光伏行业基础知识(硅片、电池、组件)Word

　　主要内容 光伏产品的应用 光伏产业链的介绍 产业链各环节介绍

　　光伏产品的应用

　　什么是光伏？

　　1839年，法国Becqueral第一次发现，在光照条件下， 某些系统的两端具有电压，用导线将两端连接起来后， 有电流输出，这就是光生伏特效应(photovoltaics, 简称PV)。1954年,贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单 晶硅太阳电池，现代硅太阳电池时代从此开始。

　　光伏发电的应用

　　神州五号飞船上的太阳能帆板

　　空间站上的太阳能帆板

　　光伏发电的应用

　　太阳能汽车

　　太阳能飞行器

　　光伏发电的应用

　　光伏发电站

　　光伏发电的应用

　　通过光伏供电的通讯基站

　　太阳能电池充电器

　　光伏发电的应用

　　太阳能路灯

　　全球光伏市场结构

　　2006年全球光伏市场结构

　　2007年全球光伏市场结构

　　从2006、2007 年全球光伏市场结构来看，欧洲市场占全球份额高居70%以上， 日本市场逐渐下降，美国市场稳步攀升，这与各地区的光伏产业政策的扶持力 度直接相关。

　　光伏产业链的介绍

　　光伏产业链

　　中国的光伏行业产业链

　　中国的光伏行业产业链

　　产业链各环节介绍(一)硅片

　　硅片 硅材料

　　硅片 多晶硅硅锭

　　硅片

　　单晶硅硅棒

　　硅片

　　目前晶体硅太阳电池硅片分为单晶硅硅 片和多晶硅硅片。 单晶硅主要是125125mm。 多晶硅主要是125125mm和 156156mm两种规格。

　　硅片 单晶硅硅片

　　硅片 多晶硅硅片

　　硅片

　　外观区别 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。 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。

　　硅片 生产方法单晶硅硅棒

　　CZ法 FZ法

　　多晶硅硅锭

　　浇铸 热交换法及(HEM) 布里曼法 (Bridgeman) 电磁铸锭法

　　硅片

　　切克劳斯基法(CZ法)

　　CZ 法是利用旋转着的籽晶从坩埚中的熔体中提拉制备出 单晶的方法，又称直拉法。目前国内太阳电池单晶硅硅片 生产厂家大多采用这种技术。 多晶硅硅料置于坩埚中经加热熔化，待温度合适后，经过 将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等步 骤，完成一根单晶硅锭的拉制。炉内的传热、传质、流体 力学、化学反应等过程都直接影响到单晶的生长及生长成 的单晶的质量，拉晶过程中可直接控制的参数有温度场、 籽晶的晶向、坩埚和生长成的单晶的旋转及提升速率，炉 内保护气体的种类、流向、流速、压力等。

　　硅片 直拉单晶炉及其基本原理示意图

　　硅片 区熔法(FZ)法

　　区域熔化是对锭条的一部份进行熔化，熔化的部分称 为熔区，当

　　熔区从头到尾移动一次后，杂质随熔区移 到尾部。利用这种方法可以进行多次提纯，一次一次 移动熔区以达到最好的提纯效果，但由于液固相转变 温度高，能耗大，多次区熔提纯成本高。区熔法有水 平区熔和悬浮区熔，前者主要用于锗提纯及生长锗单 晶，硅单晶的生长则主要采用悬浮区熔法，生长过程 中不使用坩埚，熔区悬浮于多晶硅棒和下方生长出的 单晶之间。由于悬浮区熔时，熔区呈悬浮状态，不与 任何物质接触，因而不会被沾污。此外，由于硅中杂 质的分凝效应和蒸发效应，可获得高纯单晶硅。目前 航天领域用的太阳电池所用硅片主要用这种方式生长。

　　硅片 区熔法生产单晶示意图

　　硅片

　　浇铸

　　浇铸法将熔炼及凝固分开，熔炼在一个石英砂 炉衬的感应炉中进行，熔融的硅液浇入一个石 墨模型中，石墨模型置于一个升降台上，周围 用电阻加热，然后以1mm/min的速度下降。其 特点是熔化和结晶在两个不同的坩埚中进行， 这种生产方法可以实现半连续化生产，其熔化、 结晶、冷却分别位于不同的地方，可以有效提 高生产效率，降低能源消耗。缺点是因为熔融 和结晶使用不同的坩埚，会导致二次污染，此 外因为有坩埚翻转机构及引锭机构，使得其结 构相对较复杂。

　　硅片 铸造法硅锭炉示意图

　　硅片 热交换法及布里曼法

　　热交换法及布里曼法都是把熔化及凝固置于同 一坩埚中( 避免了二次污染),其中热交换法 是将硅料在坩埚中熔化后，在坩埚底部通冷却 水或冷气体，在底部进行热量交换，形成温度 梯度，促使晶体定向生长。下图为一个使用热 交换法的结晶。炉示意图该炉型采用顶底加热， 在熔化过程中，底部用一个可移动的热开关绝 热，结晶时则将它移开以便将坩埚底部的热量 通过冷却台带走，从而形成温度梯度。

　　硅片 热交换法及布里曼法

　　热交换法结晶炉炉内结构示意图

　　硅片

　　热交换法及布里曼法

　　布里曼法则是在硅料熔化后，将坩埚或加热元 件移动使结晶好的晶体离开加热区，而液硅仍 然处于加热区，这样在结晶过程中液固界面形 成比较稳定的温度梯度，有利于晶体的生长。 其特点是液相温度梯度dT/dX 接近常数，生长 速度受工作台下移速度及冷却水流量控制趋近 于常数，生长速度可以调节。实际生产所用结 晶炉大都是采用热交换与布里曼相结合的技术。

　　硅片 热交换法与布里曼法结合示意图 ( 坩埚移动)

　　下图为一个热交换法与布里曼法相结合的结晶炉示意 图。图中，工作台通冷却水，上置一个热开关，坩埚 则位于热开关上。硅料熔融时，热开关关闭，结晶时 打开

　　,将坩埚底部的热量通过工作台内的冷却水带走， 形成温度梯度。同时坩埚工作台缓慢下降，使凝固好 的硅锭离开加热区，维持固液界面有一个比较稳定的 温度梯度，在这个过程中，要求工作台下降非常平稳， 以保证获得平面前沿定向凝固。

　　硅片 热交换法与布里曼法结合示意图 ( 坩埚移动)

　　硅片 热交换法与布里曼法结合示意图 ( 热源及保温框移动) 下图为另一类型的热交换法与布里曼法 结合的炉子，这种类型的结晶炉加热时 保温框和底部的隔热板紧密结合，保证 热量不外泄。开始结晶时，坩埚不动， 将石墨加热元件及保温框往上慢慢移动。 坩埚底部的热量通过保温框和隔热板间 的空隙散发出去，形成温度梯度。

　　硅片

　　HEM + Bridgeman 法示意图( 热源 及保温框移动)

　　硅片

　　电磁铸锭法

　　这种方法的特点是不使用坩埚，硅料通 过加料装置进入加热区，通过感应加热 使硅料熔融，当硅液向下移离开加热区 后，结晶生长，如此通过不断加料，不 断将结晶好的硅锭往下移，就可以实现 连续生长，锭子高度可达1~2m 。但用 这种方法生产的硅锭晶粒尺寸小，横截 面小，因此容量也不大。

　　硅片

　　单晶和多晶硅锭的生长方法比较

　　总体来说，单晶和多晶硅锭的生长方法 各有所长，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。 单晶的FZ及CZ方法与多晶定向凝固生长 方法的比较如下表所示。

　　硅片 单晶和多晶硅锭的生长方法比较

　　硅片 多晶硅硅片加工工艺流程

　　硅片

　　硅片生产相关设备

　　硅片

　　破锭

　　硅片

　　硅片切割

　　硅片

　　硅片性能参数

　　1、型号( P型和N型， P型多晶硅是掺B,N型多晶硅 是掺P) 2、电阻率 3、少数载流子寿命 4、硅片边长 5、对角线长度 6、倒角 7、厚度 8、总厚度变化

　　硅片

　　硅片中杂质的行为

　　周期表中III或V族元素, 如硼(B)、磷(P)等 电离能低，对电导率影响显著,作掺杂剂 P型掺硼(受主),N型掺磷(施主) I副族和过渡金属元素,如Fe、Zn、Mn、Cr等 电离能高，起复合中心的作用 破坏 PN 结特性，少子寿命降低，转换效率下降 碳、氧、氮等形成化合物, 结晶缺陷, 性能不均匀， 硅片变脆

　　硅片

　　杂质元素浓度对电池转换效率的影响

　　产业链各环节介绍(二)电池

　　电池

　　晶体硅太阳电池

　　单晶硅太阳电池

　　多晶硅太阳电池

　　多晶硅太阳电池与单晶硅太阳电池的最大差别在于硅片，多晶 硅片是许多硅晶粒的集合体

　　电池

　　晶体硅太阳电池结构正面电极 减反射膜 n 型硅 p 型

　　硅 背面电极正面和背面的金属电极用来收集光激发的自由电子和空穴，对外输出电流； 减反射薄膜的作用是减小入射太阳光的反射率；pn结的作用是将光激发的 自由电子输送给n型硅，将自由空穴输送给p型硅。

　　pn 结

　　电池

　　pn结掺磷原子(P) P杂质原子最外层的电子数比硅原子多一个。 P杂质 原子多余的电子很容易挣脱原子核的束缚，成为自由 移动的电子。掺P杂质的Si半导体主要依靠电子导电， 称为n型Si,P杂质称为施主杂质。

　　单晶硅的晶体结构。单晶硅体 内的每个硅原子(Si)最近邻 有四个Si原子。未掺杂的硅称 为本征硅。

　　掺硼原子(B) B杂质原子最外层的电子数比硅原子少一个，相当于 B杂质原子最外层多了一个空穴。在常温条件下，B 杂质原子多余的空穴很容易挣脱原子核的束缚。掺B 杂质的Si半导体主要依靠空穴导电，称为p型Si,B杂 质称为受主杂质。

　　电池

　　pn结内建电场

　　+

　　+

　　+

　　+ pn结

　　Si原子 P杂质 B杂质 电子 空穴

　　-

　　-

　　-

　　-

　　n型硅中有数量较多的电子，p型硅中有数量较多的空穴。当n型硅和p型硅结合在一起后，n型硅中有部分电 子往p型硅中扩散，p型硅中有部分空穴往n型硅中扩散，使得n型硅在交界处附近留下带正电的离子实，p型 硅在交界处附近留下带负电的离子实。这两种离子实在交界处附近的区域内产生电场，称为内建电场，电 场方向由n型硅指向p型硅。n型硅和p型硅交界处附近的区域称为pn结。

　　电池

　　光生伏特效应n型半导体 pn结 空穴 p型半导体

　　电子

　　电池 光生伏特效应阳光

　　在太阳光的照射下，硅片中激发出自由电子和自由空穴。自由电子和空穴扩散到p-n结附近，受到 内建电场的作用，电子往n型硅中漂移，空穴往p型硅中漂移。阳光

　　-

　　-

　　-

　　-

　　-

　　- -

　　+

　　+

　　+

　　+

　　+

　　+ +

　　电子带负电，空穴带正电。漂移到n型硅中电子使n型硅带多余的负电荷，对外表现出负电性；漂移 到p型硅中的空穴使p型硅带多余的正电荷，对外表现出正电性。n型硅和p型硅之间对外具有一定的 电势差，称为光生电压或者光生电动势。

　　电池

　　太阳电池工作原理

　　当太阳光照射到太阳电池表面时，由于光生伏特效应，太阳电池的正面电极和背面电极之间 产生光生电压，用金属导线接上电灯、电器等负载，可为这些负载提供电流。

　　电池

　　晶体硅太阳电池生产的工艺流程化学表面处理 磷扩散

　　丝网印刷

　　PECVD

　　周边及背结刻蚀

　　烧结

　　分档测试

　　电池

　　晶体化学表面处理(清洗制绒)硅片 清洗 机械损伤层 约10微米

　　在硅片的切割生产过程中会形成厚度达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。

　　电池

　　晶体化学表面处理(清洗制绒)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杂质；

　　形成起伏不平的绒面，减小太阳光的反射。

　　电池 晶体化学表面处理(清洗制绒)

　　单晶硅片的清洗采用碱液腐蚀的技术，碱液与硅反应生成可溶于水的化合物，同时在表面形成“金字塔” 状的绒面结构。多晶硅片的清洗则采用酸液腐蚀技术，酸液与硅反应生成可溶于水的化合物，同时形成 的绒面结构是不规则的半球形或者蚯蚓状的“凹陷”。

　　电池

　　晶体化学表面处理(清洗制绒)

　　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%左右。

　　电池

　　清洗设备

　　电池

　　磷扩散

　　p型硅片

　　石英炉 磷化合物分子 n型硅 p型硅 磷原子

　　电池

　　磷扩散把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pn结。

　　电池

　　磷扩散磷扩散的目的：

　　制备太阳电池的核心--pn结； 吸除硅片内部的部分金属杂质。

　　电池

　　磷扩散磷扩散的方法

　　三氯氧磷(POCl3)液态源扩散 喷涂磷酸水溶液后链式扩散 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，非常适合制作大面积的太阳电池。

　　电池

　　磷扩散

　　管式扩散炉

　　电池

　　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。

　　电池

　　背面及周边刻蚀

　　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。磷硅玻璃是扩散过程中的反应 产物，是一层含磷原子的二氧化硅。 背面以及周边刻蚀的方法： 酸液腐蚀(湿法刻蚀) 等离子体刻蚀(干法刻蚀)

　　电池

　　背面及周边刻蚀

　　湿法刻蚀设备

　　电池

　　PECVD镀氮化硅(SiN)薄膜n型硅 p型硅 PECVD SiN薄膜

　　电池

　　PECVD镀氮化硅(SiN)薄膜PECVD镀SiN薄膜的目的：

　　SiN薄膜作为减反射膜可减小入射光的反射； 在SiN薄膜的沉积过程中，反应产物氢原子进入到SiN 薄膜内以及硅片内，起到了钝化缺陷的作用。

　　电池

　　PECVD镀氮化硅(SiN)薄膜

　　太阳电池表面的深蓝色SiN薄膜

　　电池

　　PECVD镀氮化硅(SiN)薄膜SiN薄膜的物理性质和化学性质：

　　结构致密，硬度大 能抵御碱金属离子的侵蚀 介电强度高 耐湿性好 耐一般的酸碱，除HF和热H3PO4

　　电池

　　PECVD镀氮化硅(SiN)薄膜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

　　电池

　　PECVD镀氮化硅(SiN)薄膜一次反射 二次反射 SiN薄膜 n型硅 p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%左右。

　　电池

　　PECVD镀氮化硅(SiN)薄膜

　　PECVD: 即“等离子增强型化学气相沉积”,是一种化学气相 沉积的镀膜技术； PECVD借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体 电离，在局部形成等离子体，而等离子化学活性很强 ，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。 等离子体中含有大量高能量的电子，它们可以提供化 学气相沉积过程所需的激活能，大大降低薄膜沉积所 需的温度。

　　电池

　　PECVD镀氮化硅(SiN)薄膜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(450℃)。

　　电池

　　PECVD镀氮化硅(SiN)薄膜

　　PECVD镀膜设备

　　电池

　　丝网印刷与烧结n型硅 SiN薄膜 p型硅 印刷 银浆料

　　银铝浆料 烧结 银电极

　　银铝电极

　　电池

　　丝网印刷与烧结

　　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。

　　电池

　　丝网印刷与烧结

　　正面电极

　　背面电极

　　电池

　　丝网印刷与烧结

　　印刷浆料的过程

　　电池

　　丝网印刷与烧结

　　丝网印刷设备，每台印刷机后都有一台烘干炉

　　电池

　　丝网印刷与烧结

　　烧结炉

　　电池

　　晶体硅太阳电池的电流-电压特性

　　将太阳电池接上负载。在光照条件下，改变负载的电阻，太阳电池的输出电压V、输出电流 I 和 输出功率 P 将随之变化。记录下 V、I、P 的变化情况，并将数据绘成曲线，将得到上图的曲线， 称为太阳电池的电流-电压特性。

　　电池

　　太阳电池的性能参数

　　短路电流 Isc :负载的电阻为零时，太阳电池的输出电 流； 开路电压 Voc :负载的电阻无穷大时，太阳电池的输出 电压； 最大功率点 Pm :太阳电池的最大输出功率； 最大功率点电流 Im :输出功率最大时，太阳电池的输 出电流； 最大功率点电压 Vm :输出功率最大时，太阳电池的输 出电压；

　　电池

　　太阳电池的性能参数

　　转换效率η :太阳电池的最大输出功率 Pm 与入射光 功率的比值，是衡量太阳电池性能的最重要参数； 填充因子 FF :太阳电池的最大输出功率 Pm 与短路电 流 Isc 、开路电压 Voc 乘积的比值； 串联电阻 Rs :主要是太阳电池的体电阻、表面电阻、 电极导体电阻、电极与硅表面的接触电阻组成。 并联电阻 Rsh :为旁漏电阻，它是由硅片的边缘不清洁 或硅片表面缺陷引起。

　　电池 晶体硅太阳电池与其他太阳电池的比较具体分类 转换效率% 商业化 单晶硅 15-18 实验室 24.70. 5 20.30. 5 16.60. 4 9.50.3 技术工艺最为成熟，市场主 导产品，转换效率高，性能 稳定 多晶硅成本比单晶硅低 原料成本高，目前受 上游晶体硅供应瓶颈 所困 转化率相对较低；原 料成本仍相对较高 转化率相对较低 优点 缺点 产业化 阶段 大规模 商业化 生产 大规模 商业化 生产 中小规 模商业 化生产 中小规 模商业 化生产

　　多晶硅

　　13-16

　　多晶硅薄 膜 非晶硅薄 膜

　　10-12

　　可在多种廉价衬底材料上制 备，成本低于晶体硅电池 对太阳光的吸收系数高，因 此材料需求量少，可沉积在 各种廉价衬底材料上，生产 成本低，单片电池面积大， 适宜于大规模生产

　　5-7

　　禁带宽度较大，对太 阳光辐射的长波区域 不敏感，致使转换效 率难以提高；有光致 衰退现象

　　电池 晶体硅太阳电池与其他太阳电池的比较铜铟硒类 - 18.80.5 直接带隙材料，带隙宽度小， 铟硒都是稀有金属，大 具有大范围太阳光谱响应特性， 规模生产的原料来源有 性能稳定 问题 光谱响应特性好，弱光和高温 条件下性能相对较好

　　,耐辐射 镉及其化合物有毒，污 染环境 实验室 -中试 阶段 中小规 模商业 化生产

　　碲化镉

　　8-10

　　16.50.5

　　砷化镓

　　-

　　25.10.8

　　光吸收率极高，转换效率高， 性能稳定

　　生产成本高，现用于太 空领域，未来有希望应 用于聚热式太阳能发电 系统使用液体电解质，使用 不便，且对环境有潜在 影响

　　太空和 聚光太 阳能发 电实验室 阶段

　　燃料敏化 TiO2纳米薄 膜

　　-

　　10.40.3

　　理论转换效率高，透明性好， 工艺简单，生产成本低

　　产业链各环节介绍(三)组件

　　组件

　　组件线

　　组件线又叫封装线，封装是太阳能电池 生产中的关键步骤，没有良好的封装工 艺，多好的电池也生产不出好的组件板 。电池的封装不仅可以使电池的寿命得 到保证，而且还增强了电池的抗击强度 。产品的高质量和高寿命是赢得可客户 满意的关键，所以组件板的封装质量非 常重要。

　　组件

　　组件线

　　组件作为晶体硅太阳能行业的最终产品 ，应用于光伏系统发电，即直接面向客 户。其质量最为关键。目前，优良的组 件产品拥有25年的质量保证，即十年内 功率衰减少于等于10%,二十五年内功 率减少小于等于20%。

　　组件

　　产品实图

　　组件

　　组件结构TPT玻璃 太阳电池 EVA

　　电极接线柱

　　互连条

　　组件

　　组件结构

　　组件

　　材料—晶体硅太阳电池

　　晶体硅太阳电池是组件最重要的部分， 直接影响组件的电性能。

　　组件

　　材料—EVA晶体硅太阳电池囊封材料是EVA,它乙烯与醋 酸乙烯脂的共聚物，化学式结构如下 (CH2—CH2)—(CH—CH2) | O | O — O — CH2

　　组件

　　材料—EVA

　　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，长期的实践证明：它在 太阳电池封装与户外使用均获得相当满意的效果。 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。

　　组件

　　材料—TPT

　　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—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。

　　组件

　　材料—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(3201100nm)透光率达91%以上，对于大于 1200 nm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。

　　组件

　　材料—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 成对组件边缘的密封。

　　组件

　　材料—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。

　　组件

　　工艺

　　1、电池检测——2、正面焊接—检验— 3、背面串接—检验—4、敷设(玻璃清 洗、材料切割、玻璃预处理、敷设)— —5、层压——6、去毛边(去边、清洗 )——7、装边框(涂胶、装角键、冲孔 、装框、擦洗余胶)——8、焊接接线盒 ——9、组件测试—外观检验—10、包 装入库；

　　组件

　　工艺—电池测试

　　由于电池片制作条件的随机性，生产出 来的电池性能不尽相同，所以为了有效 的将性能一致或相近的电池组合在一起 ，所以应根据其性能参数进行分类；电 池测试即通过测试电池的输出参数(电 流和电压)的大小对其进行分类。以提 高电池的利用率，做出质量合格的电池 组件。

　　组件

　　工艺—正面焊接

　　是将焊带焊接到电池正面(负极)的主 栅线上。焊带为镀锡的铜带，长度约为 电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接 时与后面的电池片的背面电极相连。

　　组件

　　工艺—背面串接

　　背面焊接是将12片电池串接在一起形成一个组 件串，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有 12个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大 小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的 电池片使用不同的模板，操作者使用电烙铁和 焊锡丝将“前面电池”的正面电极(负极)焊 接到“后面电池”的背面电极(正极)上，这 样依次将12片串接在一起并在组件串的正负极 焊接出引线。

　　组件

　　工艺—敷设

　　背面串接好且经过检验合格后，将组件 串、玻璃和切割好的EVA 、背板按照一 定的层次敷设好，准备层压。敷设时保 证电池串与玻璃等材料的相对位置，调 整好电池间的距离，为层压打好基础。

　　组件

　　工艺—敷设

　　组件

　　工艺—层压

　　将敷设好的电池放入层压机内，通过抽 真

　　空将组件内的空气抽出，然后加热使 EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起 ；最后冷却取出组件。层压工艺是组件 生产的关键一步，层压温度、层压时间 根据EVA的性质决定。

　　组件

　　工艺—层压

　　组件

　　工艺—修边

　　层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固 化形成毛边，所以层压完毕应将其切除

　　组件

　　工艺—装框

　　类似与给玻璃装一个镜框。给组件装铝 框，增加组件的强度， 进一步的密封电 池组件，延长电池的使用寿命。边框和 玻璃组件的缝隙用硅酮树脂(硅胶)填 充。各边框间用角键连接。

　　组件

　　工艺—焊接接线盒

　　在组件背面引线处焊接一个盒子，以利 于电池与其他设备或电池间的连接。

　　组件

　　工艺—组件测试

　　测试的目的是对电池的输出功率进行标 定，测试其输出特性，确定组件的质量 等级。出售组件是以组件的功率销售。

　　组件

　　组件高效和高寿命如何保证

　　1、高转换效率、高质量的电池片； 2、高质量的原材料，例如：高的交联度 的EVA、高粘结强度的封装剂(中性硅酮 树脂胶)、高透光率高强度的钢化玻璃 等； 3、合理的封装工艺； 4、员工严谨的工作作风；

　　组件

　　电池测试

　　组件

　　焊接

　　组件

　　焊接机

　　组件

　　敷设

　　组件

　　层压机

　　组件

　　装铝框

　　组件

　　流水线式装铝框线

　　组件

　　粘接线盒

　　组件

　　组件测试

　　组件

　　测试报告

　　组件

　　包装

　　产业链各环节介绍(四)系统

　　系统

　　光伏系统定义

　　光伏系统是利用太阳电池组件和其他辅 助设备将太阳能转换成电能的系统。

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　　光伏系统照片

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　　光伏系统部件及介绍

　　太阳能发电系统由太阳电池组件、太阳 能控制器、蓄电池(组)组成。如输出 电源为交流220V或110V,还需要配置 逆变器。

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　　太阳电池组件

　　太阳电池组件是太阳能发电系统中的核心部分 ，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其 作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往 蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳电 池组件的质量和成本将直接决定整个系统的质 量和成本。 太阳电池方阵(简称“方阵” ):在金属支架 上用导线连在一起的多个太阳电池组件的组合 体。

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　　太阳能控制器

　　太阳能控制器的作用是控制整个系统的 工作状态，并对蓄电池起到过充电保护 、过发电保护的作用。在温差较大的地 方，合格的控制器还应具备温度补偿的 功能。其他附加功能如光控开关、时控 开关都应当是控制器的可选项。

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　　蓄电池

　　一般为铅酸电池，小微型系统中，也可 用镍氢

　　电池、镍镉电池或锂电池。其作 用是在有光照时将太阳电池组件所发出 的电能储存起来，到需要的时候再释放 出来。

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　　逆变器

　　在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的 交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是 12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电 器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的 直流电能转换成交流电能，因此需要使用DCAC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的 负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC 的电能转换成5VDC的电能(注意，不是简单 的降压)。

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　　太阳能光伏系统的寿命

　　蓄电池的寿命约为2~3年；控制器的寿 命约为10年；太阳能电池的寿命约为20 年。

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　　系统类型与介绍

　　一般我们将光伏系统分为独立系统、并网系统 和混合系统。 如果根据太阳能光伏系统的应用形式，应用规 模和负载的类型，对光伏供电系统进行比较细 致的划分。还可以将光伏系统细分为如下六种 类型：小型太阳能供电系统(Small DC);简 单直流系统(Simple DC);大型太阳能供电 系统(Large DC);交流、直流供电系统( AC/DC);并网系统(Utility Grid Connect) ;混合供电系统(Hybrid);并网混合系统。

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　　小型太阳能供电系统(Small DC)

　　该系统的特点是系统中只有直流负载而 且负载功率比较小，整个系统结构简单 ，操作简便。其主要用途是一般的家庭 户用系统，各种民用的直流产品以及相 关的娱乐设备。如在我国西部地区就大 面积推广使用了这种类型的光伏系统， 负载为直流灯，用来解决无电地区的家 庭照明问题。

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　　简单直流系统(Small DC) 该系统的特点是系统中的负载为直流负 载而且对负载的使用时间没有特别的要 求，负载主要是在白天使用，所以系统 中没有使用蓄电池，也不需要使用控制 器，系统结构简单，直接使用光伏组件 给负载供电，省去了能量在蓄电池中的 储存和释放过程，以及控制器中的能量 损失，提高了能量利用效率。其常用于 PV水泵系统、一些白天临时设备用电和 一些旅游设施中。

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　　大型太阳能供电系统(Small DC)

　　与上述两种光伏系统相比，这种光伏系统仍然是适用 于直流电源系统，但是这种太阳能光伏系统通常负载 功率较大，为了保证可以可靠地给负载提供稳定的电 力供应，其相应的系统规模也较大，需要配备较大的 光伏组件阵列以及较大的蓄电池组，其常见的应用形 式有通信、遥测、监测设备电源，农村的集中供电， 航标灯塔、路灯等。我国在西部一些无电地区建设的 部分乡村光伏电站就是采用的这种形式，中国移动公 司和

　　中国联通公司在偏僻无电网地区建设的通讯基站 也有采用这种光伏系统供电的。如山西万家寨的通讯 基站工程。

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　　直流、交流供电系统(AC/DC)

　　与上述的三种太阳能光伏系统不同的是，这种 光伏系统能够同时为直流和交流负载提供电力 ，在系统结构上比上述三种系统多了逆变器， 用于将直流电转换为交流电以满足交流负载的 需求。通常这种系统的负载耗电量也比较大， 从而系统的规模也较大。在一些同时具有交流 和直流负载的通讯基站和其它一些含有交、直 流负载的光伏电站中得到应用。

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　　并网系统(Utility Grid Connect)

　　这种太阳能光伏系统最大的特点就是光伏阵列产生的直流电经过并网逆 变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入市电网络，并网系 统中PV方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网 。在阴雨天或夜晚，光伏阵列没有产生电能或者产生的电能不能满足负 载需求时就由电网供电。因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池， 省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用PV方阵所发的电力从 而减小了能量的损耗，并降低了系统的成本。但是系统中需要专用的并 网逆变器，以保证输出的电力满足电网电力对电压，频率等指标的要求 。因为逆变器效率的问题，还是会有部分的能量损失。这种系统通常能 够并行使用市电和太阳能光伏组件阵列作为本地交流负载的电源。降低 了整个系统的负载缺电率。而且并网PV系统可以对公用电网起到调峰 作用。但是，并网光伏供电系统作为一种分散式发电系统，对传统的集 中供电系统的电网会产生一些不良的影响，如谐波污染，孤岛效应等。

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　　混合供电系统(Hybrid)

　　这种太阳能光伏系统中除了使用太阳能光伏组 件阵列之外，还使用了油机作为备用电源。使 用混合供电系统的目的就是为了综合利用各种 发电技术的优点，避免各自的缺点。比方说， 上述的几种独立光伏系统的优点是维护少，缺 点是能量的输出依赖于天气，不稳定。综合使 用柴油发电机和光伏阵列的混合供电系统和单 一能源的独立系统相比就可以提供不依赖于天 气的能源。

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　　并网混合供电系统(Hybrid)

　　随着太阳能光电子产业的发展，出现了可以综合利用太阳能光伏组件阵列，市 电和备用油机的并网混合供电系统。这种系统通常是控制器和逆变器集成一体 化，使用电脑芯片全面控制整个系统的运行，综合利用各种能源达到最佳的工 作状态，并还可以使用蓄电池进一步提高系统的负载供电保障率，例如AES的 SMD逆变器系统。该系统可以

　　为本地负载提供合格的电源，并可以作为一个在 线的UPS(不间断电源)工作。还可以向电网供电或者从电网获得电力。系统的 工作方式通常的是将市电和太阳能电源并行工作，对于本地负载而言，如果光 伏组件产生的电能足够负载使用，它将直接使用光伏组件产生的电能供给负载 的需求。如果光伏组件产生的电能超过即时负载的需求还能将多余的电能返回 到电网；如果光伏组件产生的电能不够用，则将自动启用市电，使用市电供给 本地负载的需求，而且，当本地负载的功率消耗小于SMD逆变器的额定市电容 量的60%时，市电就会自动给蓄电池充电，保证蓄电池长期处于浮充状态；如 果市电产生故障，即市电停电或者是市电的品质不合格，系统就会自动的断开 市电，转成独立工作模式，由蓄电池和逆变器提供负载所需的交流电能。一旦 市电恢复正常，即电压和频率都恢复到上述的正常状态以内，系统就会断开蓄 电池，改为并网模式工作，由市电供电。有的并网混合供电系统中还可以将系 统监控、控制和数据采集功能集成在控制芯片中。这种系统的核心器件是控制 器和逆变器。

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　　交流、直流供电系统结构

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　　交流、直流供电系统器件组件示意图

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　　光伏并网发电系统工作原理

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　　光伏电站组成结构图

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　　中国不同地区发展光伏发电的潜力

　　我国有十分丰富的太阳能资源，19712000年的近30年，太阳年总辐照量平均 在1 050~2 450 kW.h/m2之间；大于1 050 kW.h/m2的地区占国土面积的96% 以上。中国陆地表面每年接受的太阳能 辐射相当于1.7万亿t标准煤。

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　　中国不同地区发展光伏发电的潜力

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　　中国的太阳能资源划区

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　　光伏系统在国内的市场潜力

　　1、农村电气化 据统计，截止到2005年底，全国大约还有270 万无电 户，1100万无电人口，其中有200万户，大约800万人 将采用电网延伸、小水电和移民搬迁的办法解决他们 的用电问题，其余70万无电户需要在2006-2015年间 采用光伏和风光互补发电系统解决。如果按照脱贫标 准(每户装机200W,每年每户用电200kW. h),预计 总装机容量140MWp,投资大约100亿元；如果要达到 边远地区城市用电标准(每年每户用电1000kW.h), 则市场容量将是700MWp。

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　　光伏系统在国内的市场潜力

　　2、城市建筑并网光伏系统的应用 现在，全世界大约60%的太阳电池用于并网发电系统 ，主要是用于城市建筑并网光伏系统。中国的建筑并 网光伏系统尚处于示范阶段。预计2010年以前中国将 会实施屋顶计划，安装太阳电池50MWp;2020年以前 将会有更大规模的建筑并网光

　　伏系统项目，累计装机 容量将达到700MWp。预计到2010年建筑并网光伏系 统的市场份额将占到17.6%,到2020年将占到39%。 中国现有大约400亿m2的建筑面积，屋顶面积40亿m2 ,加上南立面，可利用面积大约为50亿m2,如果20% 用来安装太阳电池，可以装100GWp。

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　　光伏系统实例图片

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