光伏基础知识.docx

1、光伏基础知识光伏行业基础知识内部培训单晶和多晶单晶硅硅棒多晶硅硅锭单晶硅主要是 125X 125mm和156X 156mm两种规格 多晶硅主要是 156X 156mm规格 单晶硅硅片因为使用硅棒原因，四角有圆形大倒角，而多晶硅硅片 一般采用小倒角。 单晶的转换效率高，但产能低、能耗大；多晶的转换效率相 对较低，但能耗低、产能大，适合于规模化生产。单晶硅和多晶硅太阳电池单晶硅太阳电池多晶硅太阳电池多晶硅硅片相对于单晶硅硅片，有明显的多晶特性，表面有一个个晶粒形状， 而单晶硅硅片表面颜色一致。 实验室最高效率：单晶24.7%，多晶20.3%生产效率：单晶19%多晶17%晶体硅太阳电池结构正面电极

2、减反射膜n型硅p型硅 背面电极太阳电池是将太阳光能直接转变为直流电能的阳光发电装置。 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PN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。 这个过程的实质是：光 子能量转换成电能的过程。pn 结晶体硅太阳电池制备工艺 制绒和清洗 扩散制PN结 背面周边刻蚀 制减反射膜档测试丝网印刷正电极 分类检测包装丝网印刷背电场原硅片丝网印刷背电极PECVD刻蚀和去磷硅玻璃扩散制绒制绒和清洗硅片清洗机械损伤层约10微米在硅片的切割生产过程中

3、会形成厚度达 10微米左右的 损伤层，且可能引入 一些金属杂质和油污。如果损伤 层去除不足，残余缺陷在后续的高温处理过程 中向硅 片深处继续延伸，会影响到太阳电池的性能。 单晶硅片的清洗采用碱液 腐蚀技术 多晶硅片的清洗采用酸液腐蚀技术由于绒面结构的存在，入射光经绒面第一次反射后，反 射光并非直接入射到空气中，而是遇到邻近绒面，经过 邻近绒面的第二次甚至第三次反射后，才入射到空气中，这样对入射光就有了多次利用，从而减小了反射率。表 面没有 绒面结构的硅片对入射光的反射率大于 30%有 绒面结构的硅片对入射光的反 射率减小到了 12流右。清洗的目的：清除硅片表面的机械损伤层； 清除表面油污和金属

4、杂质； 形 成起伏不平的绒面，减小太阳光的反射。清洗设备扩散制PN结p 型硅片石英炉 磷化合物分子n型硅p型硅磷原子把p型硅片放在一个石英容器内，同时将含磷的气体通入这个石英容器内， 并将此石英容器加热到一定的温度， 这时施主杂质磷可从化合物中分解出来，在容器内充满着含磷的蒸汽，在硅片周围包围着许许多多的含磷的 分子。磷化合物分子附着到硅片上生成磷原子。由于硅片的原子之间存在空隙，使磷原子能 从四周进入硅片 的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散。 如果扩散进去的磷原子浓度高于 p型硅片原来受 主杂质浓度，就使得p型硅片 靠近表面的薄层转变成为N型。N型硅和P型硅交界处就形成了

5、PN结。磷扩散 的方法一一丝网印刷磷浆料后链式扩散 目前行业上普遍采用第一种方法，这种方法具有生产效率较高，得到的 PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优 点。磷扩散的目的： 制备太阳电池的核心 PN结；吸除硅片内部的部分金 属杂质。管式扩散炉背面及周边刻蚀n 型硅扩散后的硅片p型硅扩散后的硅片除了表面的一薄层 N型硅外，在背面以及周边都有N型硅薄层， 而晶体硅太阳电池实际只需要表 面的N型硅，因此须去除背面以及周边的 N型 硅薄层。背面以及周边刻蚀的目的： 去除硅片背面和周边的PN结；去除表面 的磷硅玻璃。背面以及周边刻蚀的方法：湿法刻蚀一一具有各向同性。但是对于 Si片, 一些碱性刻蚀液如：

6、KOH和异丙醇（IPA）混合刻蚀液，对Si的不同晶面有不同 的刻蚀速率，并且各个晶面的速率 可以调节，从而形成需要的倾斜侧壁结 构, 而这种倾斜的侧壁采用干法刻蚀是无法获得的，同时化学腐蚀的设备成本大大 低于干法腐蚀技术，而且湿法刻蚀 操作简便，对设备要求低，易于实现大 批量 生产，刻蚀的选择性也好。 干法刻蚀（等离子体刻蚀）具有各 向异性，控 制精确的优点。但设备昂贵， 过程复杂，单片成本较高。湿法刻蚀设备制减反射膜n 型硅p型硅PECVD SiN薄膜p 型硅一次反射 二次反射SiN薄膜n型硅入射光在SiN薄膜表面发生一次反射，在 SiN薄膜和硅片 界面发生第二次 反射，通过适当选取SiN薄

7、膜的厚度和折 射率，可以使一次反射光和二次反射 光相抵消，从而减 小了反射。沉积SiN减反射膜后，硅片表面对入射光的平 均 反射率可进一步减小到5流右。PECVD的优点：节省能源，降低成本； 提高产能；减少了高温导致的硅片中少子寿命衰减；PECVD的一个基本特征是实现了薄膜沉积工 艺的低温化（4500）。SiN薄膜的优点优良的表面钝化效果 高效的光学减反射性能（厚度和折射率匹配） 低温工艺（有效降低成本） 含氢SiNx:H可以对mc-Si提供体钝化PECVD镀膜设备PECVD SiN薄膜的目的：SiN薄膜作为减反射膜可减小 入射光的反射，增加透射； 在SiN薄膜的沉积过程中，反应产物氢原子进入

8、到SiN薄膜内以及硅片内，起到了钝化缺陷的作用。丝网印刷与烧结SiN 薄膜p型硅印刷银浆料n 型硅丝网印刷的目的： 印刷背面电极浆料，银铝（Ag/Al ）浆，并 烘干；印刷 背面场浆料，铝浆，并烘干；印刷正面电极浆料，银浆，并烘干。烧结的目的： 燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良 好的金属电极。银铝浆料烧结银电极银铝电极激光刻槽埋栅太阳电池，具有光电转换效率高、工艺相对简单、适于规模生 产，兼具高效和低成本两方面的优 势。大规模生产的激光刻槽埋栅电池其单位 功率成本已接近甚至低于常规丝网印刷电池。印刷浆料的过程烧结炉丝网印刷设备，每台印刷机后都有一台烘干炉背电极印刷 目的：在太阳电池背面丝

9、网印刷印上引出电极 作用：易于焊接 使用的浆料是银铝浆 背电场印刷 目的：通过烧结穿透背面 PN结，和P型硅形 成良好的欧 姆接触。作用：收集载流子 使用的浆料是铝浆 正电极印刷 正面 有主栅线和副栅线组成 目的：在太阳电池正面丝网印刷银浆形成正电极 作用： 收集电流焊接条主栅线副栅线单晶太阳电池制作示例硅棒：例如：M125D165切片电池片负极 为什么？电池片正极 铝银背电场，均匀性硅棒：硅石SiO2氢化去氧得到单质Si，然后对其进行提纯至冶金级，再到 太阳能级。使用这种高纯度的单质 Si料提拉获得上述单晶硅棒。 切片：使用边长为特定长度的正方形金刚石线切割上述硅棒。举例 M125( D16

10、5)电池片：经过掺杂离子注入制备PN结，以及其他配套工艺。多晶太阳电池制作示例硅锭：例如：P156切片电池片负极电池片正极主栅线变化？硅锭：硅石SiO2氢化去氧得到单质Si，然后对其进行提纯至冶金级，再到 太阳能级。使用这种高纯度的单质 Si料浮熔获得上述多晶硅锭。切片：使用 边长为特定长度的正方形金刚石线切割上述硅锭。 电池片：经过掺杂离子注入制备PN结，以及其他配套工艺。光伏组件技术1.玻璃：超白，钢化，压花 层压机上室大气压压合2.EVA胶膜：热熔固 化交联，耐候。3.电池片：PN结，光生电，汇集电流。4.EVA胶膜。5.背膜: 含氟耐候复合膜材。 层压机下室真空加热 电池片：电压低，材

11、质脆 电池串： 汇集电压 叠层件：按如上顺序放置各层材料。 层压：EVA受热交联固化，密 封保护组件，提高耐候性。1.太阳能组件是将太阳光能直接转变为直流电能的阳光发电装置。 2.影响太阳能组件的关键因素：EVA材料和交联度，背膜材料性能。 3.主要材料对组件的影响：（a）玻璃：透光率，抗压抗冲击性能，优选超白钢化压花玻璃。（b） EVA耐候性（紫外老化，水汽渗透），外观（黄变） （c）Cell :优良的基质 PN结，完好的栅线和均匀的外观，无裂纹。 （d）背膜：耐候性（阻水性，绝缘耐压，紫外老化），优选TPT （e）铝型材：抗压强度。铝材成分，性能差 别。主要材料介绍EVA 乙烯与醋酸乙烯脂

12、的共聚物 EVA是一种热融胶粘剂，常温下无粘性 而具抗粘性，以便操作，经过一定条件热压便发生熔融粘接与交联固化， 并变的完全透明。 固化后的EVA能承受大气变化且具有弹性，它将晶体硅片组“上 盖下垫”，将硅晶片组包封，并和上层保护材 料玻璃，下层保护材料TPT（聚氟 乙烯复合膜），利用真空层压技术粘合为一体。另一方面，它和玻璃粘合后能提 高玻璃的透光率，起着增透的作用，并对太阳电池组件的输出有增益作用。 TPT（聚氟乙烯复合膜），用在组件背面，作为背面保护封装材料。 用于封装的TPT至少应该有三层结构：外层保护层PVF具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层为聚 脂薄膜具有良 好的绝缘性能，内层PVF

13、需经表面处理和EVA具有良好的粘接性 能。太阳电池的背面覆盖物一氟塑料膜为白色，对阳光起反射作用，因此对组 件的效率略有提高，并因其具有较高 的红外发射率，还可降低组件的工作温度， 也有利于提高组件的效率。当然，此氟塑料膜首先具有太阳电池封 装材料所要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。 钢化玻璃 采用低铁钢化绒面玻璃（又 称为白玻璃），在太阳电池光谱响应的波长范围内（320-1100nm）透光率达91%以 上,对于大于1200nm的红外光有较高的反射率。此玻璃同时能耐太阳紫外光线 的辐射，透光率不下降。 铝型材边框 平板组件必须有边框，以保护组件和组件 与方阵的连接固定。边框为粘结剂构成对

14、组件边缘的密封。 涂锡铜带 涂锡带由无氧铜剪切拉拔或轧制而成，所有外表面都有热度途层。涂锡带用于太阳能组件 生产时太阳能电池片 的串焊接和汇流焊接，要求涂锡带具有较高的焊接操作性 及牢固性。光伏组件生产流程IQA 层压电选测试固单焊终检串焊组叠层线检发货检验检 清IQA电选在40W日灯光下，从同一角度正 视电池表面，参考标准片，将相 同颜色和 相同转换效率的电池片 分类，按一块组件需要电池片数 量分放。按照生产计划和设计要求，准备太阳能组件生产所需背板、焊带、汇流条、玻璃、EVA等材料。单焊串焊In ter-c onn ectorCellAfter Solderi ng单片焊接：将互连条与电池

15、片的主栅线焊接起来，为电池片的串联做准备。在恒温 焊接台上，用设定温度的烙铁头将单片电池片用焊带将正负极焊接起来, 按每串需 要电池片数量焊接成串。 串焊：将电池片串联起来，为层叠做准备 IPQC会对电烙铁温度，焊接质量，强 度进行巡检。Cell stri ngCell stri ngCell stri ngModule叠层电池片焊接好且经过检验合格后，将钢化玻璃、 EVA、电池串、EVA背板按照下而上的层次铺设好，并焊接汇流 条，焊接电极引线，制成叠层板。检扫描条码中检：主要对组件的外观，汇流条等焊接的状况进行确认， 外观良好后测试 叠层板的电性能。确认0K后扫描 组件和流程卡条形码进入 Q

16、MS系统，以便于追 溯与调查。层压平铺覆盖层压后外观检验层压：将钢化玻璃、EVA、电池组、TPT等材料通过抽真空、加热和加压等 一系列过程，使其黏合在一起，完成太阳 电池的封装。层压后由于前道工序作业 问题导致碎片在该工序后会直接体现出来，所以检验很重要。 将叠层好并经过测试，电性能良好的叠层板抬上层压机工作台，层压机自动完成叠层板的进料， 通过抽真空将组件 内的空气抽出，加热加压使 EVA熔化将电池、玻璃和背板粘 接在一起，成为层压板。固固化：在一定的时间和温度下，组件EVA完成交联的过 程一次固化：组件 在层压阶段就已经完成固化 二次固化：组件在层压阶段不完成固化，需经过其 他工序才完成固

17、化边层压时，EVA熔化后由于压力而向外延伸， 固化形成毛边，应将其切除。组边框打硅胶装框：铝边框槽内打入硅橡胶，将削边整齐的层压板轻置于组框机上， 装入 铝边框，成为太阳能电池组件。 由于钢化玻璃本身结构的原因，其边角部分只要受到很小的撞击就会发生碎裂，装边框是为了保护组件钢化 玻璃的边角。无边框的组件一般情况下不太容易安装，装边框是为了便于工程安装。该工序对于 控制硅胶的 高度要求较高，因为会直接影响后面的硅胶溢出状态。线安装焊接触头灌胶装接线盒：保护导电体，便于工程安装，包括安装，焊接触头和灌胶三大块。 在组件背部安装接线盒。沿接线盒底部打胶区打胶，胶圈连续均匀成闭合线，接 线盒套住电极引

18、线放在背板上， 轻压并盖紧盒盖。接线盒的安装以利于组件与其他设备或组件间的电气连接。清在清洗桌上，用乙醇和无尘棉布等按照作业指导书将玻璃表面、 背板、铝边框等清洗干净，无污迹和硅胶残 留。去处表面脏污，使组件美观。增加光的透 过率，增加组件功率。测试接线测试Pass 后进入下一工序接线扫描I-V 曲线Test 1. 绝缘耐压测试：测试边框与内部带电体（电池片、焊带等）之间在高压作用下是否会发生导通而造成危险 2.接地电阻测试：测试边框与地之间的电阻，以确定边框接地性能是否良好 3.测量组件电性能参数，以此确定组件的档 次，如测试曲线异常时将将进行红外线测试和 EL测试进行分析终检检扫描看I-V

19、曲线看外观，pass后盖章贴名牌FQC :确定组件的等级，给组件分档，先扫描条形码检查测试信息，确认 0K后检查外观，进行分档。 已经检验过的产品进行抽检，AQL=2.5按照内部规定和顾客特殊要求进 行包装，并进行粘贴标签和粘贴 功率标签。晶体硅太阳电池主要参数P 型单(多)晶硅(典型厚度180 um260 um)正面电极极性为负，材料 为丝网印刷厚膜导体银； 背面电极极性为正，材料为丝网印刷厚膜导体银或银铝；背面场为丝网印刷厚膜导体铝。单晶硅太阳电池 M125(D165)单晶硅太阳电池 M156(D200)多晶硅太阳电池P125/P156常规组件技术参数Cell Type Model Nam

20、eNumberCell Size (mm) Cell Efficiency Module Size (mm ()M125 X 125 X 190W SST190-72M 72 M125X 125 XD15018.25% 1580 X 808X 35/50 X XD16517.7%185WSST185-48P 48P156 X156 X16.5% 1320 X 990X 35 X X200WSST200-48MM156 X156 XD20018%210WSST210-54P 54P156 X156 X16.5% 1480 X 990X 35 X X225WSST225-54MM156 X156

21、XD20018%230WSST230-60P 60P156 X156 X16.5% 1640 X 990X 50 X X250WSST250-60MM156 X156 XD20018%280WSST280-72P 72P156 X156 X16.5% 1956 X 990X 50 X X300WSST300-72MM156 X156 XD20018%（125单晶）SST 170-72M Mon ocrystal line solar module光伏组件设计示意图40 4B1:29B15 80AA130 08 00AA14 35 80 875 850 135其他类型光伏组件相关测试标准IEC6

22、1215 地面用晶体硅光伏组件一设计鉴定和定型 IEC61730光伏组件安全性鉴定一结构要求欧洲电性能UL1703美国安全认证绝缘试验：DC1000V加上两倍系 统最大电压1min电池片的标称工作温度(NOC) 电池表面的辐照度：800W/m2气温：20 C风速：1m/s最优组件的 NOC为33C,最劣 组件为58T，标准组件为48C。 (100%寸装) 标称测试条件：1000W/m2低辐照度下性能：200W/m2室外曝晒试验：总辐射量60kWh/m2 热斑耐久试验：1000W/m2 5h可靠性测试遵循IEC61215 IEC61730、UL1703标准对组件及材料，如封装材料：背板、EVA提

23、供紫外预处理、 热循环、湿-冻、湿-热等可靠性加速老化试验。太阳能组件紫外预处理试验机可编程高低温湿热箱干绝缘试验 湿漏电试验晶体硅太阳能电池在环境模拟试验中的常见失效现象分析组件在高温高湿环境测试中失效现象【1-10】 组件在紫外预处理环境测试 中失效现象【11-12】1.EVA/glass 脱层 分析：EVA粘结性能下降，丧失 影响：组件损坏，使 用寿命缩短2.EVA/TPT 脱层 分析：EVA粘结性能下降，丧失 影响：组件损坏，使用 寿命缩短3.EVA黄变 分析：EVA分子开始降解 -胶膜性能J影响：EVA黄变- 透光率J -电池效率J -组件输出电能J4.TPT 龟裂 分析：TPT耐候

24、性能不良 影响：组件损坏，使用寿命缩短5.TPT 层间分离 分析：说明TPT性能不良 影响：组件损坏，使用寿命缩 短6.TPT黄变 分析：TPT耐侯性能不良 影响：TPT黄变-光线折射率J - 电池效率J -组件输出电能J7.涂锡带黄变 分析：涂锡带高温高湿环境中产生分解，与EVA发生化学反应影响：焊点松动一脱落，组件输出下降8.导电胶带鼓包 分析：导电胶带与EVA性能不匹配，致使自身粘结性能失效，与电池片脱落 影响：焊点松动一脱落，组件输出下降9.硅胶黄变 分析：硅胶与EVA性能不匹配 影响：影响组件外观及密圭寸性 能10.定位胶带鼓包 分析：定位胶带与EVA性能不匹配 影响：组件损坏，使用

25、寿命缩短11.EVA黄变 分析：EVA分子开始降解 -胶膜性能J影响：EVA黄变- 透光率J -电池效率J -组件输出电能 （下图为四家EVA同时测试，面积 各位1/4 ）12.TPT 变色 分析：TPT耐紫外性能不良 影响：TPT变色-光线折射率 J -电池效率J -组件输出电能J光伏组件应用一一相关问题探讨相关问题探讨光伏组件应用 晶体硅太阳电池衰减特性初始光致衰减老化衰减失效现象25 年 20%室外曝露实验IEC 61215 10.8在标准测试条件下，最大输出功 率衰减不超过试验前的5% 实验结果:功率衰减体现在Isc下降，FF没有变化。 黄变 与EVA的剥离程度下降组件背板耐紫外功能下

26、降光谱响应特性AM 大气质量一太阳光线通过大气层的路程对到达地球 光强：1000W/m2光谱分布：AM1.5 （AM1.5-太阳入射角为48。的太阳辐射） 电池温度：25C由于光的颜色（波长）不同，转变为电的比例也不同，这种特性称为 光谱 特性。光谱特性的测量是用一定强度的单色光照射太阳电池， 测量此时电池 的 短路电流，然后依次改变单色光的波长，再重复测量以得到在各个 波长下的短 路电流，即反映了电池的光谱特性。温度随着温度的上升，短路电流上升，开路电压减小，转换效率降低。 温度的升高，可使硅材料的禁带宽度降低，电子具有更低的能量就可 从价带越过禁带到达导带，短路电流会提高。 温度的变化，影

27、响最大的是开路电压。6AM 1.5,1000W/ m522004150Curre nt/A320C o 25 C o 50 C o 75 Co10050 10 0 10 20 30 40 500Voltage/VPower/WCase根据在西宁地区实地测量的结果，夏天时光伏组件背表面温度可以达 到70C,而此时的太阳电池工作结温可以达到 100C。开路电压与额定值相比将降低约 2.3 X （100-25） X 36片=6210mV峰值功率损失率约 0.4% X(100-25)=30%硅太阳能电池工作在温度较高情况下，开路电压随温度的升高而 大幅 下降，同时导致充电工作点的严重偏移，易使系统充电

28、不足而损坏 硅太阳 能电池的输出功率随温度的升高也大幅下降，致使太阳能电池 组件不能充分发挥最大性能。辐照度辐照度对Isc的影响较大，对Voc的影响较小通常可以近似认为辐照度与 Isc成正比例关系6 2001000W/m52225 Co800W/m4150Curre nt/A600W/m3100400W/m22200W/m12500 0 10 20 30 40 500Voltage/VPower/W2遮挡太阳电池热斑：太阳电池组件在阳光照射下，由于部分组件受到遮挡 无法工作，被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量， 使得被遮挡的部分升温，致使温度过高出现烧坏的热斑。 热斑可能导 致

29、整个组件损坏。 通 过对不同电池片进行遮挡实验，分析得出送电流大的电池更易产生 热斑。避免遮蔽一个电池片与遮蔽两块电池片各一半的效果不同，所以遮蔽不可 时，尽量使遮蔽尽可能多的电池，每个电池尽可能少的阴影。即 使安装了旁路 二极管，仍然是单片遮挡范围越大对于整体组件的影响 越大。为了防止太阳电 池由于热斑效应而遭受破坏，在太阳电池组件的正负 极间并联一个旁路二极管， 以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的 组件所消耗。旁路二极管并不能维持 被遮挡电池的性能，它只是使电流从别处流走， 使这片被遮挡的电池不再消耗 其他电池产生的功率。遮挡测试旁路二极管工作原理作用：为防止太阳电池在强光下由于遮挡造成

30、其中一些因为得不到光 照而成为负载产生严重发热受损MPPT带旁路二极管串联太阳电池组件受到非均匀光照的 I-V曲线 带旁路二极管串联太阳电池组件受到非均匀光照的 P-V曲线旁路二极管选择原则 工作电流（应大于单体电池的短路电流） 最大结温（反应了二极管的耐热能力，应大于二极管工作时自身的温 度）热阻系数越小 越好（热阻小能使二极管及时散热，不至于热失效） 正向压降越小越好（压降小能减少自身的发热） 反向击穿电压（大于与其并联的电池的开路电压的叠加值）耐压容量为最大反向工作电压的两倍 电流容量为最大反向工作电流的两倍IEC 61215旁路二极管发热测试光伏组件设计太阳电池的失配：太阳电池在串并联使用时，由于每片电池电性能不 可能绝对一致，这就使得串并联后的输出总功率小于各个单体电池输 出功率之和。太阳电池的生产工艺决定了每一个单体不可能绝对一致 实际使用中每个单体还将由于遮挡，灰尘，表面损伤等原因造成个体 差异 对于晶体硅太阳能电池，在 制造过程中产生单体差异而引起的失配损 失大约为0.2%1.5%热膨胀一典型的电池连接方式为环状连接f脱层 规格f功率 外形尺寸（玻璃，电池片，汇流 条，边框等） 系统电压 电池片功率