光伏基礎知識介紹

2011-3-7光伏行業基礎知識內部培訓北京科諾偉業科技有限公司目錄太陽電池技術1光伏組件技術2組件失效現象3相關問題探討4北京科諾偉業科技有限公司單晶和多晶單晶硅主要是125×125mm和156×156mm兩種規格多晶硅主要是156×156mm規格單晶硅硅片因為使用硅棒原因，四角有圓形大倒角，而多晶硅硅片一般采用小倒角。單晶的轉換效率高，但產能低、能耗大；多晶的轉換效率相對較低，但能耗低、產能大，適合于規模化生產。單晶硅硅棒多晶硅硅錠北京科諾偉業科技有限公司單晶硅和多晶硅太陽電池北京科諾偉業科技有限公司單晶硅太陽電池多晶硅太陽電池多晶硅硅片相對于單晶硅硅片，有明顯的多晶特性，表面有一個個晶粒形狀，而單晶硅硅片表面顏色一致。實驗室最高效率：單晶24.7%，多晶20.3%生產效率：單晶19%，多晶17%晶體硅太陽電池結構北京科諾偉業科技有限公司太陽電池是將太陽光能直接轉變為直流電能的陽光發電裝置。當光線照射太陽電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發生了越遷，成為自由電子在PN結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電能的過程。晶體硅太陽電池制備工藝北京科諾偉業科技有限公司原硅片制絨擴散刻蝕和去磷硅玻璃PECVD分類檢測包裝絲網印刷背電極絲網印刷背電場絲網印刷正電極絲網印刷制減反射膜背面周邊刻蝕擴散制PN結制絨和清洗燒結分檔測試北京科諾偉業科技有限公司制絨和清洗在硅片的切割生產過程中會形成厚度達10微米左右的損傷層，且可能引入一些金屬雜質和油污。如果損傷層去除不足，殘余缺陷在后續的高溫處理過程中向硅片深處繼續延伸，會影響到太陽電池的性能。單晶硅片的清洗采用堿液腐蝕技術多晶硅片的清洗采用酸液腐蝕技術由于絨面結構的存在，入射光經絨面第一次反射后，反射光并非直接入射到空氣中，而是遇到鄰近絨面，經過鄰近絨面的第二次甚至第三次反射后，才入射到空氣中，這樣對入射光就有了多次利用，從而減小了反射率。表面沒有絨面結構的硅片對入射光的反射率大于30%，有絨面結構的硅片對入射光的反射率減小到了12%左右。北京科諾偉業科技有限公司清洗的目的：清除硅片表面的機械損傷層；清除表面油污和金屬雜質；形成起伏不平的絨面，減小太陽光的反射。清洗設備北京科諾偉業科技有限公司擴散制PN結把p型硅片放在一個石英容器內，同時將含磷的氣體通入這個石英容器內，并將此石英容器加熱到一定的溫度，這時施主雜質磷可從化合物中分解出來，在容器內充滿著含磷的蒸汽，在硅片周圍包圍著許許多多的含磷的分子。磷化合物分子附著到硅片上生成磷原子。由于硅片的原子之間存在空隙，使磷原子能從四周進入硅片的表面層，并且通過硅原子之間的空隙向硅片內部滲透擴散。如果擴散進去的磷原子濃度高于p型硅片原來受主雜質濃度，就使得p型硅片靠近表面的薄層轉變成為N型。N型硅和P型硅交界處就形成了PN結。磷擴散的方法——絲網印刷磷漿料后鏈式擴散目前行業上普遍采用第一種方法，這種方法具有生產效率較高，得到的PN結均勻、平整和擴散層表面良好等優點。北京科諾偉業科技有限公司管式擴散爐磷擴散的目的：制備太陽電池的核心——PN結；吸除硅片內部的部分金屬雜質。北京科諾偉業科技有限公司背面及周邊刻蝕擴散后的硅片除了表面的一薄層N型硅外，在背面以及周邊都有N型硅薄層，而晶體硅太陽電池實際只需要表面的N型硅，因此須去除背面以及周邊的N型硅薄層。背面以及周邊刻蝕的目的：去除硅片背面和周邊的PN結；去除表面的磷硅玻璃。北京科諾偉業科技有限公司濕法刻蝕設備背面以及周邊刻蝕的方法：濕法刻蝕——具有各向同性。但是對于Si片，一些堿性刻蝕液如：KOH和異丙醇(IPA)混合刻蝕液，對Si的不同晶面有不同的刻蝕速率，并且各個晶面的速率可以調節，從而形成需要的傾斜側壁結構，而這種傾斜的側壁采用干法刻蝕是無法獲得的，同時化學腐蝕的設備成本大大低于干法腐蝕技術，而且濕法刻蝕操作簡便，對設備要求低，易于實現大批量生產，刻蝕的選擇性也好。干法刻蝕（等離子體刻蝕）——具有各向異性，控制精確的優點。但設備昂貴，過程復雜，單片成本較高。北京科諾偉業科技有限公司制減反射膜入射光在SiN薄膜表面發生一次反射，在SiN薄膜和硅片界面發生第二次反射，通過適當選取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，從而減小了反射。沉積SiN減反射膜后，硅片表面對入射光的平均反射率可進一步減小到5%左右。北京科諾偉業科技有限公司PECVD鍍SiN薄膜的目的：SiN薄膜作為減反射膜可減小入射光的反射，增加透射；在SiN薄膜的沉積過程中，反應產物氫原子進入到SiN薄膜內以及硅片內，起到了鈍化缺陷的作用。SiN薄膜的優點優良的表面鈍化效果高效的光學減反射性能（厚度和折射率匹配）低溫工藝（有效降低成本）含氫SiNx:H可以對mc-Si提供體鈍化PECVD鍍膜設備PECVD的優點：節省能源，降低成本；提高產能；減少了高溫導致的硅片中少子壽命衰減；PECVD的一個基本特征是實現了薄膜沉積工藝的低溫化（<450℃）。北京科諾偉業科技有限公司絲網印刷與燒結絲網印刷的目的：印刷背面電極漿料，銀鋁（Ag/Al）漿，并烘干；印刷背面場漿料，鋁漿，并烘干；印刷正面電極漿料，銀漿，并烘干。燒結的目的：燃盡漿料的有機組分，使漿料和硅片形成良好的金屬電極。激光刻槽埋柵太陽電池，具有光電轉換效率高、工藝相對簡單、適于規模生產，兼具高效和低成本兩方面的優勢。大規模生產的激光刻槽埋柵電池其單位功率成本已接近甚至低于常規絲網印刷電池。北京科諾偉業科技有限公司印刷漿料的過程絲網印刷設備，每臺印刷機后都有一臺烘干爐燒結爐北京科諾偉業科技有限公司背電極印刷目的：在太陽電池背面絲網印刷印上引出電極作用：易于焊接使用的漿料是銀鋁漿焊接條背電場印刷目的：通過燒結穿透背面PN結，和P型硅形成良好的歐姆接觸。作用：收集載流子使用的漿料是鋁漿副柵線主柵線正電極印刷正面有主柵線和副柵線組成目的：在太陽電池正面絲網印刷銀漿形成正電極作用：收集電流北京科諾偉業科技有限公司單晶太陽電池制作示例硅棒：硅石SiO2氫化去氧得到單質Si，然后對其進行提純至冶金級，再到太陽能級。使用這種高純度的單質Si料提拉獲得上述單晶硅棒。切片：使用邊長為特定長度的正方形金剛石線切割上述硅棒。舉例M125（D165)電池片：經過摻雜離子注入制備PN結，以及其他配套工藝。北京科諾偉業科技有限公司多晶太陽電池制作示例硅錠：硅石SiO2氫化去氧得到單質Si，然后對其進行提純至冶金級，再到太陽能級。使用這種高純度的單質Si料浮熔獲得上述多晶硅錠。切片：使用邊長為特定長度的正方形金剛石線切割上述硅錠。電池片：經過摻雜離子注入制備PN結，以及其他配套工藝。北京科諾偉業科技有限公司光伏組件技術1.太陽能組件是將太陽光能直接轉變為直流電能的陽光發電裝置。2.影響太陽能組件的關鍵因素：EVA材料和交聯度，背膜材料性能。3.主要材料對組件的影響：（a）玻璃：透光率，抗壓抗沖擊性能，優選超白鋼化壓花玻璃。

（b）EVA：耐候性（紫外老化，水汽滲透），外觀（黃變）（c）Cell：優良的基質PN結，完好的柵線和均勻的外觀，無裂紋。（d）背膜：耐候性（阻水性，絕緣耐壓，紫外老化），優選TPT。（e）鋁型材：抗壓強度。鋁材成分，性能差別。主要材料介紹北京科諾偉業科技有限公司TPT（聚氟乙烯復合膜），用在組件背面，作為背面保護封裝材料。用于封裝的TPT至少應該有三層結構：外層保護層PVF具有良好的抗環境侵蝕能力，中間層為聚脂薄膜具有良好的絕緣性能，內層PVF需經表面處理和EVA具有良好的粘接性能。太陽電池的背面覆蓋物—氟塑料膜為白色，對陽光起反射作用，因此對組件的效率略有提高，并因其具有較高的紅外發射率，還可降低組件的工作溫度，也有利于提高組件的效率。當然，此氟塑料膜首先具有太陽電池封裝材料所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求。EVA——乙烯與醋酸乙烯脂的共聚物EVA是一種熱融膠粘劑，常溫下無粘性而具抗粘性，以便操作，經過一定條件熱壓便發生熔融粘接與交聯固化，并變的完全透明。固化后的EVA能承受大氣變化且具有彈性，它將晶體硅片組“上蓋下墊”，將硅晶片組包封，并和上層保護材料玻璃，下層保護材料TPT（聚氟乙烯復合膜），利用真空層壓技術粘合為一體。另一方面，它和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率，起著增透的作用，并對太陽電池組件的輸出有增益作用。鋼化玻璃采用低鐵鋼化絨面玻璃(又稱為白玻璃)，在太陽電池光譜響應的波長范圍內(320-1100nm)透光率達91%以上，對于大于1200nm的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時能耐太陽紫外光線的輻射，透光率不下降。鋁型材邊框平板組件必須有邊框，以保護組件和組件與方陣的連接固定。邊框為粘結劑構成對組件邊緣的密封。涂錫銅帶涂錫帶由無氧銅剪切拉拔或軋制而成，所有外表面都有熱度途層。涂錫帶用于太陽能組件生產時太陽能電池片的串焊接和匯流焊接，要求涂錫帶具有較高的焊接操作性及牢固性。光伏組件生產流程北京科諾偉業科技有限公司IQA電池分選串焊接線盒安裝層壓疊層終檢抽檢組框單焊中檢固化清洗測試包裝發貨檢驗北京科諾偉業科技有限公司IQA按照生產計劃和設計要求，準備太陽能組件生產所需背板、焊帶、匯流條、玻璃、EVA等材料。在40W日燈光下，從同一角度正視電池表面，參考標準片，將相同顏色和相同轉換效率的電池片分類，按一塊組件需要電池片數量分放。電池分選Module北京科諾偉業科技有限公司單焊串焊單片焊接：將互連條與電池片的主柵線焊接起來，為電池片的串聯做準備。在恒溫焊接臺上，用設定溫度的烙鐵頭將單片電池片用焊帶將正負極焊接起來，按每串需要電池片數量焊接成串。串焊：將電池片串聯起來，為層疊做準備。IPQC會對電烙鐵溫度，焊接質量，強度進行巡檢。Inter-connector

CellAfterSolderingCellstringCellstringCellstring北京科諾偉業科技有限公司疊層電池片焊接好且經過檢驗合格后，將鋼化玻璃、EVA、電池串、EVA、背板按照下而上的層次鋪設好，并焊接匯流條，焊接電極引線，制成疊層板。北京科諾偉業科技有限公司中檢中檢：主要對組件的外觀，匯流條等焊接的狀況進行確認，外觀良好后測試疊層板的電性能。確認OK后掃描組件和流程卡條形碼進入QMS系統，以便于追溯與調查。掃描條碼北京科諾偉業科技有限公司層壓：將鋼化玻璃、EVA、電池組、TPT等材料通過抽真空、加熱和加壓等一系列過程，使其黏合在一起,完成太陽電池的封裝。層壓后由于前道工序作業問題導致碎片在該工序后會直接體現出來，所以檢驗很重要。將疊層好并經過測試，電性能良好的疊層板抬上層壓機工作臺，層壓機自動完成疊層板的進料，通過抽真空將組件內的空氣抽出，加熱加壓使EVA熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起，成為層壓板。平鋪覆蓋層壓后外觀檢驗層壓北京科諾偉業科技有限公司固化固化：在一定的時間和溫度下，組件EVA完成交聯的過程一次固化：組件在層壓階段就已經完成固化二次固化：組件在層壓階段不完成固化，需經過其他工序才完成固化削邊層壓時，EVA熔化后由于壓力而向外延伸，固化形成毛邊，應將其切除。北京科諾偉業科技有限公司組框邊框打硅膠裝框：鋁邊框槽內打入硅橡膠，將削邊整齊的層壓板輕置于組框機上，裝入鋁邊框，成為太陽能電池組件。由于鋼化玻璃本身結構的原因，其邊角部分只要受到很小的撞擊就會發生碎裂，裝邊框是為了保護組件鋼化玻璃的邊角。無邊框的組件一般情況下不太容易安裝，裝邊框是為了便于工程安裝。該工序對于控制硅膠的高度要求較高，因為會直接影響后面的硅膠溢出狀態。北京科諾偉業科技有限公司焊接觸頭安裝灌膠接線盒安裝裝接線盒：保護導電體，便于工程安裝，包括安裝，焊接觸頭和灌膠三大塊。在組件背部安裝接線盒。沿接線盒底部打膠區打膠，膠圈連續均勻成閉合線，接線盒套住電極引線放在背板上，輕壓并蓋緊盒蓋。接線盒的安裝以利于組件與其他設備或組件間的電氣連接。北京科諾偉業科技有限公司清洗在清洗桌上，用乙醇和無塵棉布等按照作業指導書將玻璃表面、背板、鋁邊框等清洗干凈，無污跡和硅膠殘留。去處表面臟污，使組件美觀。增加光的透過率，增加組件功率。北京科諾偉業科技有限公司測試接線測試接線Pass后進入下一工序掃描I-V曲線Test1.絕緣耐壓測試：測試邊框與內部帶電體(電池片、焊帶等)之間在高壓作用下是否會發生導通而造成危險2.接地電阻測試：測試邊框與地之間的電阻，以確定邊框接地性能是否良好3.測量組件電性能參數，以此確定組件的檔次，如測試曲線異常時將將進行紅外線測試和EL測試進行分析北京科諾偉業科技有限公司終檢抽檢包裝掃描看I-V曲線看外觀，pass后蓋章貼名牌FQC：確定組件的等級，給組件分檔，先掃描條形碼檢查測試信息，確認OK后檢查外觀，進行分檔。已經檢驗過的產品進行抽檢，AQL=2.5按照內部規定和顧客特殊要求進行包裝，并進行粘貼標簽和粘貼功率標簽。晶體硅太陽電池主要參數北京科諾偉業科技有限公司P型單(多)晶硅(典型厚度180um～260um)正面電極極性為負，材料為絲網印刷厚膜導體銀；背面電極極性為正，材料為絲網印刷厚膜導體銀或銀鋁；背面場為絲網印刷厚膜導體鋁。北京科諾偉業科技有限公司北京科諾偉業科技有限公司單晶硅太陽電池M125(D165)北京科諾偉業科技有限公司單晶硅太陽電池M156(D200)北京科諾偉業科技有限公司多晶硅太陽電池P125/P156北京科諾偉業科技有限公司常規組件技術參數Type

ModelName

Cell

Number

CellSize

(mm)

CellEfficiency

Module

Size（mm）

190W

SST190-72M72

M125×125

D150

18.25%

1580×808×35/50

M125×125

D165

17.7%

185W

SST185-48P

48

P156×156

16.5%

1320×990×35

200W

SST200-48M

M156×156

D200

18%

210W

SST210-54P

54

P156×156

16.5%

1480×990×35

225W

SST225-54M

M156×156

D200

18%

230WSST230-60P60P156×15616.5%

1640×990×50

250W

SST250-60M

M156×156

D200

18%

280W

SST280-72P

72

P156×156

16.5%

1956×990×50

300W

SST300-72M

M156×156

D200

18%

光伏組件設計示意圖北京科諾偉業科技有限公司SST170-72MMonocrystallinesolarmodule（125單晶）

其他類型光伏組件北京科諾偉業科技有限公司北京科諾偉業科技有限公司北京科諾偉業科技有限公司北京科諾偉業科技有限公司北京科諾偉業科技有限公司相關測試標準北京科諾偉業科技有限公司IEC61215地面用晶體硅光伏組件—設計鑒定和定型IEC61730光伏組件安全性鑒定—結構要求UL1703美國安全認證歐洲電性能北京科諾偉業科技有限公司絕緣試驗：DC1000V加上兩倍系統最大電壓1min電池片的標稱工作溫度（NOCT）電池表面的輻照度：800W/m2氣溫：20℃

風速：1m/s最優組件的NOCT為33℃，最劣組件為58℃，標準組件為48℃。（100%封裝）標稱測試條件：1000W/m2低輻照度下性能：200W/m2室外曝曬試驗：總輻射量60kWh/m2熱斑耐久試驗：1000W/m2，5h可靠性測試北京科諾偉業科技有限公司遵循IEC61215、IEC61730、UL1703標準對組件及材料，如封裝材料：背板、EVA…提供紫外預處理、熱循環、濕-凍、濕-熱等可靠性加速老化試驗。可編程高低溫濕熱箱太陽能組件紫外預處理試驗機北京科諾偉業科技有限公司干絕緣試驗濕漏電試驗晶體硅太陽能電池在環境模擬試驗中的常見失效現象分析北京科諾偉業科技有限公司組件在高溫高濕環境測試中失效現象【1-10】組件在紫外預處理環境測試中失效現象【11-12】北京科諾偉業科技有限公司1.EVA/glass脫層分析：EVA粘結性能下降，喪失影響：組件損壞，使用壽命縮短北京科諾偉業科技有限公司2.EVA/TPT脫層分析：EVA粘結性能下降，喪失影響：組件損壞，使用壽命縮短北京科諾偉業科技有限公司3.EVA黃變分析：EVA分子開始降解–膠膜性能↓影響：EVA黃變–透光率↓–電池效率↓–組件輸出電能↓北京科諾偉業科技有限公司4.TPT龜裂分析：TPT耐候性能不良影響：組件損壞，使用壽命縮短北京科諾偉業科技有限公司5.TPT層間分離分析：說明TPT性能不良影響：組件損壞，使用壽命縮短北京科諾偉業科技有限公司6.TPT黃變分析：TPT耐侯性能不良影響：TPT黃變–光線折射率↓–電池效率↓–組件輸出電能↓北京科諾偉業科技有限公司7.涂錫帶黃變分析：涂錫帶高溫高濕環境中產生分解，與EVA發生化學反應影響：焊點松動→脫落，組件輸出下降北京科諾偉業科技有限公司8.導電膠帶鼓包分析：導電膠帶與EVA性能不匹配，致使自身粘結性能失效，與電池片脫落影響：焊點松動→脫落，組件輸出下降北京科諾偉業科技有限公司9.硅膠黃變分析：硅膠與EVA性能不匹配影響：影響組件外觀及密封性能北京科諾偉業科技有限公司10.定位膠帶鼓包分析：定位膠帶與EVA性能不匹配影響：組件損壞，使用壽命縮短北京科諾偉業科技有限公司11.EVA黃變分析：EVA分子開始降解–膠膜性能↓影響：EVA黃變–透光率↓–電池效率↓–組件輸出電能（下圖為四家EVA同時測試，面積各位1/4）北京科諾偉業科技有限公司12.TPT變色分析：TPT耐紫外性能不良影響：TPT變色–光線折射率↓–電池效率↓–組件輸出電能↓光伏組件應用——相關問題探討初始光致衰減老化衰減失效現象北京科諾偉業科技有限公司晶體硅太陽電池衰減特性組件背板耐紫外功能下降黃變與EVA的剝離程度下降25年20%室外曝露實驗IEC6121510.8在標準測試條件下，最大輸出功率衰減不超過試驗前的5%。實驗結果：功率衰減體現在Isc下降，FF沒有變化。北京科諾偉業科技有限公司AM大氣質量—太陽光線通過大氣層的路程對到達地球光強：1000W/m2光譜分布：AM1.5（AM1.5—太陽入射角為48°的太陽輻射）電池溫度：25℃光譜響應特性北京科諾偉業科技有限公司由于光的顏色（波長）不同，轉變為電的比例也不同，這種特性稱為光譜特性。光譜特性的測量是用一定強度的單色光照射太陽電池，測量此時電池的短路電流，然后依次改變單色光的波長，再重復測量以得到在各個波長下的短路電流，即反映了電池的光譜特性。北京科諾偉業科技有限公司隨著溫度的上升，短路電流上升，開路電壓減小，轉換效率降低。溫度的升高，可使硅材料的禁帶寬度降低，電子具有更低的能量就可從價帶越過禁帶到達導帶，短路電流會提高。溫度的變化，影響最大的是開路電壓。溫度北京科諾偉業科技有限公司根據在西寧地區實地測量的結果，夏天時光伏組件背表面溫度可以達到70℃，而此時的太陽電池工作結溫可以達到100℃。硅太陽能電池工作在溫度較高情況下，開路電壓隨溫度的升高而大幅下降，同時導致充電工作點的嚴重偏移，易使系統充電不足而損壞硅太陽能電池的輸出功率隨溫度的升高也大幅下降，致使太陽能電池組件不能充分發揮最大性能。Case開路電壓與額定值相比將降低約2.3×(100-25)×36片=6210mV峰值功率損失率約0.4%×(100-25)=30%北京科諾偉業科技有限公司輻照度對Isc的影響較大，對Voc的影響較小通常可以近似認為輻照度與Isc成正比例關系輻照度北京科諾偉業科技有限公司太陽電池熱斑：太陽電池組件在陽