硅太陽能電池

硅太陽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（照片來自網絡），左圖是6英寸的單晶硅片，右圖是5英寸的多晶硅片。

 

圖1--單晶硅與多晶硅片（照片來自網絡）

  在硅晶體薄片表面制作PN結，在上下表面做電極構成太陽能電池。圖2是硅太陽能電池的結構示意圖，該圖顯示的僅是硅太陽能電池的一小塊截體。電池主體 是PN結，為了防止硅晶體薄片對太陽光產生反射，把上表面制成無反射的絨面；為進一步減小反射，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與 N型半導體連接，在電池下表面有電極線與P型半導體連接。為了清晰顯示層次，圖中對N型半導體、絨面、減反射膜的厚度進行了放大，實際是很薄的。

 

圖2--硅太陽電池的結構示意圖

制作太陽能電池的硅晶體為摻雜3價硼的P型半導體，主要制作流程是：

1. 拋光清洗  

對硅片表面進行化學拋光并進行清洗。我們把朝向太陽的一面稱為上表面，把背向太陽的一面稱為下表面。

2. 制作絨面 

光滑的硅 晶體薄片表面會反射掉部分太陽光，見圖3左圖，為了防止對太陽光產生反射，要在薄片上表面用化學腐蝕生成凸凹面，凸凹面好像無數的金字塔排列在一起，使太 陽光盡量射入硅晶體，見圖3右圖。只是這些金字塔非常細微，高約10μm，可使硅晶體薄片上表面反射大大減少，較全面的吸收太陽光。

 

圖3--金字塔絨面減少太陽光的反射

3. 擴散制結 

在P型硅晶體薄片的絨面上表面擴散5價的磷，在絨面下生成0.3至0.5μm深的N型半導體，這樣，在硅晶體薄片的上表面是N型半導體，在硅晶體薄片的下表面是P型半導體，交界面附近就是PN結，見圖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生成的擴散層去除。同時還要去除在硅片表面因擴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，但仍有經過二次或三次反射出去的太陽光，為進一步減少對光線的反射，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），生成藍色透明薄膜，膜厚為75nm至80nm，見圖4。

 

圖4--硅太陽電池的上表面結構示意圖 

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射入光線的遮擋，使用多根細線（柵線）把電流匯集到較粗的引出線（主線），上電極線主要采用銀漿絲網印刷的方法制作。下電極用銀鋁漿絲網印刷寬的母線，然后再在整片上印一層鋁漿做反射層，把穿透過來的光子反射回去。

為了使銀、鋁漿電極與硅材料完全緊密接觸，還需通過燒結過程，燒結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，使上電極與硅半導體緊密接觸。

下面是硅太陽能電池制作主要流程動畫。

硅太陽能電池制作主要流程動畫

圖5是單片單晶硅太陽能電池與多晶硅太陽能電池圖片，電池片上橫的細線是柵線，豎的粗線是主線。

 

圖5--硅太陽電池片（照片來自網絡）

太陽能電池的每一個生產環節都要進行嚴格的質量檢查，不讓有缺陷的產品進入下個生產環節，太陽能電池最后一個環節是電氣性能性能檢測，也就是通過測量得到 太陽能電池的伏安特性曲線。要測量主要參數是開路電壓、短路電流、最大功率點、最佳工作電壓、最佳工作電流、轉換效率等。最后根據外觀與所測參數對電池進 行分級分類。

太陽能電池組件

單個硅太陽能電池片的輸出電壓約0.4伏，必須把若干太陽能電池片經過串聯后才能達到可供使用的電壓，并聯后才能輸出較大的電流。多個太陽能電池片串并聯進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，太陽電池組件是太陽能發電系統的基本組成單元。

圖6是一塊太陽能電池組件，也就是常說的太陽能電池板。

 

圖6--太陽電池組件（照片來自網絡）

太陽電池組件的主要生產過程如下。

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，應根據其性能參數進行分類；電池測試即通過測試電池片的輸出參數（電流和電壓）的大小對其進行分類。

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（負極）的主線上，伸出的匯流帶將與后面的電池片的背面電極相連。

通過背面焊接將N張片電池串接在一起形成一個電池串，稱為串焊，使用電烙鐵和焊錫絲將單片焊接好的電池的上面電極（負極）的伸出端焊接到下一個電池的下電 極（正極）上，見圖7上圖，圖7下圖是以焊好的3個電池片。圖7中各零件相互間的尺寸比例與實際有較大差別，僅為示意圖。

 
圖7--電池片的焊接

將串接在一起的整個電池串的正負極焊接出引線，并檢驗整個電池串的特性，修理有問題的電池串。

3. 疊層

太陽能電池組件的種類較多，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，有很高的強度與很好的透光性，可有效地保護電池片；電池片的下面采用有良好絕緣性能、能抗紫外線抗環境侵蝕的熱塑聚氯乙 烯復合膜（TPT）做背面:三者之間采用熱融膠粘膜（EVA）進行粘接，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。 封裝的層次見圖8.

 
圖8--太陽能電池組件疊層結構

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好，敷設時保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調整好電池間的距離，準備層壓。

4、組件層壓

將敷設好的電池組件放入層壓機內，通過抽真空將組件內的空氣抽出，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。層壓工藝是太陽能電池組件生產的關鍵一步，層壓溫度和層壓時間根據EVA的性質決定。

層壓時EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應將其切除。

7、裝框

類似與給玻璃裝一個鏡框；給玻璃組件裝鋁框，增加組件的強度，進一步的密封電池組件，延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填充，各邊框間用角鍵連接。 

在組件背面引線處粘接一個接線盒，以利于電池與其他設備或電池間的連接。

圖9是封裝好的單晶硅太陽能電池組件正面與反面，圖10是封裝好的多晶硅太陽能電池組件正面與反面，在反面可看到電池接線盒。