毛晓丽
青海聚能电力有限公司 青海西宁 810000
摘要：在国际能源紧缺，各种环境污染出现的情况下，如何的开发出更加高效和清洁的能源成为了目前所有的国家研究的重点。其中对太阳能电池的开发是研究中比较突出的部分，研究主要的对我国目前的太阳能的需求现状和生产情况进行了简单的介绍，并且 在此基础上提出了一些在太阳能的生产过程中可以采用的技术，主要包括单晶硅和多晶硅技术。并且分别的对这些技术的现状和生产情况进行了介绍，在此基础上对太阳能电池的这些技术项目的可行 性进行了分析和总结报告。
关键词：太阳能电池；生产线；单晶硅和多晶硅；项目改造；可行性研究
1太阳能电池研究现状
在我国，太阳能的利用也一直是最热门的话题，经过多年的发展，国内在集热器（含太阳能热水器）已成为太阳能应用最为广泛、产业化最迅速的产业之一。1998年销售总额达到了35亿元，其产量位居世界榜首。我国的太阳能产业已开始运作。中国科学院宣布启动西部行动计划，将在两年内投入2.5亿元人民币开展研究，建立若干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等示范工程。目前河北保定国家高新技术开发区正加快建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池生产基地，该项目集太阳能电池、组件及应用系统等为一体，一期工程完成后可达到年产3兆瓦多晶硅太阳能电池的能力，填补了我国在太阳能开发应用方面多项空白，并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的生产、销售市场。但从整体上分析，国内太阳能光伏发电系统由于起步较晚，尤其是在太阳能电池的开发、生产上还落后于国际水平，整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。
2多晶硅材料在太阳能电池生产中存在的问题
近几年，因多晶硅材料供不应求而价格暴涨。原因是除了半导体外，太阳能电池的需求也急剧增加。不过，2016年供求关系将有所缓和。首先，半导体对多晶硅的需求不再增长。其背景是因全球经济衰退，电子设备生产停滞。预计此前需求持续增长的300mm晶圆，08年第四季度也将首次出现负增长。另外，太阳能电池用多晶硅的增长率也明显减缓。受西班牙调整强制光伏上网电价（Feed In Tariff）制度等影响，09年对太阳能电池的需求增长将不如08年。野村证券金融经济研究所的和田木预测，全球对太阳能发电系统的需求，08年比上年增长49.1％，而09年将比08年增长25.4％，下降23.7个百分点。此外，法国调查公司的数据显示，09年多晶硅材料的产能将比08年大幅增长61.2％。是继08年同比增长104.1％之后的大幅增长。虽然材料厂商都倾向于较实际情况多公布产能，但各厂商都在积极扩大产能这一点是没有疑义的。太阳能发电系统对材料的需求还包括结晶硅型以外的材料。而结晶硅型以外的材料增长率较高，因此多晶硅材料的产能增长率似将超过太阳能电池的需求增长率。
3单晶硅电池和多晶硅电池的区别
3.1单晶硅和多晶硅都是单质硅的一种形态。单晶硅即原子排列得非常整齐，晶格位向完全一致，且无任何缺陷存在。多晶硅即由许多位向不同的晶格组成，且其内部还存在着多种晶体缺陷。
3.2多晶硅是制造单晶硅的原料。
3.3单晶是采取直拉发生产，直拉过程就是一个原子结构重组的过程。而多晶多采用浇注法生产，就是直接把硅料倒入坩埚中融化定型。
3.4单晶硅片为方圆形，多晶硅为方形。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。
3.5单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较高；多晶硅电池成本低，但转换效率略低于单晶硅太阳能电池。
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4单晶硅材料在太阳能电池生产的应用及其优势
4.1晶硅材料太阳能电池基本参数
1.开路电压UOC，即将太阳能电池置于100 mW/cm2的光源照射下，在两端开路时，太阳能电池的输出电压值。
2.短路电流ISC，就是将太阳能电池置于标准光源的照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流。
3.最大输出功率Pm，如果选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最大，即可获得最大输出功率。
4.填充因子FF，他是最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比，是代表太阳能电池在带最佳负载时，能输出的最大功率的特性。
5.转换效率η指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率。
伏安特性，工作状态下太阳电池的电压-电流特性。
4.2单晶硅太阳能的优势
在单晶硅太阳电池工艺中加入背腐蚀抛光，可减少硅片表面缺陷，降低表面复合速率，改善金字塔形貌，提高背表面反射率，将电池不易吸收的长波光反射回电池内部再次利用。且背腐蚀能提高硅片有效少子寿命增加开路电压和短路电流，电池转换效率提高了0.13%。
4.3单晶硅材料太阳能电池的开发
单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。
将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就硅片上形成P>N结。经过实践研究发现，刻蚀是对硅片表面和边缘进行腐蚀，去掉边缘层和消除背面绒面，去除硅片表面的磷硅玻璃；PECVD是在硅片表面沉积一层减反射膜，减少光的反射，使电池短路电流和输出增加。
采用丝网印刷法，精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。因此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件（太阳能电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和材料进行封装。用户根据系统设计，可将太阳能电池组件组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15％左右，实验室成果也有20％以上的。
总结
光伏技术的基本原理光生伏特效应，它通过半导体光伏器件实现。随着科技的进步，光伏技术将日趋完善，并将在本世纪人类能源结构变革中，作为最干净、最具可持续发展的能源技术进入能源结构。
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论文作者:毛晓丽
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/8
标签：太阳能电池论文; 单晶硅论文; 硅片论文; 多晶硅论文; 材料论文; 太阳能论文; 电流论文; 《建筑模拟》2018年第1期论文;