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太陽(yáng)能電池與組件結(jié)構(gòu)原理

作者:佚名    文章來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)整理    點(diǎn)擊數(shù):    更新時(shí)間:2025/6/5

硅太陽(yáng)能電池


硅太陽(yáng)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(lái)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。

單晶硅與多晶硅片 

圖1--單晶硅與多晶硅片(照片來(lái)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(yáng)能電池。圖2是硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖,該圖顯示的僅是硅太陽(yáng)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(duì)太陽(yáng)光產(chǎn)生反射,把上表面制成無(wú)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(xiàn)與 N型半導(dǎo)體連接,在電池下表面有電極線(xiàn)與P型半導(dǎo)體連接。為了清晰顯示層次,圖中對(duì)N型半導(dǎo)體、絨面、減反射膜的厚度進(jìn)行了放大,實(shí)際是很薄的。


硅太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)示意圖 

圖2--硅太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)示意圖

制作太陽(yáng)能電池的硅晶體為摻雜3價(jià)硼的P型半導(dǎo)體,主要制作流程是:


1. 拋光清洗  

對(duì)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(yáng)的一面稱(chēng)為上表面,把背向太陽(yáng)的一面稱(chēng)為下表面。


2. 制作絨面 

光滑的硅 晶體薄片表面會(huì)反射掉部分太陽(yáng)光,見(jiàn)圖3左圖,為了防止對(duì)太陽(yáng)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(wú)數(shù)的金字塔排列在一起,使太 陽(yáng)光盡量射入硅晶體,見(jiàn)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(yáng)光。



金字塔絨面減少太陽(yáng)光的反射 

圖3--金字塔絨面減少太陽(yáng)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(jià)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(jiàn)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(shí)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(guò)二次或三次反射出去的太陽(yáng)光,為進(jìn)一步減少對(duì)光線(xiàn)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(jiàn)圖4。



硅太陽(yáng)電池的上表面結(jié)構(gòu)示意圖  

圖4--硅太陽(yáng)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(duì)射入光線(xiàn)的遮擋,使用多根細(xì)線(xiàn)(柵線(xiàn))把電流匯集到較粗的引出線(xiàn)(主線(xiàn)),上電極線(xiàn)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(xiàn),然后再在整片上印一層鋁漿做反射層,把穿透過(guò)來(lái)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(guò)燒結(jié)過(guò)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(yáng)能電池制作主要流程動(dòng)畫(huà)。



硅太陽(yáng)能電池制作主要流程動(dòng)畫(huà)


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

硅太陽(yáng)電池片 

圖5--硅太陽(yáng)電池片(照片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))


太陽(yáng)能電池的每一個(gè)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(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié),太陽(yáng)能電池最后一個(gè)環(huán)節(jié)是電氣性能性能檢測(cè),也就是通過(guò)測(cè)量得到 太陽(yáng)能電池的伏安特性曲線(xiàn)。要測(cè)量主要參數(shù)是開(kāi)路電壓、短路電流、最大功率點(diǎn)、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(cè)參數(shù)對(duì)電池進(jìn) 行分級(jí)分類(lèi)。


太陽(yáng)能電池組件




單個(gè)硅太陽(yáng)能電池片的輸出電壓約0.4伏,必須把若干太陽(yáng)能電池片經(jīng)過(guò)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(gè)太陽(yáng)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(yáng)電池組件,太陽(yáng)電池組件是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的基本組成單元。


圖6是一塊太陽(yáng)能電池組件,也就是常說(shuō)的太陽(yáng)能電池板。


太陽(yáng)電池組件 


圖6--太陽(yáng)電池組件(照片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

太陽(yáng)電池組件的主要生產(chǎn)過(guò)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(lèi);電池測(cè)試即通過(guò)測(cè)試電池片的輸出參數(shù)(電流和電壓)的大小對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)。


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(xiàn)上,伸出的匯流帶將與后面的電池片的背面電極相連。


通過(guò)背面焊接將N張片電池串接在一起形成一個(gè)電池串,稱(chēng)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(gè)電池的下電 極(正極)上,見(jiàn)圖7上圖,圖7下圖是以焊好的3個(gè)電池片。圖7中各零件相互間的尺寸比例與實(shí)際有較大差別,僅為示意圖。

電池片的焊接 
圖7--電池片的焊接


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


3. 疊層


太陽(yáng)能電池組件的種類(lèi)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(yáng)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(xiàn)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(jiàn)圖8.

太陽(yáng)能電池組件疊層結(jié)構(gòu) 
圖8--太陽(yáng)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(shí)保證電池串與玻璃等材料的相對(duì)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(guò)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(yáng)能電池組件生產(chǎn)的關(guān)鍵一步,層壓溫度和層壓時(shí)間根據(jù)EVA的性質(zhì)決定。


層壓時(shí)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(lèi)似與給玻璃裝一個(gè)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(zhǎng)電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹(shù)脂填充,各邊框間用角鍵連接。 


在組件背面引線(xiàn)處粘接一個(gè)接線(xiàn)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(yáng)能電池組件正面與反面,圖10是封裝好的多晶硅太陽(yáng)能電池組件正面與反面,在反面可看到電池接線(xiàn)盒。

Tags:燃料電池,反應(yīng)式  
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