硅太陽能電池

硅太陽能電池采用硅晶體薄片制作，片厚約0.2mm，硅晶體薄片的尺寸一般為156mm×156mm（6英寸）或125mm×125mm（5英寸）。圖1是單晶硅與多晶硅晶體薄片的照片（照片來自網(wǎng)絡(luò)），左圖是6英寸的單晶硅片，右圖是5英寸的多晶硅片。

圖1--單晶硅與多晶硅片（照片來自網(wǎng)絡(luò)）

  在硅晶體薄片表面制作PN結(jié)，在上下表面做電極構(gòu)成太陽能電池。圖2是硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，該圖顯示的僅是硅太陽能電池的一小塊截體。電池主體 是PN結(jié)，為了防止硅晶體薄片對太陽光產(chǎn)生反射，把上表面制成無反射的絨面；為進(jìn)一步減小反射，在上面還要敷一層透明的減反射膜；在電池上表面有電極線與 N型半導(dǎo)體連接，在電池下表面有電極線與P型半導(dǎo)體連接。為了清晰顯示層次，圖中對N型半導(dǎo)體、絨面、減反射膜的厚度進(jìn)行了放大，實際是很薄的。

圖2--硅太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖

制作太陽能電池的硅晶體為摻雜3價硼的P型半導(dǎo)體，主要制作流程是：

1. 拋光清洗  

對硅片表面進(jìn)行化學(xué)拋光并進(jìn)行清洗。我們把朝向太陽的一面稱為上表面，把背向太陽的一面稱為下表面。

2. 制作絨面 

光滑的硅 晶體薄片表面會反射掉部分太陽光，見圖3左圖，為了防止對太陽光產(chǎn)生反射，要在薄片上表面用化學(xué)腐蝕生成凸凹面，凸凹面好像無數(shù)的金字塔排列在一起，使太 陽光盡量射入硅晶體，見圖3右圖。只是這些金字塔非常細(xì)微，高約10μm，可使硅晶體薄片上表面反射大大減少，較全面的吸收太陽光。

圖3--金字塔絨面減少太陽光的反射

3. 擴(kuò)散制結(jié) 

在P型硅晶體薄片的絨面上表面擴(kuò)散5價的磷，在絨面下生成0.3至0.5μm深的N型半導(dǎo)體，這樣，在硅晶體薄片的上表面是N型半導(dǎo)體，在硅晶體薄片的下表面是P型半導(dǎo)體，交界面附近就是PN結(jié)，見圖4。

4. 刻蝕去邊 

為防止上下表面短路，必須把硅晶體薄片周邊因制結(jié)生成的擴(kuò)散層去除。同時還要去除在硅片表面因擴(kuò)散生成的磷硅玻璃與氧化物殘跡。

5. 制作減反射膜 

雖有絨面，但仍有經(jīng)過二次或三次反射出去的太陽光，為進(jìn)一步減少對光線的反射，還要在上表面沉積一層減反射薄膜，成分主要是和Si3N4（氮化硅）或TiO2（氧化鈦），生成藍(lán)色透明薄膜，膜厚為75nm至80nm，見圖4。

圖4--硅太陽電池的上表面結(jié)構(gòu)示意圖 

6. 制作上下電極  

在上下表面制作連接外電路的電極，上電極要盡量減少對射入光線的遮擋，使用多根細(xì)線（柵線）把電流匯集到較粗的引出線（主線），上電極線主要采用銀漿絲網(wǎng)印刷的方法制作。下電極用銀鋁漿絲網(wǎng)印刷寬的母線，然后再在整片上印一層鋁漿做反射層，把穿透過來的光子反射回去。

為了使銀、鋁漿電極與硅材料完全緊密接觸，還需通過燒結(jié)過程，燒結(jié)使雙方材料表面的原子相互融入，特別是可以燒穿減反射膜，使上電極與硅半導(dǎo)體緊密接觸。

下面是硅太陽能電池制作主要流程動畫。

硅太陽能電池制作主要流程動畫

圖5是單片單晶硅太陽能電池與多晶硅太陽能電池圖片，電池片上橫的細(xì)線是柵線，豎的粗線是主線。

圖5--硅太陽電池片（照片來自網(wǎng)絡(luò)）

太陽能電池的每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查，不讓有缺陷的產(chǎn)品進(jìn)入下個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，太陽能電池最后一個環(huán)節(jié)是電氣性能性能檢測，也就是通過測量得到 太陽能電池的伏安特性曲線。要測量主要參數(shù)是開路電壓、短路電流、最大功率點、最佳工作電壓、最佳工作電流、轉(zhuǎn)換效率等。最后根據(jù)外觀與所測參數(shù)對電池進(jìn) 行分級分類。

太陽能電池組件

單個硅太陽能電池片的輸出電壓約0.4伏，必須把若干太陽能電池片經(jīng)過串聯(lián)后才能達(dá)到可供使用的電壓，并聯(lián)后才能輸出較大的電流。多個太陽能電池片串并聯(lián)進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，太陽電池組件是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的基本組成單元。

圖6是一塊太陽能電池組件，也就是常說的太陽能電池板。

圖6--太陽電池組件（照片來自網(wǎng)絡(luò)）

太陽電池組件的主要生產(chǎn)過程如下。

1. 電池分選

為提高電池片的利用率，將性能一致或相近的電池片組合在一起，應(yīng)根據(jù)其性能參數(shù)進(jìn)行分類；電池測試即通過測試電池片的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對其進(jìn)行分類。

2. 電池片的焊接

匯流帶為鍍錫的銅帶，使用電烙鐵和焊錫絲將匯流帶焊接到電池上面（負(fù)極）的主線上，伸出的匯流帶將與后面的電池片的背面電極相連。

通過背面焊接將N張片電池串接在一起形成一個電池串，稱為串焊，使用電烙鐵和焊錫絲將單片焊接好的電池的上面電極（負(fù)極）的伸出端焊接到下一個電池的下電 極（正極）上，見圖7上圖，圖7下圖是以焊好的3個電池片。圖7中各零件相互間的尺寸比例與實際有較大差別，僅為示意圖。

 
圖7--電池片的焊接

將串接在一起的整個電池串的正負(fù)極焊接出引線，并檢驗整個電池串的特性，修理有問題的電池串。

3. 疊層

太陽能電池組件的種類較多，按照封裝材料和工藝的不同與用途的不同，封裝方式也不同，下面介紹的是普通硅太陽能電池的常用封裝方式。

在電池串的上面采用鋼化玻璃封裝，有很高的強(qiáng)度與很好的透光性，可有效地保護(hù)電池片；電池片的下面采用有良好絕緣性能、能抗紫外線抗環(huán)境侵蝕的熱塑聚氯乙 烯復(fù)合膜（TPT）做背面:三者之間采用熱融膠粘膜（EVA）進(jìn)行粘接，EVA透光率高，并有柔韌、耐沖擊、耐腐蝕，在熱壓下熔融固化后有很好的粘合性。 封裝的層次見圖8.

 
圖8--太陽能電池組件疊層結(jié)構(gòu)

將電池串、鋼化玻璃和切割好的EVA 、TPT背板按照一定的層次敷設(shè)好，敷設(shè)時保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調(diào)整好電池間的距離，準(zhǔn)備層壓。

4、組件層壓

將敷設(shè)好的電池組件放入層壓機(jī)內(nèi)，通過抽真空將組件內(nèi)的空氣抽出，然后加熱使EVA熔化將電池、玻璃和TPT背板粘接在一起；最后冷卻取出組件。層壓工藝是太陽能電池組件生產(chǎn)的關(guān)鍵一步，層壓溫度和層壓時間根據(jù)EVA的性質(zhì)決定。

層壓時EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應(yīng)將其切除。

7、裝框

類似與給玻璃裝一個鏡框；給玻璃組件裝鋁框，增加組件的強(qiáng)度，進(jìn)一步的密封電池組件，延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填充，各邊框間用角鍵連接。 

在組件背面引線處粘接一個接線盒，以利于電池與其他設(shè)備或電池間的連接。

圖9是封裝好的單晶硅太陽能電池組件正面與反面，圖10是封裝好的多晶硅太陽能電池組件正面與反面，在反面可看到電池接線盒。