用要求的温度范围，测量其电性能参数的温度系数 ；电池电性能参数（包括低辐照度性能）应在产品详细规范中规定；经-40℃～85℃温度循环5次热循环试验后，电池的外观，力学性能符合本标准规定的要求，电池的转换效率衰减不超过3%。 单晶硅电池片 多晶硅电池片 铝边框材料要求 1、产品分类标记、基材质量、化学成分、力学性能和尺寸允许偏差符合标准（GB5237.1）。 2、阳极氧化膜的质量和厚度根据使用环境和客户需求而定；耐腐蚀性能、耐磨性能和耐候性能需要按要求测定。 边框 EVA材料要求 1、外观及尺寸符合相关标准。 2、透光率要大于89％；收缩率小于5％；交联度80±5％。 3、抗紫外性能要好 EVA TPT/TPE材料要求 尺寸、密度、拉伸强度、延伸率、尺寸稳定性、与其它材料的粘结强度、渗水性能、击穿电压都应该符合相关规定。 TPT 钢化玻璃材料要求 1、抗冲击强度符合抗冲击强度实验的要求。 2、碎片状态符合碎片实验的要求。 3、钢化玻璃透射率，在波长为400nm-1100nm的光谱范围内的光透过率在90%以上。 超白钢化玻璃 焊带材料要求 1、抗拉强度和断裂延伸率应符合要求 2、直流电阻率应符合相关规定。 3、应做焊接性能测试。 4、互连带与汇流带要求不一样。 轴式焊带 盘式焊带 助焊剂材料要求 1、高润湿性。 2、无腐蚀性。 3、残留物极少，焊后可免清洗。 4、符合ANSI/J-STD-004 （焊剂标准）。 5、高表面绝缘电阻。 接线、汇流条弹簧片的夹紧力：≥30N （抽检）（指针式测力计）； 2、二极管管脚的卡紧力： ≥5N （抽检）（指针式测力计）； 3、二极管极性按装方向： 欧姆表 （100%检验 ）（万用表）； 4、二极管反向耐电压：≥1000V DC （抽检）（耐压测试仪）； 5、各带电端子之间耐电压（去掉二极管）：≥1000V DC（耐压测试仪）； 6、接线端子与二极管的接触电阻： 5毫欧（数字式毫欧表）； 7、连接器连接后的接触电阻： 5毫欧（每一连接点）（数字式毫欧表）。 接线、固化前胶液性能（基础原料、密度、粘稠度、固化速度、闪点、最大填充间隙）因产品的种类不同而不同。 2、固化后性能（工作温度、硬度、延伸率、拉伸强度、热老化性能、体积电阻率、击穿强度）都要符合相关规定。 硅橡胶 螺钉材料要求 材料成分、强度、抗腐蚀能力符合一定的要求 太阳电池组件生产的质量要求 1、电池片 2 、铝边框 3 、EVA 4 、TPT/TPE 5 、钢化玻璃 6 、焊带 7 、助焊剂 8 、接线、设计和结构要求：电极、铝背场、减反射膜、尺寸以及外观都要符合相关规定。 2、力学性能要求：电池的弯曲度根据电池尺寸做详细规定；电极附着强度（即电极/焊点抗拉强度）不小于1.22 N/mm。 3、电性能要求：应按照电池使用要求的温度范围，测量其电性能参数的温度系数 ；电池电性能参数（包括低辐照度性能）应在产品详细规范中规定；经-40℃～85℃温度循环5次热循环试验后，电池的外观，力学性能符合本标准规定的要求，电池的转换效率衰减不超过3%。 电池片 电池片常见缺陷－缺角 深度≤0.5mm，长度≤1.5mm为合格；V形缺角为不合格；一片电池片上不得超出两处。 不可用（大尺寸缺角） 不可用（V形缺角） 电池片 可用 可用 脱晶 电池片常见缺陷－脱晶 电池片 电池片常见缺陷－色差 不可用（大面积色差） 可用（小面积色差） 电池片 电池片常见缺陷－断栅线（收集电流） 每电池片栅线个；与主栅线MM为合格。 不可用（严重断栅） 电池片 电池片常见缺陷－裂片（含暗裂） 不可用 暗裂 裂片 电池片 电池片常见缺陷－背电极缺银浆（表面钝化，提高少子寿命） 缺银浆长度小于所在电极总长的1/3为合格。 不可用 大于总长1/3 可用 小于总长1/3 电池片 电池片常见缺陷－背电极变色 不可用（背电极发黄） 影响少数载流子寿命的因素 1）体内复合。减少晶体硅体内的复合，首先要选用适当的掺 杂浓度的衬底材料。提高晶体的质量，减少缺陷和杂质，是 提高少数载流子寿命的重要手段。 吸杂(gettering)工艺能有效的提高材料的质量。 钝化 (passivation)工艺能有效地减少晶体缺陷对少数载流子寿 命的影响。 2）表面复合。 减少表面复合通常采用在硅表面生成一层介质膜如二氧化硅 和氮化硅(SiN)。这种介质膜完善了晶体表面的悬挂键，从而 达到表面 钝化目的.另外一种表面 钝化的方法是在电池表面 形成高－低结(high-lowjunction)。这种结在表面产生一个电 场,从而排斥了少数载流子空穴向表面移动。 影响少数载流子寿命的因素 3）电极区复合。减少电极区的复合可采用将电极区的掺杂浓度提高，从而降低少数载流子在电极区的浓度。减少载流子在此区域的复合。 基于以上提高电池转换效率的途径，派生了多种高效晶体硅太阳能电池的设计和制造工艺。其中包括PESC电池（发射结钝化太阳电池）和表面刻槽绒面PESC 电池；背面点接触电池（前后表面钝化电池）；PERL电池（发射结钝化和背面点接触电池）。由这些电池设计和工艺制造出的电池的转换效率均高于20%，其中保持世界记录（24.7%）的单晶硅和多晶硅电池（19.8%）的转换效率均是由PERL电池实现的。 多晶硅太阳电池 单晶硅太阳能电池虽有其优点，但因价格昂贵，使得单晶硅太阳能电池在低价市场上的发展备受阻碍。而多晶硅太阳能电池则是以降低成本为优先考虑，其次才是效率。多晶硅太阳能电池降低成本的方式主要有三个，一是纯化的过程没有将杂质完全去除，二是使用较快速的方式让硅结晶，三是避免切片造成的浪费。因为这三个原因使得多结晶硅太阳能电池在制造成本及时间上都比单晶硅太阳能电池少，但因为这样使得多晶硅太阳能电池的结晶构造较差 多结晶硅太阳电池 POLY CRYSTAL 多晶硅太阳电池 从工业化发展看，重心已由单晶向多晶方向发展的主要原因为： 1.可供应太阳电池的头尾料愈来愈少； 2.对太阳电池来讲，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。 多晶硅太阳电池 多晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池虽然结晶构造不一样但发电原理一样。 多晶硅太阳能电池结晶构造较差主要的原因有两个： 一是本身含有杂质 二是在结晶的时候速度较快，硅原子没有足够的时间成单一晶格而形成许多结晶颗粒。 结晶颗粒大小对效率的影响 结晶颗粒愈大则效率与单晶硅太阳能电池愈接近，结晶颗粒愈小则效率愈差。 效率差的原因：颗粒与颗粒间存在着结晶边界，结晶边界存在许多的悬浮键，悬浮键会与自由电子复合而使电流减少，而且结晶边界的硅原子键结合情况较差，容易受紫外线破坏而产生更多的悬浮键。 随着使用时间的增加，悬浮键的数目也会随着增加，光电转换效率因而逐渐衰退。此外杂质多半聚集在结晶边界，杂质的存在会使自由电子与空穴不易移动。 结晶边界的存在使得多晶硅太阳能电池的效率降低，悬浮键的增加使得光电转换效率衰退，这两个是多晶硅太阳能电池的主要缺点，而成本低为其主要优点。 多晶硅太阳电池 多晶硅太阳电池的基本结构都为N+/P型，都用P型单晶硅片，电阻率0.5 ～ 2Ω·cm，厚度为220 ～300μm光伏发电技术材料ppt。制作特点是以氮化硅为减反射膜，商业化电池的效率多为13% ～15%，主要特点是多晶硅电池是正方形，在制作电池组件时有较高的填充率。 多晶硅结构在阳光下可通过控制氮化硅减反射膜的厚度，呈现金、绿、深蓝等不同的颜色。 非晶硅太阳电池 非晶硅太阳电池是20世纪70年代中期发展起来的一种新型薄膜太阳电池，与其他太阳电池相比，非晶硅电池具有以下突出特点： 1)制作工艺简单，在制备非晶硅薄膜的同时就能制作pin结构。?? 2)可连续、大面积、自动化批量生产。?? 3)非晶硅太阳电池的衬底材料可以是玻璃、不锈钢等，因而成本小?? 4)可以设计成各种形式，利用集成型结构，可获得更高的输出电压和光电转换效率。?? 5)薄膜材料是用硅烷SiH4等的辉光放电分解得到的，原材料价格低 非结晶硅太阳电池 AMORPHOUS 非晶硅太阳能电池的优点 1.非晶硅具有较高的光吸收系数 特别是在0.3-0.75um 的可见光波段，它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级。因而它比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高40倍左右, 用很薄的非晶硅膜(约1um厚)就能吸收90%有用的太阳能。这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最主要因素。 2. 非晶硅的禁带宽度比单晶硅大 随制备条件的不同约在1.5-2.0 eV的范围内变化，这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高 非晶硅太阳能电池的优点 3.制备非晶硅的工艺和设备简单 淀积温度低，时间短,适于大批生产。制作单晶硅电池一般需要1000度以上的高温，而非晶硅电池的制作仅需200度左右。 ??? 4.易于实现大面积化 由于非晶硅没有晶体硅所需要的周期性原子排列，可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题。因而它几乎可以淀积在任何衬底上，包括廉价的玻璃衬底。 ?5.制备非晶硅太阳能电池能耗少 约100千瓦小时，能耗的回收年数比单晶硅电池短很多。 非晶硅太阳电池的制备 把硅烷(SiH4)等原料气体导入线Pa的反应室中，由于射频(RF)电场的作用,产生辉光放电，原料气体被分解，在玻璃或者不锈钢等衬底上形成非晶硅薄膜材料。此时如果原料气体中混入硅烷即能生成P型非晶硅,混入磷烷(PH3)即能生成N型非晶硅。仅仅用变换原料气体的方法就可生成pin结，做成电池。为了得到重复性好、性能良好的太阳电池，避免反应室内壁和电极上残存的杂质掺入到电池中，一般都利用隔离的连续等离子反应制造装置，即pin各层分别在专用的反应室内沉积。 光致衰减效应 目前非晶硅太阳电池的实验室效率达15%，稳定效率为13%。商品化非晶硅太阳电池的效率一般为6% ～ 7.5%。与晶体硅太阳电池不同，非晶硅太阳电池温度升高对其效率的影响比晶体硅太阳电池要小。非晶硅太阳电池经过光照后，会产生10% ～ 30%的电性能衰减，这种现象称为非晶硅太阳电池的光致衰减效应，这种效应限制了非晶硅太阳电池作为功率发电器件的大规模应用。 光致衰减效应 光致衰减效应也称S-W效应。a-Si∶H薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降,称为Steabler-Wronski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。一般认为,S-W效应起因于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级),这种缺陷态会影响a-Si∶H薄膜材料的费米能级EF的位置,从而使电子的分布情况发生变化,进而一方面引起光学性能的变化,另一方面对电子的复合过程产生影响。这些缺陷态成为电子和空穴的额外复合中心,使得电子的俘获截面增大、寿命下降。 GaAs太阳电池 ? GaAs太阳电池的发展已有40余年的历史 ? 20世纪50年代首次发现GaAs材料具有光伏效应后，JENNY等首次制成GaAs太阳电池，其效率为6.5％。 ? 60年代GOBAT等研制了第1个掺锌GaAs太阳电池，但转换效率仅为9％～10％ ，远低于27％ 的理论值 ? 70 年代，WOODAL等实现转换效率提高至16％,开创了高效率砷化镓太阳电池的新纪元 ? 20世纪80年代后，最高效率已达到29％。 GaAs太阳电池特点 与Si太阳电池相比，其特点为： ?光电转换效率高 ?可制成薄膜和超薄型太阳电池 ?耐高温性能好 ?抗辐射性能好 ?可制成效率更高的多结叠层太阳电池 光电转换效率高的原因 GaAs的禁带宽度（1.424eV）较Si宽，GaAs的光谱响应特性和空间太阳光谱匹配能力亦比Si好，因此，GaAs太阳电池的光电转换效率高 Si太阳电池理论效率为23％而单结和多结GaAs太阳电池的理论效率分别为27％和50％。 可制成薄膜和超薄型太阳电池 GaAs为直接跃迁型材料，而Si为间接跃迁型材料。在可见光范围内，GaAs材料的光吸收系数远高于Si材料。 吸收95％的太阳光，GaAs太阳电池只需5～10μm的厚度，而Si太阳电池则需大于150 μm。因此，GaAs太阳电池能制成薄膜型，质量可大幅减小。 耐高温性能好 GaAs的本征载流子浓度低，GaAs太阳电池的最大功率温度系数(-2×10-3℃-1)比Si太阳电池(-4.4×l0-3℃-1)小很多。200℃时，Si太阳电池已不能工作，而GaAs太阳电池的效率仍有约10％。 抗辐射性能好 GaAs为直接禁带材料，少数载流子寿命较短，在离结几个扩散度外产生的损伤，对光电流和暗电流均无影响。因此，其抗高能粒子辐照的性能优于间接禁带的Si太阳电池。在电子能量为1 MeV，通量为1×1015个／cm2辐照条件下，辐照后与辐照前太阳电池输出功率比，GaAs单结太阳电池0.76，GaAs多结太阳电池0.81，而BSFSi太阳电池仅为0.70。 可制成效率更高的多结叠层太阳电池 MOCVD(金属有机化学气相沉积)技术的日益完善，Ⅲ-V族三元、四元化合物半导体材料(GalnP、AlGalnP、GalnAs等)生长技术取得的重大进展，为多结叠层太阳电池研制提供了多种可供选择的材料。 GaAs太阳电池应用及前景 国内外航空航天、卫星方面的应用 高效率多结GaAs太阳电池改进，多结GaAs太阳电池的结构和制备工艺，提高电池的光电转换效率(三结Ga0.5ln0.5P／GaAs／Ge太阳电池突破32％ ，四结GaAs太阳电池突破35％)，扩大批产能力(年产量大于10 Mw)，大幅提高空间太阳电池方阵的面积比功率、质量比功率和应用寿命，降低太阳电池阵的成本。 GaAs太阳电池的缺点 1、GaAs单晶晶片价格比较昂贵； 2、GaAs密度为5.318g/cm3，而硅的密度为2.329g/cm3。不利于空间应用； 3、GaAs比较脆，易损坏； 4、镓比较稀缺，砷有毒，制造成本高，此种太阳电池的发展受到影响。 CdTe太阳电池 薄膜光电池在薄膜式光电池中历史最久，也是被密集探讨的一种之一。在1982年时Kodak首先做出光电效率超过10﹪的此类型光电池，目前实验室达成最高的光电效率是16.5﹪，由美国NREL实验室完成，其作法是将已建立多年的电池构造，在进一步增量修改，并改变部分材质。 典型的CdTe光电池结构的主体是由约2μm层的P-type CdTe层与后仅0.1μm的n-type CdS形成，光子吸收层主要发生于CdTe层，西光效率细数大于105㎝-1，因此仅数微米厚及可吸收大于90﹪的光子。CdS层的上沿先接合TCO，再连接基材，CdTe上沿则接合背板，以形成一个光电池架构。目前已知为制备高光电效率CdTe光电池，不论电池结构如何，均需要使用氯化镉活化半导体层，方法上可采湿式或干式蒸气法。干式法较为工业界所采用。 CdTe太阳电池 关于CdTe光电池的薄膜，目前已有多种可行的工艺可采用，其中不乏具量产可行性的方法。已知的方法有溅镀法、化学蒸镀、网印、电流沉积法、化学喷射法、密集堆积升华法。各方法均有其利弊，其中电流沉积法是最便宜的方法之一，同时也是目前工业界采用的主要方法。沉积操作时温度较低，所耗用碲元素也最少。 CdTe太阳能电池在具备上述许多有利于竞争的因素下，在2002年其全球市占率仅0.42﹪，2000年时全球交货量也不及70MW，目前CdTe电池商业化产品效率已超过10﹪，究其无法耀升为市场主流的大致原因为：一、模块与基材材料成本太高，整体CdTe太阳能电池材料占总成本的53﹪，其中半导体材料只占约5.5﹪。二、碲天然运藏量有限，其总量势必无法应付大量而全盘的倚赖此种光电池发电之需。三、镉的毒性，使人们无法放心的接受此种光电池。 CuInSe2(铜铟镓二硒)太阳电池 以铜、铟、硒三元化合物半导体为基本材料制成的太阳电池。它是一种多晶薄膜结构，一般采用真空镀膜、电沉积、电泳法或化学气相沉积法等工艺来制备，材料消耗少，成本低，性能稳定，光电转换效率在10％以上。因此是一种可与非晶硅薄膜太阳电池相竞争的新型太阳电池。近来还发展用铜铟硒薄膜加在非晶硅?薄膜之上，组成叠层太阳电池的可能，借此提高太阳电池的效率，并克服非晶硅光电效率的衰降。 此类型光电池计有两种：一种含铜铟硒三元素。一种含铜铟镓硒四元素。由于其高光电效率及低材料成本，被许多人看好。在实验室完成的CIGS光电池，光电效率最高可达约19﹪，就模块而言，最高亦可达约13﹪。CIGS随着铟镓含量的不同，其光吸收范围可从1.02ev至1.68ev，此项特征可加以利用于多层堆栈模块，已近一步提升电池组织效能。此外由于高吸光效率（α105㎝-1），所需光电材料厚度不需超过1μm，99﹪以上的光子均可被吸收，因此一般粗估量产制造时，所需半导体原物料可能仅只US$0.03/W。 铜铟硒薄膜太阳能电池特点 3.3 太阳电池组件 太阳电池本身物理缺陷 1、易破碎 2、易腐蚀 3、受潮湿、灰尘、酸雨等大气因素的影响较大 转换效率下降 损坏、失效 太阳电池封装要求 基于太阳电池本身的物理缺陷，太阳电池一般通过胶封、层压等方式封装成平板构造再投入使用 1、输出功率损耗小 2、工作寿命长 3、足够的机械强度 4、组合成本低 太阳电池组件的作用 定义:通过特殊工艺，将太阳 电池片、正面盖板、背板封装成一个整体，从而构成一个实用的太阳能发电器件，一般称为太阳电池组件 ． 作用: 1 、保护电池片,延长其使用寿命． 2 、组合电池片,形成较高电压和较大功率的电源器件． 3 、是光伏系统应用中的最小单位，把光能转化成电能并输出． 层压组件 胶封组件 组件制造过程 领料 准备 单片焊接 串联焊接 层压准备 层压 总装 成品检测 包装 成品入库 领料和准备 １、由准备组完成． ２ 、主要工作：为后道焊接、层压准备工序准备相关物料。包括：裁剪焊带、EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）、TPT（聚氟乙烯复合膜）／TPE（具有橡胶的高弹性，高强度，高回弹性的热塑性橡胶）、剪胶带等。 ３ 、检查焊带、EVA、TPT ／TPＥ有无缺陷、破损和污渍 太阳电池的工艺流程 1 化学清洗 ⑴原片分拣 ⑵去损伤层 ⑶制作绒面 ⑷盐酸清洗 2 扩散刻蚀 ⑴扩散制结 ⑵刻蚀去边 ⑶去PSG层 3 制减反膜 PECVD设备 4 印刷电极 5 烧结 6 分选 ⑴印刷正极 ⑵印刷背场 ⑶印刷负极 把正负极和硅片烧在一起以便导电 APCVD设备 或手工喷涂 ⑷ 印刷视频 PECVD设备 APCVD设备 或手工喷涂 清洗工艺 1 原片分拣 （1）根据电阻率把电池分类。硅片常见电阻率分类0.5-6Ω·㎝，0.5-3 Ω·㎝ ，3-6 Ω·㎝。 （2）把藏片，厚片，薄片，缺损片，厚度不均匀片取出 2 去损伤层：Si+2NaOH（30%）+H2O →Na2SiO3 +2H2 ↑， 原叫减薄（原来硅片太厚，300μm,目前180±20 μm ）。思考：为什么硅片厚度会由300降低到180？ 3 制绒 Si+2NaOH(0.8%-1.3%)+H2O →Na2SiO3 +2H2 ↑，溶液中加有酒精或异丙醇，增加各向异性引子，加速形成金字塔。85℃左右，时间10-50分钟 4 盐酸洗（V浓盐酸：V水=1:6） 或盐酸（37%）双氧水（30%）混合洗（II号清洗液）（ V浓盐酸： V双氧水：V水=1：1：6） 85℃左右，清洗5-20分钟。盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与 Pt 2+、 Ag+、Cd2+、Hg2+等金属离子形成可溶于水的络合物。 5 HF洗（VHF:V水=1：10），室温, 5-10分钟。有些厂家不用。 两张多晶硅绒面显微照片 扩散 POCl3在高温下（600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应式如下 如果氧气充足， PCl5能和氧继续反应生成Cl2和P2O5。为了避免产生PCl5，应通入适量氧气。 等离子刻蚀:硅扩散后硅片表面有磷硅玻璃产生。SiO2混合P和P2O5。用HF清洗掉表面的磷硅玻璃。HF和水体积比1:10 偏磷酸 P2O5+H2O-------2HPO3 H3PO4-------HPO3+H2O 钛酸丁酯（Ti(OC2H5)4）无色至浅黄色液体。在-55℃时为玻璃状固体，置空气中易固化成透明细片。遇水分解。形成TiO2膜层的主要物质。 氮化硅膜的颜色与厚度的对比表 颜色 厚度（埃） 颜色 厚度（埃） 颜色 厚度（埃） 硅本色 0-200 很淡蓝色 1000-1100 蓝色 2100-2300 褐色 200-400 硅本色 1100-1200 蓝绿色 2300-2500 黄褐色 400-500 淡黄色 1200-1300 浅绿色 2500-2800 红色 550-730 黄色 1300-1500 橙黄色 2800-3000 深蓝色 730-770 橙黄色 1500-1800 红色 3000-3300 蓝色 770-990 红色 1800-1900 淡蓝色 930-1000 深红色 1900-2100 红外加热灯管 卤钨灯 纵向温度分布曲线 横向温度的稳定性 连续和非连续放片 一个烧结炉的温区温度 温区1 温区2 温区3 温区4 温区5 温区6 温区7 150℃ 200℃ 300℃ 400℃ 560℃ 640℃ 875℃ 分 选 测试光源：氙灯。模拟太阳光。 AM1.5 1000W/m2 分档方法：1 按转换效率(功率)分档 2 按最大功率点电流分档 后者更好些。 测试参数：Voc 开路电压 Isc 短路电流 FF 填充因子 Pm 最大功率 Ipm 最大功率处电流 Vpm 最大功率处电压 Rs串联电阻 Rsh并联电阻 电池生产线辅助仪器设备一览表 以上辅助设备最高价合计247.905万，最低价合计135.605万 仪器名称 用途 产地或销售商 型号 价格/万元 备注 少子寿命仪 测试少子寿命 匈牙利 Semilab wt－2000 121.6 wt－1000b 34.2 wt－1000 24.7 美国Sinton Consulting Wct-120 18.2 $23350 + $600(运费) （此为到岸价） 硅片分拣仪 按某参数给硅片分类 上海星纳电子科技 MS203 22 椭偏仪 测试减反膜厚度折射率 台湾致东光电 D8 24 还有其他型号 德国Sentech Se400 40 积分式反射仪 测试表面反射率 台湾致东光电 20.8 金相显微镜 观察硅表面金字塔 南京江南永新公司 待定 1 待定好的显微镜 烧结温度测试 监测烧结炉温度 英国datapaq Datapaq9000 7.6 Corescan 测试烧结后欧姆接触 北京华通特瑞光电科技 55.2123 50，714欧元 尘埃离子计数器 测试车间尘埃粒子 苏州三兴净化公司 clj－1 0.9 高精度电子秤 测试浆料用量 德国赛多利斯或其他公司 待定 0.25 一般电子秤 测试化学药品重量 待定 0.1 方块电阻测试仪 测试扩散方块电阻 苏州电讯仪器厂 Sx1934 1.43×3 电导率仪 监测纯水电导率 上海雷磁仪器厂 待定 0.25 万用表 测试刻蚀后边缘电阻 随意 待定 0.015 电池生产线背场印刷 4.3正面电极印刷 5烧结 清洗前检测(据厚度、 电阻率等分拣，分拣仪器) 刻蚀结果检测(万用表) 减反膜检测(椭偏仪) 2.2刻蚀机×3 清洗结果检测(反射仪, 显微镜) 水质监测(电导率仪) 化学品称量(一般电子秤) 1清洗机一套 2.1扩散炉×2 扩散结果检测(方块电阻测试仪) 环境监测(尘埃粒子计数器) 6分选 炉温测试仪 欧姆接触测试仪 浆料用量称量(高精度电子秤) 4印刷 ＋液氮和液氧储罐 ＋CF4储罐 ＋硅烷氨气储罐 + 硅烷燃烧塔 净 化 隔 离 工 程 1 、车间环境要求 扩散要求最高，10000级，即每立方英尺中粒径≧0.5微米的粒子不超过10000个。（美国联邦标准209E，国际标准为ISO14644）。建议把车间所有工序净化等级设置为10000级。 2、 地区大气环境 （1）尘埃粒子与净化成本；空气循环送风。 （2）钠离子对半导体器件的危害 洛杉矶每立方大气中1013钠离子。 直径0.1微米的NaCl粒子，潮解后会扩展为直径50微米的圆面积，相当于64k存储器一半的面积。 钠等金属离子在硅材料中是有效的复合中心，它们会降低电池的电性能。钠离子的可移动性会降低组件的寿命，是组件衰减过快。 洁净室级别 适用的工序 100级 光刻 100-1000级 制版中精缩、显影 10000级 芯片工艺中的氧化、扩散、金属化、清洗 1级 中测、划片 100000级 组装、压焊 100000级以下 封装以后的各工序 操作人员（不同的工作服）不同行动发尘量参考量 0.5微米以上（个/分，人） 普通工作服 防尘服 白衣型 全套型 起立 339000 113000 5580 坐下 30200 112000 7420 手腕上下动 2980000 298000 18600 上体前屈 2240000 538000 24200 腕自由运动 2240000 298000 20600 头部上下左右运动 631000 151000 11000 上体扭动 850000 266000 14900 屈身 3120000 605000 37400 脚动 2800000 861000 44600 步行 2920000 1010000 56000 保持半导体车间洁净度的有效措施 按重要性和可行性从高到底依次排列：1、 车间人员全部穿无尘服。 2、 所有车间设计为10000级的净化;保持扩散烧结压强最大，其气体流向其他车间。3、 各工序之间的隔离，尤其保

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