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 。
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1、电池片区别
电池片区别太阳能电池,最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,用之不竭 。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 。
单晶硅太阳能电池的光电转换效率为17%左右,但制作成本很大 。使用寿命一般可达15年,最高可达25年 。
多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多,其光电转换效率目前普遍被使用的都低于17%,成本比单晶硅太阳能电池要便宜一些,此外,多晶硅太阳能电池的使用寿命要比单晶硅太阳能电池短 。
非晶硅太阳能电池,最近有长足的发展,光电转换效率不断提高,叠层电池结构提高了光电池稳定性和转换效率,高透光薄膜的使用,大大提高了转换效率 。
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2、单晶硅片
当前开发程度最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 。
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单晶硅片
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,最后用框架和封装材料进行封装 。
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单晶硅电池
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 。
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 。
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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100~300欧姆·厘米的多晶块料或单晶硅头尾料,经破碎,用1:5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 。
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多晶硅电池
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 。
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