光伏工艺设计原理和相关产品特点.ppt

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1、设计部2011年07月21日,光伏发电系统技术交流,一、太阳能辐射 二、太阳能电池结构 三、太阳能电池制作 四、太阳能电池组件 五、相关产品的特点 六、光伏工艺设计原理 七、相关计算,目 录,1、太阳辐射能的来源电磁辐射2、太阳光是一种电磁波,具有波粒二相性,一、太阳能辐射,一、太阳能辐射,大气层对太阳辐射的影响,大气质量大气层对太阳光线通过大气层到达地球表面 的太阳辐射的影响AM0地球大气层外的太阳辐射AM1穿过1个大气层的太阳辐射（太阳入射角为0）AM1.5太阳入射角为48的太阳辐射,一、太阳能辐射,太阳辐射穿过大气层的情况,AM0AM1.5,一、太阳能辐射 二、太阳能电池结构 三、太阳能

2、电池制作 四、太阳能电池组件 五、相关产品的特点 六、光伏工艺设计原理 七、相关计算,目 录,二、太阳能电池结构,太阳能电池结构,正电极,铝背场,负电极主栅线,负电极子栅线,二、太阳能电池结构,太阳能电池工作过程光生伏打效应,吸收光子，产生电子空穴对电子空穴对被内建电场分离，在PN结两端产生电势将PN结用导线连接，形成电流在太阳电池两端连接负载，实现了将光能向电能的转换,二、太阳能电池结构,太阳能电池工作过程光生伏打效应,二、太阳能电池结构,单晶硅片与多晶硅片区别,由于单晶和多晶硅片的生产工艺不一，多晶硅片是正方的，单晶硅片的四个边缘是有弧度的,对于成品电池更好区分：单晶是有绒面的，而多晶由于

3、晶界排列不整齐表面有花纹。,尺寸(mm):103x103,125x125,150 x150,156x156主流产品：125mmx125mm 与 156mmx156mm,二、太阳能电池结构,太阳能电池电性能参数,太阳电池的电性能参数：Isc、Voc、Imp、Vmp、Pmax、Rs(串联电阻)、Rsh(并联电阻)、FF、EFF,二、太阳能电池结构,太阳能电池电性能参数,短路电流（Isc）：理想情况下，等于光生电流IL。影响因素：面积、光强、温度 125太阳能电池 5A左右 156太阳能电池 8A左右开路电压（Voc）：影响因素：光强、温度、材料特性 晶体硅太阳电池 600mV左右填充因子（FF）：

4、最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比 FF=Pm/VocIsc=VmIm/VocIsc 影响因素：串联电阻、并联电阻转换效率（）：标准测试条件(STC)：光 强：1000W/m2光谱分布：AM 1.5温 度：25,一、太阳能辐射 二、太阳能电池结构 三、太阳能电池制作 四、太阳能电池组件 五、相关产品的特点 六、光伏工艺设计原理 七、相关计算,目 录,三、太阳能电池制作,太阳能电池片生产工艺流程,三、太阳能电池制作,太阳能电池制作过程1清洗、制绒,NaOH去除表面损伤层和制备绒面（陷光）HCL去除硅片表面的金属离子HF去除硅片表面的硅酸钠和氧化物,三、太阳能电池制作,化学腐蚀的原理,热的N

5、aOH溶液去除硅片表面机械损伤层：,HF去除硅片表面氧化层：,盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与 Pt 2+、Au 3+、Ag+、Cu+、Cd 2+、Hg 2+等金属离子形成可溶于水的络合物。,HCl去除硅片表面金属杂质：,三、太阳能电池制作,太阳能电池制作过程2扩散,扩散的目的：形成PN结在P型半导体表面掺杂五价元素磷，在硅片表面形成PN结,P型半导体硅,N型半导体硅,三、太阳能电池制作,PN结太阳能电池的心脏,三、太阳能电池制作,POCl3磷扩散原理,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：生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生

6、成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：,三、太阳能电池制作,太阳能电池制作过程3等离子体刻蚀,目的：去除边缘PN结，防止上下短路,三、太阳能电池制作,等离子体刻蚀反应,三、太阳能电池制作,太阳能电池制作过程4去磷硅玻璃,用HF酸把上下表面的磷硅玻璃去除,P型硅,N型硅,N型硅,三、太阳能电池制作,什么是磷硅玻璃？,在扩散过程中发生如下反应：POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与Si反应生成SiO2和磷原子：这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。,三、太阳能电池制作,磷硅玻璃的去除,氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸能与二氧化硅作用生成易挥发的四氟

7、化硅气体。若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。总反应式为：,三、太阳能电池制作,太阳电池制造过程5-PECVD,PECVD=Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 即“等离子增强化学气相沉积”。它是借助等离子体使含有薄膜组成原子的气态物质发生化学反应，而在基片上沉积薄膜的一种方法。,PECVD的反应过程：,三、太阳能电池制作,PECVD的作用,在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜SiNxHy膜。其还具有卓越的抗氧化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽金属和水蒸汽扩散的能力；它的化学稳定性也很好，除氢氟酸和热

8、磷酸能缓慢腐蚀外，其它酸与它基本不起作用。,SiNxHy膜作用：优良的表面钝化效果；高效的光学减反性能（厚度和折射率匹配）；低温工艺（有效降低成本）；体内的氢钝化,三、太阳能电池制作,SiNxHy膜作用,优良的表面钝化效果高效的光学减反性能（厚度和折射率匹配）低温工艺（有效降低成本）体内的氢钝化,三、太阳能电池制作,太阳电池制造过程6-背电极印刷,在太阳电池背面丝网印刷印上引出电极使用浆料：银铝浆,三、太阳能电池制作,太阳电池制造过程7-背电场印刷,在太阳电池背面丝网印刷铝浆通过烧结穿透背面PN结和P型硅形成良好的接触,三、太阳能电池制作,太阳电池制造过程8-前电极印刷,在太阳电池正面丝网印刷

9、银浆，形成负电极正面电极有主栅线和副栅线组成,三、太阳能电池制作,太阳电池制造过程9-分选检测,通过模拟太阳灯光照射到电池片表面测试太阳电池的电性能参数,标准测试条件(STC)：光强：1000W/m2 光谱分布：AM1.5 温度：25,一、太阳能辐射 二、太阳能电池结构 三、太阳能电池制作 四、太阳能电池组件 五、相关产品的特点 六、光伏工艺设计原理 七、相关计算,目 录,四、太阳能电池组件,晶体硅太阳电池组件,由若干个单体太阳能电池片串、并联连接（一般是串联）和严密封装而成的，可以将光能转变为电能的一种半导体装置,四、太阳能电池组件,平板型组件正面和背面外形图,四、太阳能电池组件,四、太阳能

10、电池组件,内部结构,通常正面采用低铁钢化玻璃、背面采用绝缘、防潮、耐久性好的材料,如TPT等，也有采用玻璃作为背面封装材料的，双层玻璃组件多见于BIPV和幕墙组件。正面和背面之间采用EVA作为封装密封填充材料。,“玻璃三明治式”,四、太阳能电池组件,完整结构示意图,1.铝边框；2.密封胶；3.低铁钢化玻璃；4.晶体硅太阳电池片；5.互连条；6.EVA；7.TPT；8.电缆；9.接线盒；10.汇流条。,四、太阳能电池组件,各种材料的作用,铝边框：保护组件、抵御外部机械损伤，铝边框上设计有安装孔，通过铝边框对 组件进行机械安装。密封胶：将组件与铝边框粘结起来，并对组件边缘起密封绝缘作用。低铁钢化玻

11、璃：具有高的透光率，长期密封保护太阳电池。晶体硅太阳电池片：光电转换器件互连条：对电池片进行电气连接EVA：将低铁钢化玻璃、太阳电池片、TPT等各层材料粘结起来，形成具有弹性的密封体，抵御外机械力对电池片的损伤，消除各零件之间由于温度变化产生位移的应力。TPT：耐光、防潮、防腐，长期密封保护太阳电池。电缆：对组件进行电性能引出，与其它组件和装置进行电气连接。接线盒：在接线盒内进行组件电极引出线与电缆的连接，保护电极引出线与外界的交界面及与电缆的连接点。为防止热斑效应对太阳电池的损伤，在接线盒内应安装旁路二极管。汇流条：对电池片串进行电气连接，并作为电极引出线使用。,四、太阳能电池组件,目前常见

12、的组件连接方式,36片电池片串联组件54片电池片串联组件60片电池片串联组件72片电池片串联组件96片电池片串联组件,四、太阳能电池组件,36片单体电池串联封装组件的电池连接示意图,四、太阳能电池组件,72片单体电池串联封装组件的电池连接示意图,四、太阳能电池组件,组件制造工艺流程图,四、太阳能电池组件,组件制造生产流程图,焊接,叠层固化,层压封装,安装边框、涂硅胶,检测入库,四、太阳能电池组件,工艺流程介绍,备料:为各工序进行原材料的准备，便于原材料的统一管理和控制。焊接:将互联带焊接在电池的的正表面（负极）上，然后将焊接好的电池串接起来，并进行电气检查。叠层:将焊接好的电池串按要求排列和用

13、汇流条连接起来，并与封装材料钢化玻璃、EVA、虹吸玻璃、TPT的封装材料逐层组合。将叠层好的电池组件真空热压密封，固化定型。安装边框:将固化好的组件切边、装框、装接接线盒、清理组件外观。安装边框的目的是提高组件的机械强度，同时便于工程安装。性能检测:按工艺要求在标准测试条件下（AM1.5,252，幅照度：1000W/)对组件进行分等,要求要给出：最大功率、开路电压、短路电流、工作电压、工作电流。,四、太阳能电池组件,电性能参数,额定电压(Vm)：在标准测试条件下，根据光伏组件的I-V特性选择其输出电压，使组件在该输出电压下的输出功率接近最大功率，这个电压叫做额定电压额定功率(Pm)：在标准测试

14、条件下，组件在额定电压下的输出功率额定电流(Im)：在标准测试条件下，组件在额定电压下的工作电流开路电压(Voc)：在标准测试条件下，组件在开路情况下的工作电压短路电流(Isc)：在标准测试条件下，组件在短路情况下的工作电流填充因子(FF)：额定功率与开路电压、短路电流乘积之比称为填充因子最大系统电压：最大系统电压是指组件，与蓄电池组，控制器等器件组合成光伏发电系统时允许组合的最大系统安全电压,四、太阳能电池组件,热斑效应,串联支路中光伏电池的电流是一样的，如果部分光伏电池被遮挡，被遮挡的光伏电池将被当作负载消耗其它光照太阳电池所产生的能量，被遮挡的太阳电池此时会发热，这就是热斑效应，热斑效应

15、时间过长就导致电池故障产生，并有可能导致整个组件的损坏。为防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，解决的方法是每一定数量的串联电池片正负极之间并联一个旁路二极管以避免光照电池所产生的能量被受遮蔽的电池所消耗。应该注意的是：使用旁路二极管可延长组件的使用寿命，但它不能阻止由于阴影引起的能量损失。,四、太阳能电池组件,特性曲线,四、太阳能电池组件,功率P、电压V随温度成线性反比关系,电流I随温度成线性正比关系,特性曲线,四、太阳能电池组件,常州天合 TSM-PC05系列,四、太阳能电池组件,组件认证1IEC(国际电工委员会),四、太阳能电池组件,组件认证2TUV(德国认证),四、太阳能电池组件,组件认

16、证3CE(欧盟认证),四、太阳能电池组件,组件认证UL(美国认证),一、太阳能辐射 二、太阳能电池结构 三、太阳能电池制作 四、太阳能电池组件 五、相关产品的特点 六、光伏工艺设计原理 七、相关计算,目 录,五、相关产品的特点,太阳能电池分类,五、相关产品的特点,晶体硅电池圆形或方形的硅片,各种晶体硅太阳电池效率：1217.5,薄膜太阳电池在玻璃或其它材料的衬底上沉积（非晶硅,CIS,CdTe）,五、相关产品的特点,各种薄膜太阳电池 CIS:9%amourphous silicon:58 CdTe:7 to 8%,五、相关产品的特点,晶体硅太阳电池制作的玻璃幕墙（光线欠柔和，影像也不太美观）,

17、非晶硅太阳电池制作的玻璃幕墙（光线柔和，投影也很和谐）,一、太阳能辐射 二、太阳能电池结构 三、太阳能电池制作 四、太阳能电池组件 五、相关产品的特点 六、光伏工艺设计原理 七、相关计算,目 录,六、光伏工艺设计原理,光伏系统分类,六、光伏工艺设计原理,组件前后间距确定（避让阴影）,六、光伏工艺设计原理,最佳安装倾角确定RETScreen软件,如何使用RETScreen 软件,一、太阳能辐射 二、太阳能电池结构 三、太阳能电池制作 四、太阳能电池组件 五、相关产品的特点 六、光伏工艺设计原理 七、相关计算,目 录,七、相关计算,组件转换效率计算公式,式中：Vm为组件的额定电压、Im为短路电流,S为组件总面积，Ee为辐照度。,目前晶体硅太阳电池组件转换效率在13%1.5%的居多,Thanks for your attention!谢 谢！,