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单晶硅 多晶硅 非晶硅的区别

作者:admin 发布日期:2018/4/3 关注次数: 二维码分享

单晶硅 多晶硅 非晶硅的区别

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单晶硅多晶硅非晶硅,是一种用来制作太阳能电池板的原材料。

 

 1.电池片区别

电池片区别太阳能电池,较早问世的是单晶硅太阳能电池。硅是地球上极丰富的一种元素,几乎遍地都有硅的存在,可说是取之不尽,用硅来制造太阳能电池,原料可谓不缺,但是提炼它却不容易,所以人们在生产单晶硅太阳能电池的同时,又研究了多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池,至今商业规模生产的太阳能电池,还没有跳出硅的系列。

其实可供制造太阳能电池的半导体材料很多,随着材料工业的发展、太阳能电池的品种将越来越多。目前已进行研究和试制的太阳能电池,除硅系列外,还有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等许多类型的太阳能电池,举不胜举,以下介绍几种较常见的太阳能电池。

 

2 单晶硅片

当前开发程度较高的一种太阳能电池,它的构成和生产工艺已定型,产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料,纯度要求99.999%。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。硅片经过成形、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。这样就在硅片上形成P/FONT>N结。

然后采用丝网印刷法,将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,至此,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,较后用框架和封装材料进行封装。

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18%左右,实验室成果也有23%以上的。用于宇宙空间站的还有高达50%以上的太阳能电池板。

 

单晶代表单个晶体,多晶则代表多个晶体

3 多晶硅片

单晶硅太阳能电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料,而制造这些材料工艺复杂,电耗很大,在太阳能电池生产总成本中己超二分之一,加之拉制的单晶硅棒呈圆柱状,切片制作太阳能电池也是圆片,组成太阳能组件平面利用率低。因此,80年代以来,欧美一些国家投入了多晶硅太阳能电池的研制。

目前太阳能电池使用的多晶硅材料,多半是含有大量单晶颗粒的集合体,或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。

其工艺过程是选择电阻率为100300欧姆·厘米的多晶块料或单晶硅头尾料,经破碎,用15的氢氟酸和硝酸混合液进行适当的腐蚀,然后用去离子水冲洗呈中性,并烘干。用石英坩埚装载晶硅料,加入适量硼硅,放入浇铸炉,在真空状态中加热熔化。熔化后应保温约20分钟,然后注入石墨铸模中,待慢慢凝固冷却后,即得多晶硅锭。

这种硅锭可铸成立方体,以便切片加工成方形太阳能电池片,可提高材质利用率和方便组装。

多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多,其光电转换效率约15%左右,稍低于单晶硅太阳能电池,但是材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展。随着技术得提高,目前多晶硅的转换效率也可以达到17%左右。

4 非晶硅片

非晶硅太阳能电池是1976年出现的新型薄膜式太阳能电池,它与单晶硅和多晶硅太阳能电池的制作方法完全不同,硅材料消耗很少,电耗更低,非常吸引人。

制造非晶硅太阳能电池的方法有多种,较常见的是辉光放电法,还有反应溅射法、化学气相沉积法、电子束蒸发法和热分解硅烷法等。

辉光放电法是将一石英容器抽成真空,充入氢气或氩气稀释的硅烷,用射频电源加热,使硅烷电离,形成等离子体。非晶硅膜就沉积在被加热的衬底上。若硅烷中掺人适量的氢化磷或氢化硼,即可得到N型或P型的非晶硅膜。衬底材料一般用玻璃或不锈钢板。

这种制备非晶硅薄膜的工艺,主要取决于严格控制气压、流速和射频功率,对衬底的温度也很重要。

非晶硅太阳能电池的结构有各种不同,其中有一种较好的结构叫PiN电池,它是在衬底上先沉积一层掺磷的N型非晶硅,再沉积一层未掺杂的i层,然后再沉积一层掺硼的P型非晶硅,较后用电子束蒸发一层减反射膜,并蒸镀银电极。此种制作工艺,可以采用一连串沉积室,在生产中构成连续程序,以实现大批量生产。

同时,非晶硅太阳能电池很薄,可以制成叠层式,或采用集成电路的方法制造,在一个平面上,用适当的掩模工艺,一次制作多个串联电池,以获得较高的电压。因为普通晶体硅太阳能电池单个只有0.5伏左右的电压,现在日本生产的非晶硅串联太阳能电池可达2.4伏。

目前非晶硅太阳能电池存在的问题是光电转换效率偏低,国际先进水平为10%左右,且不够稳定,常有转换效率衰降的现象,所以尚未大量用于作大型太阳能电源,而多半用于弱光电源,如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机等方面。

估计效率衰降问题克服后,非晶硅太阳能电池将促进太阳能利用的大发展,因为它成本低,重量轻,应用更为方便,它可以与房屋的屋面结合构成住户的独立电源。

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