第一篇：3《光伏材料加工工藝》實踐報告(參考)

《光伏材料加工工藝》

實踐報告

專 業 光伏材料及應用 學生姓名 謝 健 偉 準考證號

指導教師 陳 立 老 師

2013 年 04 月

目錄

一、實踐目的................................................................................................................2

二、單晶硅太陽能電池簡介........................................................................................2

三、太陽能電池片的化學清洗工藝............................................................................3

四、太陽能電池片制作工藝流程圖............................................................................3

五、太陽能電池組件封裝工藝流程............................................................................7

六、實踐心得................................................................................................................8

《光伏材料加工工藝》實踐報告

一、實踐目的

光伏材料是指能將太陽能直接轉換成電能的材料。光伏材料又稱太陽電池材料，只有半導體材料具有這種功能。可做太陽電池材料的材料有單晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空間的有單晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生產的有單晶硅、多晶硅、非晶硅。本實踐課程的主要目的就是學習光伏材料的加工工藝，掌握光伏材料加工的流程。

二、單晶硅太陽能電池簡介

單晶硅太陽能電池,是以高純的單晶硅棒為原料的太陽能電池，是當前開發得最快的一種太陽能電池。它的構造和生產工藝已定型，產品已廣泛用于空間和地面。

為了降低生產成本，現在地面應用的太陽能電池等采用太陽能級的單晶硅棒，材料性能指標有所放寬。有的也可使用半導體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經過復拉制成太陽能電池專用的單晶硅棒。單晶硅太陽能電池將單晶硅棒切成片，一般片厚約0.3毫米。硅片經過拋磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太陽能電池片，首先要在硅片上摻雜和擴散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴散是在石英管制成的高溫擴散爐中進行。這樣就硅片上形成P>N結。然后采用絲網印刷法，精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經過燒結，同時制成背電極，并在有柵線的面涂覆減反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。因此，單晶硅太陽能電池的單體片就制成了。單體片經過抽查檢驗，圖1 單晶硅太陽能電池的基本結構

即可按所需要的規格組裝成太陽能電池組件（太陽能電池板），用串聯和并聯的方法構成一定的輸出電壓和電流。最后用框架和材料進行封裝。用戶根據系統設計，可將太陽能電池組件組成各種大小不同的太陽能電池方陣，亦稱太陽能電池陣列。目前單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為15%左右，實驗室成果也有20%以上的。

單晶硅太陽能電池的基本結構如圖1所示。

三、太陽能電池片的化學清洗工藝

切片要求：①切割精度高、表面平行度高、翹曲度和厚度公差小。②斷面完整性好，消除拉絲、刀痕和微裂紋。③提高成品率，縮小刀(鋼絲)切縫，降低原材料損耗。④提高切割速度，實現自動化切割。

具體來說太陽能硅片表面沾污大致可分為三類：

1、有機雜質沾污： 可通過有機試劑的溶解作用，結合兆聲波清洗技術來去除。

2、顆粒沾污：運用物理的方法可采機械擦洗或兆聲波清洗技術來去除粒徑 ≥ 0.4 μm顆粒，利用兆聲波可去除 ≥ 0.2 μm顆粒。

3、金屬離子沾污：該污染必須采用化學的方法才能將其清洗掉。硅片表面金屬雜質沾污又可分為兩大類： ①沾污離子或原子通過吸附分散附著在硅片表面。②帶正電的金屬離子得到電子后面附著（尤如“電鍍”）到硅片表面。

金屬離子沾污的清楚方法如下：

①用 H2O2作強氧化劑，使“電鍍”附著到硅表面的金屬離子氧化成金屬，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。

②用無害的小直徑強正離子（如H+），一般用HCL作為H+的來源，替代吸附在硅片表面的金屬離子，使其溶解于清洗液中，從而清除金屬離子。

③用大量去離子水進行超聲波清洗，以排除溶液中的金屬離子。

由于SC-1是H2O2和NH4OH的堿性溶液，通過H2O2的強氧化和NH4OH的溶解作用，使有機物沾污變成水溶性化合物，隨去離子水的沖洗而被排除；同時溶液具有強氧化性和絡合性，能氧化Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等，使其變成高價離子，然后進一步與堿作用，生成可溶性絡合物而隨去離子水的沖洗而被去除。因此用SC-1液清洗拋光片既能去除有機沾污，亦能去除某些金屬沾污。在使用SC-1液時結合使用兆聲波來清洗可獲得更好的清洗效果。

另外SC-2是H2O2和HCL的酸性溶液，具有極強的氧化性和絡合性，能與氧化以前的金屬作用生成鹽隨去離子水沖洗而被去除。被氧化的金屬離子與CL-作用生成的可溶性絡合物亦隨去離子水沖洗而被去除。

四、太陽能電池片制作工藝流程圖

太陽能電池片制作工藝流程如圖2所示。

圖2 晶體硅太陽能電池片制作工藝流程

具體的制作工藝說明

（1）切片：采用多線切割，將硅棒切割成正方形的硅片。

（2）清洗：用常規的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或堿）溶液將硅片表面切割損傷層除去30－50um。

（3）制備絨面：用堿溶液對硅片進行各向異性腐蝕在硅片表面制備絨面。（4）磷擴散：采用涂布源（或液態源，或固態氮化磷片狀源）進行擴散，制成PN＋結，結深一般為0.3－0.5um。

（5）周邊刻蝕：擴散時在硅片周邊表面形成的擴散層，會使電池上下電極短路，用掩蔽濕法腐蝕或等離子干法腐蝕去除周邊擴散層。

（6）去除背面PN＋結。常用濕法腐蝕或磨片法除去背面PN＋結。

（7）制作上下電極：用真空蒸鍍、化學鍍鎳或鋁漿印刷燒結等工藝。先制作下電極，然后制作上電極。鋁漿印刷是大量采用的工藝方法。

（8）制作減反射膜：為了減少入反射損失，要在硅片表面上覆蓋一層減反射膜。制作減反射膜的材料有MgF2，SiO2，Al2O3，SiO，Si3N4，TiO2，Ta2O5等。工藝方法可用真空鍍膜法、離子鍍膜法，濺射法、印刷法、PECVD法或噴涂法等。

（9）燒結：將電池芯片燒結于鎳或銅的底板上。（10）測試分檔：按規定參數規范，測試分類。

生產電池片的工藝比較復雜，一般要經過硅片檢測、表面制絨、擴散制結、去磷硅玻璃、等離子刻蝕、鍍減反射膜、絲網印刷、快速燒結和檢測分裝等主要步驟。這里介紹的是晶硅太陽能電池片生產的一般工藝與設備。

1、硅片檢測

硅片是太陽能電池片的載體，硅片質量的好壞直接決定了太陽能電池片轉換效率的高低，因此需要對來料硅片進行檢測。該工序主要用來對硅片的一些技術參數進行在線測量，這些參數主要包括硅片表面不平整度、少子壽命、電阻率、P/N型和微裂紋等。該組設備分自動上下料、硅片傳輸、系統整合部分和四個檢測模塊。其中，光伏硅片檢測儀對硅片表面不平整度進行檢測,同時檢測硅片的尺寸和對角線等外觀參數；微裂紋檢測模塊用來檢測硅片的內部微裂紋；另外還有兩個檢測模組，其中一個在線測試模組主要測試硅片體電阻率和硅片類型，另一個模塊用于檢測硅片的少子壽命。在進行少子壽命和電阻率檢測之前，需要先對硅片的對角線、微裂紋進行檢測，并自動剔除破損硅片。硅片檢測設備能夠自動裝片和卸片，并且能夠將不合格品放到固定位置，從而提高檢測精度和效率。

2、表面制絨

單晶硅絨面的制備是利用硅的各向異性腐蝕，在每平方厘米硅表面形成幾百萬個四面方錐體也即金字塔結構。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了電池的短路電流和轉換效率。硅的各向異性腐蝕液通常用熱的堿性溶液，可用的堿有氫氧化鈉，氫氧化鉀、氫氧化鋰和乙二胺等。大多使用廉價的濃度約為1%的氫氧化鈉稀溶液來制備絨面硅，腐蝕溫度為70-85℃。為了獲得均勻的絨面，還應在溶液中酌量添加醇類如乙醇和異丙醇等作為絡合劑，以加快硅的腐蝕。制備絨面前，硅片須先進行初步表面腐蝕，用堿性或酸性腐蝕液蝕去約20～25μm，在腐蝕絨面后，進行一般的化學清洗。經過表面準備的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，應盡快擴散制結。

3、擴散制結

太陽能電池需要一個大面積的PN結以實現光能到電能的轉換，而擴散爐即為制造太陽能電池PN結的專用設備。管式擴散爐主要由石英舟的上下載部分、廢氣室、爐體部分和氣柜部分等四大部分組成。擴散一般用三氯氧磷液態源作為擴散源。把P型硅片放在管式擴散爐的石英容器內，在850---900攝氏度高溫下使用氮氣將三氯氧磷帶入石英容器，通過三氯氧磷和硅片進行反應，得到磷原子。經過一定時間，磷原子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，形成了N型半導體和P型半導體的交界面，也就是PN結。這種方法制出的PN結均勻性好,方塊電阻的不均勻性小于百分之十,少子壽命可大于10ms。制造PN結是太陽電池生產最基本也是最關鍵的工序。因為正是PN結的形成，才使電子和空穴在流動后不再回到原處，這樣就形成了電流，用導線將電流引出，就是直流電。

4、去磷硅玻璃

該工藝用于太陽能電池片生產制造過程中，通過化學腐蝕法也即把硅片放在氫氟酸溶液中浸泡，使其產生化學反應生成可溶性的絡和物六氟硅酸，以去除擴散制結后在硅片表面形成的一層磷硅玻璃。在擴散過程中，POCL3與O2反應生成P2O5淀積在硅片表面。P2O5與Si反應又生成SiO2和磷原子，這樣就在硅片表面形成一層含有磷元素的SiO2，稱之為磷硅玻璃。去磷硅玻璃的設備一般由本體、清洗槽、伺服驅動系統、機械臂、電氣控制系統和自動配酸系統等部分組成，主要動力源有氫氟酸、氮氣、壓縮空氣、純水，熱排風和廢水。氫氟酸能夠溶解二氧化硅是因為氫氟酸與二氧化硅反應生成易揮發的四氟化硅氣體。若氫氟酸過量，反應生成的四氟化硅會進一步與氫氟酸反應生成可溶性的絡和物六氟硅酸。

5、等離子刻蝕 由于在擴散過程中，即使采用背靠背擴散，硅片的所有表面包括邊緣都將不可避免地擴散上磷。PN結的正面所收集到的光生電子會沿著邊緣擴散有磷的區域流到PN結的背面，而造成短路。因此，必須對太陽能電池周邊的摻雜硅進行刻蝕，以去除電池邊緣的PN結。通常采用等離子刻蝕技術完成這一工藝。等離子刻蝕是在低壓狀態下，反應氣體CF4的母體分子在射頻功率的激發下，產生電離并形成等離子體。等離子體是由帶電的電子和離子組成，反應腔體中的氣體在電子的撞擊下，除了轉變成離子外，還能吸收能量并形成大量的活性基團。活性反應基團由于擴散或者在電場作用下到達SiO2表面，在那里與被刻蝕材料表面發生化學反應，并形成揮發性的反應生成物脫離被刻蝕物質表面，被真空系統抽出腔體。

6、鍍減反射膜

拋光硅表面的反射率為35%,為了減少表面反射,提高電池的轉換效率,需要沉積一層氮化硅減反射膜。現在工業生產中常采用PECVD設備制備減反射膜。PECVD即等離子增強型化學氣相沉積。它的技術原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電使樣品升溫到預定的溫度，然后通入適量的反應氣體SiH4和NH3，氣體經一系列化學反應和等離子體反應，在樣品表面形成固態薄膜即氮化硅薄膜。一般情況下，使用這種等離子增強型化學氣相沉積的方法沉積的薄膜厚度在70nm左右。這樣厚度的薄膜具有光學的功能性。利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大為減少，電池的短路電流和輸出就有很大增加，效率也有相當的提高。

7、絲網印刷

太陽電池經過制絨、擴散及PECVD等工序后，已經制成PN結，可以在光照下產生電流，為了將產生的電流導出，需要在電池表面上制作正、負兩個電極。制造電極的方法很多，而絲網印刷是目前制作太陽電池電極最普遍的一種生產工藝。絲網印刷是采用壓印的方式將預定的圖形印刷在基板上，該設備由電池背面銀鋁漿印刷、電池背面鋁漿印刷和電池正面銀漿印刷三部分組成。其工作原理為：利用絲網圖形部分網孔透過漿料，用刮刀在絲網的漿料部位施加一定壓力，同時朝絲網另一端移動。油墨在移動中被刮刀從圖形部分的網孔中擠壓到基片上。由于漿料的粘性作用使印跡固著在一定范圍內，印刷中刮板始終與絲網印版和基片呈線性接觸，接觸線隨刮刀移動而移動，從而完成印刷行程。

8、快速燒結

經過絲網印刷后的硅片，不能直接使用，需經燒結爐快速燒結，將有機樹脂粘合劑燃燒掉，剩下幾乎純粹的、由于玻璃質作用而密合在硅片上的銀電極。當銀電極和晶體硅在溫度達到共晶溫度時，晶體硅原子以一定的比例融入到熔融的銀電極材料中去，從而形成上下電極的歐姆接觸，提高電池片的開路電壓和填充因子兩個關鍵參數，使其具有電阻特性，以提高電池片的轉換效率。燒結爐分為預燒結、燒結、降溫冷卻三個階段。預燒結階段目的是使漿料中的高分子粘合劑分解、燃燒掉，此階段溫度慢慢上升；燒結階段中燒結體內完成各種物理化學反應，形成電阻膜結構，使其真正具有電阻特性，該階段溫度達到峰值；降溫冷卻階段，玻璃冷卻硬化并凝固，使電阻膜結構固定地粘附于基片上。

9、外圍設備

在電池片生產過程中，還需要供電、動力、給水、排水、暖通、真空、特汽等外圍設施。消防和環保設備對于保證安全和持續發展也顯得尤為重要。一條年產50MW能力的太陽能電池片生產線，僅工藝和動力設備用電功率就在1800KW左右。工藝純水的用量在每小時15噸左右，水質要求達到中國電子級水GB/T11446.1-1997中EW-1級技術標準。工藝冷卻水用量也在每小時15噸左右，水質中微粒粒徑不宜大于10微米，供水溫度宜在15-20℃。真空排氣量在300M3/H左右。同時，還需要大約氮氣儲罐20立方米，氧氣儲罐10立方米。考慮到特殊氣體如硅烷的安全因素，還需要單獨設置一個特氣間，以絕對保證生產安全。另外，硅烷燃燒塔、污水處理站等也是電池片生產的必備設施。

五、太陽能電池組件封裝工藝流程

組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產中的關鍵步驟，沒有良好的封裝工藝，多好的電池也生產不出好的組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強了電池的抗擊強度。產品的高質量和高壽命是贏得可客戶滿意的關鍵，所以組件板的封裝質量非常重要。

太陽能電池組件封裝工藝流程如下：

電池檢測→正面焊接→檢驗→背面串接→檢驗→敷設（玻璃清洗、材料切割、玻璃預處理、敷設→層壓→去毛邊（去邊、清洗）→裝邊框（涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠）→焊接接線盒→高壓測試→組件測試→外觀檢驗→包裝入庫

在這里簡單的介紹一下工藝的作用。

1、電池測試：由于電池片制作條件的隨機性，生產出來的電池性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應根據其性能參數進行分類；電池測試即通過測試電池的輸出參數（電流和電壓）的大小對其進行分類。以提高電池的利用率，做出質量合格的電池組件。

2、正面焊接：是將匯流帶焊接到電池正面（負極）的主柵線上，匯流帶為鍍錫的銅帶，我們使用的焊接機可以將焊帶以多點的形式點焊在主柵線上。焊接用的熱源為一個紅外燈（利用紅外線的熱效應）。焊帶的長度約為電池邊長的2倍。多出的焊帶在背面焊接時與后面的電池片的背面電極相連

3、背面串接：背面焊接是將36片電池串接在一起形成一個組件串，我們目前采用的工藝是手動的，電池的定位主要靠一個膜具板，上面有36個放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對應，槽的位置已經設計好，不同規格的組件使用不同的模板，操作者使用電烙鐵和焊錫絲將“前面電池”的正面電極（負極）焊接到“后面電池”的背面電極（正極）上，這樣依次將36片串接在一起并在組件串的正負極焊接出引線。

4、層壓敷設：背面串接好且經過檢驗合格后，將組件串、玻璃和切割好的EVA、玻璃纖維、背板按照一定的層次敷設好，準備層壓。玻璃事先涂一層試劑（primer）以增加玻璃和EVA的粘接強度。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，為層壓打好基礎。（敷設層次：由下向上：玻璃、EVA、電池、EVA、玻璃纖維、背板）。

5、組件層壓：將敷設好的電池放入層壓機內，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、玻璃和背板粘接在一起；最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產的關鍵一步，層壓溫度層壓時間根據EVA的性質決定。我們使用快速固化EVA時，層壓循環時間約為25分鐘。固化溫度為150℃。

6、修邊：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。

8、焊接接線盒：在組件背面引線處焊接一個盒子，以利于電池與其他設備或電池間的連接。

9、高壓測試：高壓測試是指在組件邊框和電極引線間施加一定的電壓，測 試組件的耐壓性和絕緣強度，以保證組件在惡劣的自然條件（雷擊等）下不被損壞。

10、組件測試：測試的目的是對電池的輸出功率進行標定，測試其輸出特性，確定組件的質量等級。

六、實踐心得

通過實踐，對晶體硅太陽能電池的加工過程、電池組件的生產流程有了一個全面是認識，對今后從事這方面的工作打下了非常重要的實踐基礎。在實踐的過程中，認識到，組件高效和高壽命如何保證，可以從以下幾方面著手：

1、高轉換效率、高質量的電池片 ；

2、高質量的原材料，例如：高的交聯度的EVA、高粘結強度的封裝劑（中性硅酮樹脂膠）、高透光率高強度的鋼化玻璃等；

3、合理的封裝工藝；

4、員工嚴謹的工作作風；由于太陽電池屬于高科技產品，生產過程中一些細節問題，一些不起眼問題如應該戴手套而不戴、應該均勻的涂刷試劑而潦草完事等都是影響產品質量的大敵，所以除了制定合理的制作工藝外，員工的認真和嚴謹是非常重要的。

第二篇：光伏廠參觀實踐報告

物理與電子工程學院認識實踐報告

此次我們在老師的帶領下進行了阿特斯光伏廠的參觀實習，雖然時間很短，但是讓我阿特斯光伏廠的工程概況、怎樣生產有了更加深入的了解和認識，這是和在課本上學到的有決然的差異。

我們參觀的阿特斯光伏廠，它生產太陽能光板。光伏發電實際上是太陽能的發電。太陽能發電分為光熱發電和光伏發電。通常說的太陽能發電指的是太陽能光伏發電，簡稱“光電”。光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應從而將光能直接轉變為電能的一種技術。光伏發電的特點 優點： ① 無枯竭危險；

② 安全可靠，無噪聲，無污染排放外，絕對干凈（無公害）； ③ 不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優勢； ④ 無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電； ⑤ 能源質量高； ⑥建設周期短，獲取能源花費的時間短。缺點： ① 照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積； ② 獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。

③ 成本較高。石林太陽能電站利用石漠化土地，很好地避免了土地資源浪費。

太陽能發電是很有利用價值的一種發電模式，一方面不會污染環境和不會帶來許多像傳統那些發電產生有害氣體或者資源需求、利用不可再生資源一樣的問題；另一方面充分利用了不能利用的土地，提供了相當大的電能。此次參觀給予我很多方面的知識，與水電站、火電站的發電特點、方式相比，這個光伏發電相當簡單，用晶體硅組件接收的太陽能所產生的直流電源通過一個逆變升壓器將直流電逆變成交流電并升高電壓，然后就可以給以供用。這一種發電方式，既是現代技術的進步和新能源的創新，也是補充了其他發電模式的一個技術上和供電方面的空缺。

一、光伏發電行業介紹

太陽能能源是來自地球外部天體的能源人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。太陽能的利用有被動式利用和光電轉換兩類方式。

自地球外部天體的能源人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。太陽能的利用有被動式利用和光電轉換兩類方式。

光伏發電是指利用半導體材料制成的太陽能電池在吸收太陽光后產生光伏效應，將光能轉化為電能的過程。

光熱發電技術，又稱聚光光熱發電，是一種利用陣列反射鏡將太陽光能聚集起來產生高溫熱能，加熱工作介質，驅動汽輪發電機發電的方式。根據聚熱方式的不同通常可分為拋物面槽式、碟式和塔式。西班牙、以色列、德國都建有多個太陽能光熱發電站，積累了一定的商業化運行經驗。目前全球最大的太陽能發電站，位于美國加州的布萊斯太陽能發電項目就選用了太陽能光熱發電技術。該項目由德國Solar Millennium和雪佛龍公司旗下的Chevron Energy Solutions共同開發，4組250WM（兆瓦）的獨立發電單元構成了了高達1000MW的設計發電量。項目總造價預計將超過60億美元，其中第一組發電單元將于2013年投入運行。

無獨有偶，i美股2010年10月底查詢美國加州政府公布的相關信息時發現，該州近期批準的大型太陽能項目全部使用的是太陽能光熱發電技術。當然，不可否認的是，在這四項常見的太陽能技術中，光伏發電技術的發展、應用及產業規模都是首屈一指的。所有在美國上市的中國太陽能企業也都從事的是光伏發電產品的制造。以至于很多人將太陽能技術就簡單地理解為光伏發電技術。

光伏發電技術因為其商業化程度高、產業規模大、上市公司多成為了太陽能技術的一個典型代表，倍受市場關注。以光熱發電技術為例，雖然采用該技術的太陽能發電站占地面積廣，并不適合在城市內應用，但它規模成本低廉，光照不足時還可以通過儲熱發電以實現供電的持續穩定，特別適合在強光照的荒漠地區進行大規模并網發電。我國的內蒙古、新疆、甘肅，歐洲的西班牙，還有非洲和澳大利亞都有許多光照充分的荒漠、戈壁地區，特別適合應用光熱發電技術。

2013中國光伏產業發展報告

回顧2012 ——市場 2012年底，全球光伏新增裝機容量達到31GW，相對于2011年的27.9GW增長11%，累計裝機量達到98.5GW的歷史新高。從近幾年來較大幅度的增長率波動來看，光伏應用市場還處于政策驅動模式的主導下。但鑒于裝機規模已接近100GW和全球的宏觀經濟形勢，SEMI認為今后幾年全球光伏應用難現前幾年的爆發式增長。

光伏市場的中心也正從歐洲的德國、意大利、法國、西班牙向中國、美國和日本等新興市場轉移。德國光伏進入穩定發展階段，連續三年維持在7.5GW左右，意大利、西班牙等國深受經濟危機的影響，2012年光伏裝機量大幅減少。以中國、美國和日本為代表的新興市場成為新的增長點，2012年三國裝機合計占全球的31%。

——技術

技術的提升始終是產業進步、發展的推動力。在SEMI看來，目前全球光伏市場供過于求的大背景下，技術突破顯得尤為迫切。傳統光伏技術遇到轉換效率的瓶頸，非硅成本下降空間有限，高效電池技術在設計和材料選擇上的突破，使非硅成本有較大下降空間;光伏產品轉換效率的提升可以直接降低系統平衡成本，組件效率每提高一個百分點，系統平衡成本可下降5到7個百分點。以美國SunPower和日本Panasonic為代表的高效電池組件制造商的光伏產品效率已達到24%，國內的電池組件商也在積極開發高效光伏產品。全球P型、N型單晶電池效率已分別達到18.5%—20%和21%-24%，多晶電池效率達到17%-17.5%。隨著高效單晶、多晶技術的不斷探索與應用，其成本不斷下降，目前高效單晶組件產品的成本已低于傳統單晶組件產品，但還高于多晶產品。高效電池技術在全球范圍內蓄勢待發，這將是下一輪產業擴張時的投資熱點。

——“雙反”的影響

2012年12月，美國國際貿易委員會終裁中國產光伏電池組件產品的傾銷和補貼成立并征收高額的反傾銷和反補貼稅，導致2012年中國對美光伏組件出口額大幅下降。其中，2012年8月的對美出口額為0.85億美元，較年初1月份的3.87億美元下降80%。2012年，中國光伏產品最大的出口對象歐盟和印度也分別對中國產光伏產品展開雙反調查，中國也對原產歐洲、美洲和韓國的多晶硅展開雙反調查，使全球的光伏產業彌漫著貿易戰的硝煙。縱觀國際貿易的歷史和現狀，我們不難發現，目前發生在我們眼前的光伏貿易之爭，固然有經濟危機背景下的客觀因素，更重要的是，世 3 界各主要大國都將光伏視為關系未來國家能源安全的戰略性產業來做前瞻性的布局。這從另一個側面讓中國的光伏從業者更理性的對待光伏貿易摩擦的同時，也更堅定了發展產業的信念。

——下游電站的開拓

光伏制造產能在過去幾年中快速擴張的同時，制造技術也越來越成熟，生產效率和管理水平都有了較大幅度的提升，光伏產業鏈從多晶硅原材料、組件到逆變器的生產成本和價格迅速降低。與此同時，通過大規模光伏電站的建設與維護，整個產業界積累了大量寶貴的電站設計、建設和運營管理經驗，這也是電站系統價格得以下降的另一個原因。截止到2012年，投資國內大型地面電站的系統價格平均為1.5美元/瓦-1.8美元/瓦，光伏發電的度電成本也隨之不斷降低。在光照資源豐富地區，2012年大型光伏地面電站發電的度電成本已經接近0.6元/度。這是光伏產業快速發展帶給包括中國人民在內的全球各國民眾最直接的好處，也讓光伏行業對光伏發電逐漸取代傳統能源充滿信心!總而言之，在前期電站投資、融資，中期建設和后期運營、出售過程中存在很大的不確定因素和風險，如何保障電站投資人的權益、降低電站投資、運營風險，吸引更多的資本進入光伏電站投資領域是個擺在光伏制造商、開發商和保險、金融從業者面前的難題。不過，我們已經欣喜的看到，國內的保險領域已經有人開始探索保險產品在光伏電站開發和運營中的應用。中國2012年的光伏電站投資總額在450億元左右，到2015年預計達到1000億元，這無疑是一個巨大的市場，配套的金融和保險服務大有希望爭取到自己的市場份額，發揮重要的作用。

——成本控制效果明顯，效率提升艱難前行

面對著光伏組件價格的不斷下跌，國內的組件商都在積極應對，從成本控制和提升產品轉換效率兩個方面入手，保證利潤的實現或虧損的減小。然而，技術的進步沒有原、輔材料成本下降來得那么容易和順利。

總之前景廣闊。

第三篇：光伏廠參觀實踐報告

物理與電子工程學院認識實踐報告

利用太陽光發電是人類夢寐以求的愿望。從二十世紀五十年代太陽能電池的空間應用到如今的太陽能光伏集成建筑，世界光伏產業已經走過了半個世紀的歷史。由于太陽能發電具有充分的清潔性、絕對的安全性、資源的相對廣泛性和充足性、長壽命以及免維護性等其它常規能源所不具備的優點，光伏能源被認為是二十一世紀最重要的新能源。為了能夠更好地了解光伏企業，我校組織了這次的“阿特斯光伏之旅”，讓我們走進光伏廠，更好地了解它。

經過廠內領導的深入講解，我們對“阿特斯光伏廠”，有了更清醒的認識。阿特斯公司全稱加拿大太陽能公司（Canadian Solar Inc.），由加籍華人瞿曉鏵博士于2001年11月創立于加拿大。阿特斯公司于2006年在美國納斯達克成功上市，是第一家登陸納市的中國概念光伏企業(納斯達克代碼:CSIQ)。阿特斯專業從事硅錠、硅片、太陽能電池片和太陽能組件及應用產品的研發、生產和銷售，產品主要銷往德國、西班牙、意大利、美國、加拿大、韓國、日本、中國等國家。阿特斯光伏組件可以應用于商業、家用和工業的離網、并網太陽能供電系統及光伏發電站等不同領域，同時也為全球客戶提供光伏玻璃幕墻及太陽能發電應用產品。公司還專門為特殊市場提供太陽能解決方案，例如：航海業、公共事業和汽車行業。

自2001年以來，阿特斯先后在中國建立了七家獨資企業，自2002年投產至今，阿特斯六年實現銷售收入增長50倍，2007和2008連續兩年榮獲德勤高科技、高成長中國50強，2008阿特斯名列前十。阿特斯現有廠房面積已達156000㎡。2008年，組件產能已超過600兆瓦。2008年，阿特斯銷售額達7.09億美元，比2007年增長134%，成為世界光伏產業發展最快的企業。

阿特斯致力于持續的技術創新。2009年阿特斯成功建立省級太陽能電池片工程技術研究中心。該研究中心的主要目標是建立國內領先、國際先進的太陽能電池研發中試線及太陽能電池測試分析中心，研發方向為高效太陽能電池及利用精煉冶金硅制作的低成本新型硅電池，公司總裁瞿曉鏵博士親自擔任負責人。阿特斯研發項目上的合作伙伴包括杜邦中國公司、上海交通大學太陽能研究所、荷蘭ECN 和加拿大多倫多大學等國際知名公司和院校研究機構。

在注重增加產能和延長產業鏈條的同時，阿特斯非常注重新產品的研發及太陽能光伏建筑一體化項目的研究和建造。2007年9月，阿特斯洛陽公司利用太陽能光伏玻璃幕墻技術為洛陽中硅高科技有限公司的研發大樓設計建造的光伏建筑一體化示范電站，其光伏幕墻總面積達293.286平方米，該項目集發電、采光、隔熱、隔音、安全和裝飾功能于一體。這表明阿特斯致力于在中國推廣光伏發電技術在民用領域的應用，并將之作為公司未來業務的發展方向之一。

阿特斯公司現有管理團隊是一個內外結合的國際化管理團隊。核心成員不少是早期出國，在海外有所建樹，然后回國建功立業的高級專業人才。公司還擁有許多國內行業專家，同時普通管理員工全部具有大專以上學歷。

參觀完了阿特斯光伏廠，我忍不住被它雄厚的條件說吸引，想要在其中工作，但是它的要求很嚴格，所以我現在要努力學習文化知識，爭取能夠有幸進入這個企業。

隨著世界各國對可持續發展戰略的普遍接受，以及對石油、煤炭、天然氣等對化石能源逐漸耗盡的擔心，包括近年來中美等大國頻繁出現的能源短缺問題，作為可再生能源當中最具潛力的新能源，光伏能源的重要性和戰略性進一步凸顯，世界主要國家紛紛出臺相關鼓勵政策和法律。1999年以來在世界各國尤其是美、日、德等西方發達國家先后發起的大規模國家光伏發展計劃和太陽能屋頂計劃的刺激和推動下，世界光伏產業以每年30％以上的增長率保持著高速發展，是比IT發展還快的產業。盡管目前世界光伏發電累積裝機容量不到世界電力裝機總容量的千分之一。但是作為一種可再生的清潔能源，專家預測光伏發電將在二十一世紀前半期超過核電成為最重要的基礎能源之一。至于是2030年還是2050年最后幾年超過，只是個時間問題。

目前光伏產品90％左右仍然是以晶硅電池技術為主，光伏產業的持續快速增長使得一直主要依賴半導體工業用硅的頭尾料、廢料和剩余產能已經不能滿足當前光伏市場高速增長的需求，光伏和半導體產業對硅料的競爭需求直接造成幾年硅料的供應緊張和價格上漲。在光伏產業巨大前景的鼓舞下，上游多晶硅制造商已經不再猶豫，紛紛制定擴產計劃，此外一些專門生產太陽能等級多晶硅的生產技術正在發展起來。預計到2008年后，世界光伏硅料短缺的情況將趨于緩解。

?近幾年中國的光伏制造能力實現了跨越式的發展，生產規模年均超過100％以上的增長，中國總體上已經成為繼日德之后的世界第三大光伏制造國，光伏制造鏈也已經開始滲透到產業上游。然而中國以西部無電地區應用為主的市場并不足以消化中國制造商不斷增加的產能，目前中國光伏產品主要是出口歐洲等國際市場。中國可再生能源法的正式出臺，為中國未來光伏并網應用市場的逐步啟動起到了保駕護航的作用，未來中國光伏企業應該加緊掌握并網技術和加快新型晶硅和薄膜電池技術的研發創新，推動中國光伏產業向制造強國邁進。

通過一系列的了解，我對我國光伏的前景還是很有信心的，我相信：只要度過這段寒冬期，我國的光伏產業必將走向騰飛，我會努力學習，為我將來打下堅實的基礎。未來的時代是能源競爭的時代，是環保先鋒的時代，發展新能源已經成為一種不可阻擋的趨勢，用綠色、環保、高效的太陽能產品，將會為科技中國添彩、為子孫后代造福。

第四篇：光伏材料

光伏材料的發展與未來

摘要：根據對近幾年光伏材料的發展和重要性作出分析和研究，并對光伏材料的主要發展方向進行進行研究，指導我們將來在研究中應從事的方向。

光鍵字：光伏材料 太陽能電池 市場分析

今年，幾乎省份都出現了柴油荒現象、汽油價格也是一漲再漲。而且，據估計今年我國電力將嚴重缺口，而這一切已經限制了國民經濟的發展，對人們的生活帶來了不便，甚至可以說是已經來后造成在嚴重威脅。據樂觀估計石油還可開采40~100年、煤炭可使用200~500年、鈾還可開采65年左右、天然氣能滿足58年的需求。

人們對安全，清潔，高效能源的需求日益增加。且能源問題日益成為制約國際社會經濟發展的瓶頸。為此，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，開發太陽能資源，尋求經濟發展的新動力。歐洲一些高水平的核研究機構也開始轉向可再生能源。在國際光伏市場巨大潛力的推動下，各國的太陽能電池制造業爭相投入巨資，擴大生產，以爭一席之地。

我國也不例外，中國已經超過了日本和歐洲成為了太陽電池能第一生產大國，并且形成了國際化、高水平的光伏產業群。這對我們專業的在校大學生來說是個好消息。并且這個專業的就業率還很高。

我國76%的國土光照充沛，光能資源分布較為均勻；與水電、風電、核電等相比，太陽能發電沒有任何排放和噪聲，應用技術成熟，安全可靠；除大規模并網發電和離網應用外，太陽能還可以通過抽水、超導、蓄電池、制氫等多種方式儲存，太陽能＋蓄能 幾乎可以滿足中國未來穩定的能源需求。

當然，光伏產業的發展離不開材料。光伏材料又稱太陽電池材料，只有半導體材料具有這種功能。可做太陽電池材料的材料有單晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空間的有單晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生產的有單晶硅、多晶硅、非晶硅。其他尚處于開發階段。目前致力于降低材料成本和提高轉換效率，使太陽電池的電力價格與火力發電的電力價格競爭，從而為更廣泛更大規模應用創造條件。但隨著技術的發展，有機材料也被應用于光伏發電。光伏電池的發展方向 ㈠硅太陽能電池

硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。

單晶硅太陽能電池轉換效率最高，技術也最為成熟。在實驗室里最高的轉換效率為24.7%，規模生產時的效率為15% 多晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅比較,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實驗室最高轉換效率為18%,工業規模生產的轉換效率為10%。

非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉換效率較高，便于大規模生產，有極大的潛力。如果能進一步解決穩定性問題及提高轉換率問題，那么，非晶硅太陽能電池無疑是太陽能電池的主要發展產品之一。㈡多元化合物薄膜太陽能電池

多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機鹽，其主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。

硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規模生產

砷化鎵（GaAs）III-V化合物電池的轉換效率可達28%，抗輻照能力強,對熱不敏感，適合于制造高效單結電池。

銅銦硒薄膜電池（簡稱CIS）適合光電轉換，不存在光致衰退問題，轉換效率和多晶硅一樣。具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優點，將成為今后發展太陽能電池的一個重要方向。㈢聚合物多層修飾電極型太陽能電池

有機材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本底等優勢，從而對大規模利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。㈣納米晶太陽能電池

納米TiO2晶體化學能太陽能電池是新近發展的，優點在于它廉價的成本和簡單的工藝及穩定的性能。其光電效率穩定在10％以上，制作成本僅為硅太陽電池的1/5～1/10．壽命能達到20年以上。㈤有機太陽能電池

有機太陽能電池，就是由有機材料構成核心部分的太陽能電池。中國的太陽能電池研究比國外晚了20年，盡管最近10年國家在這方面逐年加大了投入，但投入仍然不夠，與國外差距還是很大。政府已加強政策引導和政策激勵。例如：太陽能屋頂計劃、金太陽工程等諸多補貼扶持政策，還有在公共設施、政府辦公樓等領域推廣使用太陽能。在政策的支持下中國有望像美國一樣，會啟動一個巨大的市場。

太陽能光伏發電在不遠的將來會占據世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規能源，而且將成為世界能源供應的主體。預計到2030年，可再生能源在總能源結構中將占到30％以上，而太陽能光伏發電在世界總電力供應中的占比也將達到10％以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的50％以上，太陽能光伏發電將占總電力的20％以上；到21世紀末，可再生能源在能源結構中將占到80％以上，太陽能發電將占到60％以上。這些數字足以顯示出太陽能光伏產業的發展前景及其在能源領域重要的戰略地位。由此可以看出，太陽能電池市場前景廣闊。

我國的光伏產業發展情況

目前我國的太陽能光伏電池的發展主要有以下三個流程或終端：

1.原材料供給端:半導體產業景氣減緩及原材料產能的釋放,甚至太陽能級冶金硅的出現,多晶硅原材料合同價小幅波動,現貨價回落,由此判斷2009年后長晶切片廠鎖定利潤的能力增強。而各晶體硅電池片廠在競相擴產及其它種類太陽能電池片分食市場下,不免減價競爭。面對全球景氣趨緩與成熟市場的政府補貼縮水,應謹慎審視自我在光伏產業鏈垂直整合或垂直分工的定位,以有限資金進行有效的策略性切入來降低進料成本提高競爭力。

2.提高生產效率與效益:目前晶體硅電池片廠產能利用率與設備使用率多不理想,應該回歸企業營運基本面,著力于改善實際產量/設計產能、營收額/設備資本額、營利額/設備折舊額等衡量指標。具體降低營運成本的措施可能有:工藝優化以提升光電轉換效率與良品率;落實日常點檢與周期性預防保養以提高內外圍設備妥善率即可生產時間A/T與平均故障時間MTBF指標;完善訓練機制以提高人員技術水平的平均復機時間MTTR指標;適度全自動化以提高單位時間產出及縮短生產周期;原物料與能源使用節約合理化;加強后勤管理保障及時備料與應急生產預案等等。

3.創新與研發:現有主流晶體硅電池生產工藝在最佳匹配優化及持續投產下,重復驗證了其光電轉換效率的局限性。在多晶供料無虞的情況下,晶體硅電池片廠中長期技術發展應以自身特色工藝需求(例如變更電池結構或生產工藝流程;引進或開發新型輔料或設備),向上游供料端要求硅片技術規格(摻雜、少子體壽命、電阻率、厚度等等)以期光電轉換效率最大化與成本最優化,并聯合下游組件共同開發質量保障的高階或低階特色產品以滿足不同市場需求,創造自身企業一片藍海。

我國目前在建的或已建的光伏產業項目主要有： 1.江西賽維多晶硅項目

投資方為江西賽維太陽能有限公司，項目地址在江西的新余市，靠近江西賽維在新余市的現有太陽能晶片工廠。江西賽維太陽能有限公司是太陽能多晶片制造公司，江西賽維太陽能向全球光電產品，包括太陽能電池和太陽能模組生產商提供多晶片。另外該公司還向單晶及多晶太陽能電池和模組生產商提供晶片加工服務。江西賽維太陽能公司計劃在2008年底完成多晶硅工廠建設，預計生產能力最高可到6000噸多晶矽，到2009年底再提高到15000噸水準。

江西賽維多晶硅項目由總部位於德克薩斯州的Fluor公司負責設計、采購設備及建造，項目合同達10億美元。2.4.連云港多晶硅項目

2007年12月5日，總投資10億美元、年產1萬噸高純度多晶硅項目投資協議在南京江蘇議事園正式簽約。該項目由TRINA SOLAR LIMITED(天合光能有限公司)在連云港市經濟技術開發區投資建設。TRINA SOLAR LIMITED是一家在美國紐交所上市的國際知名光伏企業。美林集團、瑞士好能源、美國威靈頓、德意志銀行等多家國際知名公司均為該公司股東。TRINA SOLAR LIMITED擬獨資設立的天合光能（連云港）有限公司采用目前國際上較先進的改良西門子法生產工藝。

5..深南玻宜昌多晶硅項目

投資方為南玻與香港華儀有限公司、宜昌力源科技開發有限責任公司共同投資建設，項目名稱宜昌南玻硅材料有限公司，它南玻集團下屬控股子公司，隸屬于南玻集團太陽能事業部，公司成立于2006年8月。公司位于湖北省宜昌市猇亭區，規劃占地為1500畝，分一、二、三期工程統一規劃布局，總規模為年產5000噸高純多晶硅、450兆瓦太陽能電池組件，公司總投資約60億人民幣。宜昌南玻公司將主要從事半導體高純硅材料、高純超細有機硅單體、白碳黑的生產與銷售以及多晶硅、單晶硅、硅片及有機硅材料的高效制取、提純和分離等工藝技術和設備開發。首期工程年產1500噸高純多晶硅項目即將開工。

項目一期目標為年產1500噸高純多晶硅,于2006年10月22日奠基，一期建設計劃在兩年內完成。公司此前披露,一期工程擬投資7.8億元,預計投資內部收益率可達49.48%,靜態回收期(不含建設期)為2.61年。

該項目是宜昌市迄今引進的投資規模最大的工業項目,已被列入湖北省“十一五”計劃的三大重點項目之一,也是廣東省、深圳市對口支援三峽庫區經濟發展合作重點項目之一。

項目由俄羅斯國家稀有金屬研究設計院與中國成達工程公司共同設計,同時融入了世界上先進的工藝及裝備。它是南玻、俄羅斯國家稀有金屬研究設計院、中國成達工程公司在項目技術上精誠合作的結晶。6.洛陽中硅多晶硅項目

這是中國目前最有競爭實力的多晶硅項目之一，中硅高科技有限公司為中國恩菲控股子公司，中硅高科技有限公司是洛陽單晶硅有限責任公司、洛陽金豐電化有限公司和中國有色工程設計研究總院三方在2003年年初共同出資組建的合資公司，其中中國有色工程設計研究總院擁有多項科技成果，處于國際多晶硅工藝技術研究的前列，洛陽單晶硅有限責任公司則是國內最大的半導體材料生產廠家(代號740，與峨眉半導體廠739齊名為中國多晶硅的“黃埔軍校”)，而金豐電化有限公司是本地較有實力的企業。2003年6月，年產300噸多晶硅高技術產業化項目奠基，2005年 10月項目如期投產。目前，300噸多晶硅項目已具備達產能力。2005年12月18日，洛陽中硅高科擴建1000噸多晶硅高技術產業化項目奠基，目前已基本完成設備安裝，進入單體調試階段。2007年12月18日，洛陽中硅高科年產2000噸多晶硅擴建工程的奠基。

洛陽中硅高科年產2000噸多晶硅項目是河南省、洛陽市“十一五”期間重點支持項目，其核心裝備研究列入國家“863”科技支撐計劃項目，總投資14億元，建設工期20個月，計劃于2008年建成投產。

其它的還有孝感大悟縣多晶硅項目，牡丹江多晶硅項目，益陽晶鑫多晶硅項目，益陽湘投噸多晶硅項目，南陽迅天宇多晶硅項目，濟寧中鋼多晶硅項目，曲靖愛信佳多晶硅項目等，基本上各個省份都處天大規模建設時期。光伏產業市場分析 及發展前景

今年下半年起光伏產業從上游多晶硅到下游組件普遍進入大規模擴產周期，這也將帶來對各種上游設備、中間材料的需求提升。這包括晶硅生產中需要鑄錠爐以及晶硅切割過程中的耗材，刃料和切割液等。

隨著太陽能作為一種新能源的逐漸應用，光伏材料的市場規模逐年增加，應用的范圍日趨廣泛。光伏材料指的是應用在太陽能發電組件上給光伏發電提供支持的化學材料，主要使用在太陽能發電設備的背板、前板、密封部位和防反射表面，包括玻璃、熱聚合物和彈性塑料聚合物、密封劑以及防反射涂料。

據Frost&Sullivan的研究，至2009年，光伏材料的全球市場總價值已達到13.4億美元。2006年到2009年的年復合增長率11.9%。2006年光伏材料的全球市場總價值僅為5.4億美元。

在2009年整個光伏行業中，包括玻璃和含氟聚合物的光伏前板，其市場占總市場收入的31.6%；光伏背板市場，主要包括光電產品，如聚合物和特種玻璃產品，占整個市場收入的36.6%。普遍用于所有太陽能電池的以層壓形式存在的密封劑，占市場總收入的26.3%，防反射涂料以及其他材料占據市場收入的5.5%。

不過，隨著消費者需求的不斷變化、終端用戶市場需求波動以及市場對光伏組件效率的要求不斷提高，將使光伏行業發展速度略微減緩，Frost&Sullivan預計在2016年，光伏材料市場的年增長率將下降到22.4%，總價值達107.6億美元。

在整個光伏材料市場中，Isovolate AG、Coveme和Mitsui Chemical Fabro公司的收入在市場份額中排名前三位。其中Isovolate主要經營太陽能電池背板，其市場份額為10.4%，占總份額的十分之一；Coveme公司和Mitsui Chemical Fabro分別經營背板組件和密封劑，其市場份額均為8.9%。對于生產銷售密封劑為主的STR Solar和制造背板組件的Madico公司，也以7.3%和7.0%的市場份額在光伏材料行業占據著重要的地位。

不過，截止目前，光伏材料市場主要由歐洲和美國公司主導，同時一些日本和中國的企業也在不斷地擴大其全球業務。印度、中國已成為光伏材料發展的新市場和新的制造國家。2009年，全球范圍內存在著超過350家供應光伏材料的公司，其中包括了像AGE Solar、Bridgestone和Isovolate AG等跨國公司，也包括了許多的地區性公司。行業內的強強聯合和兼并、收購等現象也層出不窮。

多晶硅是光伏太陽能電池的主要組成組分。根據有關分析數據表明，近5年多晶硅已出現高的增長率，并且將呈現繼續增長的重要潛力。

PHOTON咨詢公司指出，太陽能市場以十分強勁的態勢增長，并將持續保持，2005~2010年的年均增長率超過50%，但是多晶硅供應商的市場機遇受到價格、供應和需求巨大變化的影響。后危機時代太陽能模塊設施增長的強勁復蘇致使多晶硅市場吃緊。

2010年8月，韓國OCI公司與韓國經濟發展集團簽約備忘錄，將共同投資84億美元（包括其他事項），將在韓國郡山新增能力，這將使OCI公司總的多晶硅制造能力翻二番以上。Hemlock公司正在美國田納西州Clarksville建設投資為12億美元的多晶硅制造廠，而瓦克化學公司正在德國Nünchritz建設投資為8億歐元（10億美元）的太陽能級多晶硅制造裝置。

按照PHOTON咨詢公司的2010年太陽能市場報告，在現行政策和經濟環境下，預計多晶硅供應在2010~2014年的年均增長率為16%，將達到2014年29萬噸/年。能力增長主要受到主要生產商的擴能所驅動，這些生產商包括美國Hemlock半導體公司、OCI公司和瓦克化學公司。

分析指出，光伏部門受刺激政策的拉動，正在擴能之中，預計多晶硅供應的年均增長率可望達43%，將使其能力達到2014年近50萬噸。目前正在研究的或已經應該到工業中的光伏材料的制備： 1.有機光伏材料的制備： 1.1原料與試劑

所用溶劑采用通常的方法純化和干燥．２－溴噻吩，３，４－二溴噻吩和金屬鎂片為 Alfa Aesar公司產品． 鎳催化劑，Ｎ－氯磺酰異氰酸酯和苝四甲酸二酐(Ｐ ＴＣＤＡ)均為 Aldrich公司產品，直接使用．２，２′：５′，２″ －三噻吩（３ Ｔ），２，２ ′：５′，２″：５″，２″′ －四噻吩（４ Ｔ）和２，３，４，５ －四噻吩基噻吩 ＸＴ 為自行合成 ． 1.2 測定

紫外光譜的測定采用美國熱電公司的 Helios －γ型光譜儀．

設計、合成了新型齊聚噻吩衍生物 ３Ｔ－ＣＮ，３Ｔ－２ＣＮ，４Ｔ－ＣＮ，４Ｔ－２ＣＮ，ＸＴ 和 ＸＴ－２ＣＮ． 以３Ｔ－ＣＮ，３Ｔ－２ＣＮ，４Ｔ－ＣＮ，４Ｔ－２ＣＮ，ＸＴ 和 ＸＴ－２ ＣＮ 分別作為電子給體材料 Ｐ ＴＣＤＡ作為電子受體材料組裝了ｐ － ｎ異質結有機光伏器件 對這些器件的光分別為 １.５１％，２．２４％ ２．１０％ ２．７４％ ０．５８％和６５％ 如表１所示．

伏性能進行了研究． 研究發現 以３Ｔ－ＣＮ，３Ｔ－２ＣＮ，４Ｔ－ＣＮ，４Ｔ－２ＣＮ，ＸＴ和ＸＴ－２ＣＮ 分別作為電子給體材料的有機光伏器件的光電轉換效率分別為1.15％，2.24％，2.10％，2.74％，0.58％和0.65％．電子給體材料中－ＣＮ基團的引入可以提高器件的光電轉換效率． 2.多晶硅的提純辦法 2.1三氯氫硅氫還原法

三氯氫硅氫還原法亦稱西門子法,是德國Siemens公司于1954年發明的一項制備高純多晶硅技術。該技術采用高純三氯氫硅(SiHCl)作為原料,氫氣作為還原劑,采用西門子法或流化床的方式生長多晶硅。此法有以下3個關鍵工序。(1)硅粉與氯化氫在流化床上進行反應以形成SiHCl,反應方程式為: Si+3HCl→SiHCl+H2(2)對SiHCl3進行分餾提純,以獲得高純甚至10-9級(ppb)超純的狀態:反應中除了生成中間化合物SiHCl外,還有附加產物,如SiCl、SiH2Cl2和FeCl3、BCl3、PCl3等雜質,需要精餾提純。經過粗餾和精餾兩道工藝,中間化合物SiHCl的雜質含量-7-10可以降到10～10數量級。

(3)將高純SiHCl用H2通過化學氣相沉積(CVD)還原成高純多晶硅,反應方程式為 :SiHCl+H2→Si+3HCl或2SiHCl→Si+2HCl+SiCl該工序是將置于反應室的原始高純多晶硅細棒(直徑5mm～6mm,作為生長籽晶)通電加熱到1100℃以上,加入中間化合物SiHCl和高純H2,通過CVD技術在原始細棒上沉積形成直徑為150mm～200mm的多晶硅棒,從而制得電子級或太陽級多晶硅。2.2 硅烷熱分解法

1956年英國標準電訊實驗所成功研發出了硅烷(SiH4)熱分解制備多晶硅的方法, 即通常所說的硅烷法。1959年日本的石冢研究所也同樣成功地開發出了該方法。后來,美國聯合碳化物公司(Union Carbide)采用歧化法制備SiH4,并綜合上述工藝加以改進,誕生了生產多晶硅的新硅烷法。這種方法是通過SiHCl4將冶金級硅轉化成硅烷氣的形式。制得的硅烷氣經提純后在熱分解爐中分解,生成的高純多晶硅沉積在加熱到850℃以上的細小多晶硅棒上,采用該技術的有美國ASIMI和SGS(現為REC)公司。同樣,硅烷的最后分解也可以利用流化床技術得到顆粒狀高純多晶硅。目前采用此技術生產粒狀多晶硅的公司有:挪威的REC、德國的Wacker、美國的Hemlock和MEMC公司等。硅烷氣的制備方法多種多樣,如SiCl4 氫化法、硅合金分解法、氫化物還原法、硅的直接氫化法等,其主要優點在于硅烷易于提純,熱分解溫度低等。雖然該法獲得的多晶硅純度高,但綜合生產成本較高,而且硅烷易燃易爆,生產操作時危險性大。2.3 物理提純法 長期以來,從冶金級硅提純制備出低成本太陽能級多晶硅已引起業內人士的極大興趣,有關人員也進行了大量的研究工作,即采用簡單廉價的冶金級硅提純過程以取代復雜昂貴的傳統西門子法。為達到此目的,常采用低成本高產率的物理提純 法(亦稱冶金法),具體方法是采用不同提純工藝的優化組合對冶金級硅進行提煉進而達到太陽能級硅的純度要求。其中每一種工藝都可以將冶金級硅中的雜質含量降低1個數量級。

晶硅太陽電池向高效化和薄膜化方向發展

晶硅電池在過去20年里有了很大發展，許多新技術的采用和引入使太陽電池效率有了很大提高。在早期的硅電池研究中，人們探索各種各樣的電池結構和技術來改進電池性能，如背表面場，淺結，絨面，氧化膜鈍化，Ti／Pd金屬化電極和減反射膜等。后來的高效電池是在這些早期實驗和理論基礎上的發展起來的。單晶硅高效電池

單晶硅高效電池的典型代表是斯但福大學的背面點接觸電池（PCC），新南威爾士大學（UNSW）的鈍化發射區電池（PESC，PERC，PERL以及德國Fraumhofer太陽能研究所的局域化背表面場（LBSF）電池等。

我國在“八五”和“九五”期間也進行了高效電池研究，并取得了可喜結果。近年來硅電他的一個重要進展來自于表面鈍化技術的提高。從鈍化發射區太陽電池（PESC）的薄氧化層（＜10nm）發展到PCC／PERC／PER1。電池的厚氧化層（110nm）。熱氧化鈍化表面技術已使表面態密度降到

10卜cm2以下，表面復合速度降到100cm／s以下。此外，表面V型槽和倒金字塔技術，雙層減反射膜技術的提高和陷光理論的完善也進一步減小了電池表面的反射和對紅外光的吸收。低成本高效硅電池也得到了飛速發展。（1）新南威爾士大學高效電池

（A）鈍化發射區電池（PESC）：PESC電池1985年問世，1986年V型槽技術又被應用到該電池上，效率突破20％。V型槽對電他的貢獻是：減少電池表面反射；垂直光線在V型槽表面折射后以41”角進入硅片，使光生載流子更接近發射結，提高了收集效率，對低壽命襯底尤為重要；V型槽可使發射極橫向電阻降低3倍。由于PESC電他的最佳發射極方塊電阻在150 Ω／口以上，降低發射極電阻可提高電池填充因子。

在發射結磷擴散后，?m厚的Al層沉積在電他背面，再熱生長10nm表面鈍化氧化層，并使背面Al和硅形成合金，正面氧化層可大大降低表面復合速度，背面Al合金可吸除體內雜質和缺陷，因此開路電壓得到提高。早期PESC電池采用淺結，然而后來的研究證明，淺結只是對沒有表面鈍化的電他有效，對有良好表面鈍化的電池是不必要的，而氧化層鈍化的性能和鋁吸除的作用能在較高溫度下增強，因此最佳PEsC電他的發射結深增加到1μm左右。值得注意的是，目前所有效率超過20％的電池都采用深結而不是淺結。淺結電池已成為歷史。

PEsC電池的金屬化由剝離方法形成Ti-pd接觸，然后電鍍Ag構成。這種金屬化有相當大的厚／寬比和很小的接觸面積，因此這種電池可以做到大子83％的填充因子和20．8％（AM1．5）的效率。

（B）鈍化發射區和背表面電池（PERC）：鋁背面吸雜是PEsC電池的一個關鍵技術。然而由于背表面的高復合和低反射，它成了限制PESC電池技術進一步提高的主要因素。PERC和PERL電池成功地解決了這個問題。它用背面點接觸來代替PEsC電他的整個背面鋁合金接觸，并用TCA（氯乙烷）生長的110nm厚的氧化層來鈍化電他的正表面和背表面。TCA氧化產生極低的界面態密度，同時還能排除金屬雜質和減少表面層錯，從而能保持襯底原有的少子壽命。由于襯底的高少子壽命和背面金屬接觸點處的高復合，背面接觸點設計成2mm的大間距和2001Lm的接觸孔徑。接觸點間距需大于少子擴散長度以減小復合。這種電池達到了大約700mV的開路電壓和22．3％的效率。然而，由于接觸點間距太大，串聯電阻高，因此填充因子較低。

（C）鈍化發射區和背面局部擴散電池（PERL）：在背面接觸點下增加一個濃硼擴散層，以減小金屬接觸電阻。由于硼擴散層減小了有效表面復合，接觸點問距可以減小到250μm、接觸孔徑減小到10μm而不增加背表面的復合，從而大大減小了電他的串聯電阻。PERL電池達到了702mV的開路電壓和23．5％的效率。PERC和PER1。電池的另一個特點是其極好的陷光效應。由于硅是間接帶隙半導體，對紅外的吸收系數很低，一部分紅外光可以穿透

2電池而不被吸收。理想情況下入射光可以在襯底材料內往返穿過4n次，n為硅的折射率。PER1。電池的背面，由鋁在SiO2上形成一個很好反射面，入射光在背表面上反射回正表面，由于正表面的倒金字塔結構，這些反射光的一大部分又被反射回襯底，如此往返多次。Sandia國家實驗室的P。Basore博士發明了一種紅外分析的方法來測量陷光性能，測得PERL電池背面的反射率大于95％，陷光系數大于往返25次。因此PREL電他的紅外響應極高，也特別適應于對單色紅外光的吸收。在1．02μm波長的單色光下，PER1。電他的轉換效率達到45．1％。這種電池AM0下效率也達到了20．8％。

（D）埋柵電池：UNSW開發的激光刻槽埋柵電池，在發射結擴散后，用激光在前面刻出20μm寬、40μm深的溝槽，將槽清洗后進行濃磷擴散。然后在槽內鍍出金屬電極。電極位于電池內部，減少了柵線的遮蔽面積。電池背面與PESC相同，由于刻槽會引進損傷，其性能略低于PESC電池。電他效率達到19．6％。

（2）斯但福大學的背面點接觸電池（PCC）點接觸電他的結構與PER1。電池一樣，用TCA生長氧化層鈍化電池正反面。為了減少金屬條的遮光效應，金屬電極設計在電池的背面。電池正面采用由光刻制成的金字塔（絨面）結構。位于背面的發射區被設計成點狀，50μm間距，10μm擴散區，5μm接觸孔徑，基區也作成同樣的形狀，這樣可減小背面復合。襯底采用n型低阻材料（取其表面及體內復合均低的優勢），襯底減薄到約100μm，以進一步減小體內復合。這種電他的轉換效率在AM1．5下為22．3％。

（3）德國Fraunhofer太陽能研究所的深結局部背場電池（LBSF）

LBSF的結構與PERL電池類似，也采用TCA氧化層鈍化和倒金字塔正面結構。由于背面硼擴散一般造成高表面復合，局部鋁擴散被用來制作電池的表面接觸，2cmX2cm電池電池效率達到23．3％（Voc=700mV，Isc－～41．3mA，FF一0．806）。

+（4）日本sHARP的C一Si／μc-Si異質pp結高效電池

SHARP公司能源轉換實驗室的高效電池，前面采用絨面織構化，在SiO2鈍化層上沉積SiN為A只乙后面用RF-PECVD摻硼的μc一Si薄膜作為背場，用SiN薄膜作為后表面的鈍化層，Al層通過SiN上的孔與μcSi薄膜接觸。5cmX5cm電他在AM1．5條件下效率達到21．4％（Voc＝669mV，Isc＝40.5mA，FF=0．79）。

（5）我國單晶硅高效電池

天津電源研究所在國家科委“八五”計劃支持下開展高效電池研究，其電池結構類似UNSw的V型槽PEsC電池，電池效率達到20．4％。北京市太陽能研究所“九五”期間在北京市政府支持下開展了高效電池研究，電池前面有倒金字塔織構化結構，2cmX2cm電池效率達到了19．8％，大面（5cmX5cm）激光刻槽埋柵電池效率達到了18．6％。二十一世紀光伏材料的發展趨勢和展望

90年代以來，在可持續發展戰略的推動下，可再生能源技術進入了快速發展的階段。據專家預測，下世紀中葉太陽能和其它可再生能源能夠提供世界能耗的50％。

光伏建筑將成為光伏應用的最大市場

太陽能光伏系統和建筑的完美結合體現了可持續發展的理想范例，國際社會十分重視。國際能源組織（IEA）＋ 1991和1997相繼兩次起動建筑光伏集成計劃，獲得很大成功，建筑光伏集成有許多優點：①具有高技術、無污和自供電的特點，能夠強化建筑物的美感和建筑質量；②光伏部件是建筑物總構成的一部分，除了發電功能外，還是建筑物耐候的外部蒙皮，具有多功能和可持續發展的特征；③分布型的太陽輻射和分布型的建筑物互相匹配；④建筑物的外殼能為光伏系統提供足夠的面積；⑤不需要額外的昂貴占地面積，省去了光伏系統的支撐結構，省去了輸電費用；③PV陣列可以代替常規建筑材料，從而節省安裝和材料費用，例如昂貴的外墻包覆裝修成本有可能等于光伏組件的成本，如果安裝光伏系統被集成到建筑施工過程，安裝成本又可大大降低；①在用電地點發電，避免傳輸和分電損失（5一10％），降低了電力傳輸和電力分配的投資和維修成本，建筑光伏集成系統既適用于居民住宅，也適用商業、工業和公共建筑，高速公路音障等，既可集成到屋頂，也可集成到外墻上；既可集成到新設計的建筑上，也可集成到現有的建筑上。光伏建筑集成近年來發展很炔，許多國家相繼制定了本國的光伏屋頂計劃。建筑自身能耗占世界總能耗的1／3，是未來太陽能光伏發電的最大市場。光伏系統和建筑結合將根本改變太陽能光伏發電在世界能源中的從屬地位，前景光明。

PV產業向百兆瓦級規模和更高技術水平發展

目前PV組件的生產規模在5一20Mw／年，下世紀將向百兆瓦級甚至更大規模發展。同時自動化程度、技術水平也將大大提高，電池效率將由現在的水平（單晶硅13％一15％，多晶硅11％一13％）向更高水平（單晶硅18％一20％，多晶硅16％一18％）發展，同時薄膜電池在不斷研究開發，這些都為大幅度降低光伏發電 成本提供了技術基礎。

下世紀前半期光伏發電將超過核電

專家預計，下世紀前半期的30一50年代，光伏發電將超過核電。1997年世界發電總裝機容量約2000GW，其中核電約400GW，約占20％，世界核電目前是收縮或維持，而我國屆時核能將發展到約100GW，這就意味著世界光伏發電屆時將達到500GW左右。1998年世界光伏發電累計總裝機容量800MW，以2040年計算，這要求光伏發電年增長率達16．5％，這是一個很實際的發展速度，前提是光伏系統安裝成本至少能和核能相比。PV發電成本下降趨勢

美國能源部1996年關于PV聯網系統市場價格下降趨勢預測表明，每年它將以9％速率降低。1996年pv系統的平均安裝成本約7美元／Wp，預計2005年安裝成本將降到3美元／Wp，PV發電成本）11美元／kWh；2010年PV發電成本降到6美分／kWh，系統安裝成本約1．7美元／Wp。

降低成本可通過擴大規模、提高自動化程度和技術水平、提高電池效率等途徑實現。可行性研究指出，500MW／年的規模，采用現有已經實現商業化生產的晶硅技術，可使PV組件成本降低到：歐元左右（其中多晶硅電池組件成本0．91歐元／Wp），如果加上技術改進和提高電池效率等措施，組件平均成本可降低到1美元／Wp。在這個組件成本水平上，加上系統其它部件成本降低，發電成本6美分／kWh是能實現的。考慮到薄膜電池，未來降低成本的潛力更大，因此在下世紀前10一30年把PV系統安裝成本降低到與核電可比或更低是完全可能的。

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新型有機光伏材料的制備及其光伏性能

材料研究與應用

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第五篇：關于光伏材料加工與應用技術就業前景

關于光伏材料加工與應用技術就業前景

篇一：光伏材料加工與應用技術專業畢業論文-太陽能利用前景

學生畢業設計（論文）

題 目 學 院光伏工程學院

專 業 光伏材料加工與應用技術

班 級

姓 名

學 指導教師

完成日期

目錄

在這個能源短缺的時代，太陽能取之不盡，清潔安全，是理想的可再生能源太陽能光伏發電的發展潛力巨大。本文介紹太陽能的發展前景和和所面臨的困難，并對太陽能技發的發展提出了一建議。

關 鍵 詞: 太陽能 , 光伏發電 , 太陽能電池

引言

當電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經濟發展的瓶頸時，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，開發太陽能資源，尋求經濟發展的新動力。太陽能作為一種可再生的新能源，越來越引起人們的關注。中國蘊藏著豐富的太陽能資源，太陽能利用前景廣闊 我國太陽能的利用狀況與前景

2.1 光伏發電狀況

歷史與發展我國于 1958年開始研制太 陽能電池 ,1959年第一個 有使用價值的太陽能電池誕生 ,在1971年發射 的第 二顆人造衛星上首次應用太陽能電池;1979年開始生產單 晶硅電池;到2O世紀 8O年代 后期引進了國外的太 陽能電池生產線 和生產技術 ,太陽能電池 生產 能力達到4.5MW ,我國太陽能電池制造產業初 步形成.20世紀 90年代是我 國光伏 發電技術和產業快 速發展 的時期 ,光伏發 電逐漸應用到通信、農村偏遠地 區發電、氣象、交通等多個領域 ,太 陽能電池使用也 以每年 20% 的速率增 長.我國光伏系統組件生產能力逐年增強 ,成本不斷降低 ,市場不斷擴大 ,裝機 容量也不斷增加 ,2006年累計裝機容量達 35MW,約占世界份額的 3% 太陽能光伏發電產業是20世紀80年代以來世界上增長最快的高新技術產業之一.近20年來，我國光伏產業的發展已初具規模，但在總體水平上我國同國外相比還有很大差距，表現為：

1．生產規模小。我國太陽電池制造廠的生產能力約為0.5～1兆瓦/年，比國外生產規模低一個多數量級。

2．技術水平較低。電池效率、封裝水平同國外存在一定差距。

3．專用原材料國產化經過“八五”攻關取得一定成果，但性能有待進一步改進，部分材料仍采用進口品。

4．成本高。目前我國電池組件成本約30元/瓦，平均售價42元/瓦，成本和售價都高于國外產品。

5．市場培育和發展遲緩，缺乏市場培育和開拓的支持政策、措施。

2.2 光伏發電的前景

傳統的燃料能源正在一天天減少,與此同時全球還有約20億人得不到正常的能源供應。這個時候,人們把目光投向了可再生能源,希望可再生能源能夠改變人類的能源結構,維持長遠的可持續發展。

其中太陽能以其獨有的優勢成為人們關注的焦點。豐富的太陽輻射能，是取之不盡用之不竭、無污染、廉價的能源。太陽能每秒鐘到達地球的能量高達80萬千瓦，如果把地球表面0.1％的太陽能轉為電能，轉變率為5％，那么每年發電量可達5.6×1012千瓦時，相當于目前全世界能耗的40倍。將光能轉變為電能的光伏技術是一項非常重要的技術，它能夠實現人類向可持續的全球能源系統轉變。相對而言，目前這項技術的發展還處在初期階段，到2030年之后將會有很穩定和很高的增率，會成為可行的電力供應者。

隨著科技發展，預計2030年以后發電成本會繼續降低。所有技術如晶體硅、薄膜以及一些新概念將會在市場上大量涌現。如果新概念得以成功實施，模塊的轉換效率將進一步提高。最終，光伏模塊的能源轉換率將達到30％—50％，從而使太陽輻射能可以高效地使用。安裝在陽光充足地區的一平方米最高效的光伏模塊每年將發電1000千瓦時。到2030年，光伏系統組件將發展成建筑物通用的部件，可以實現大規模的標準化的具體應用，幾乎所有新建筑都將安裝光伏陣列，把光能轉化為電能。

未來幾十年，傳統能源仍將是主要的能源，但可再生能源的使用在不斷增加，將發揮重要作用。光伏發電、風能、生物質能、太陽能、水電和地熱能將以補充的形式配合供應需求。由于光伏發電具有節約成本的優勢，它被認為是太陽光照充分時期供應電力的首選。

歐盟希望能夠在2010年安裝3GW（百萬千瓦）的光伏發電裝置，在2030年安裝的光伏發電裝置可能增加到200GW左右，全世界可能會達到1000GW，占世界發電總量的4％。到2030年，光伏發電將會在發展中國家的鄉村大規模普及，為1億多個家庭供電，這將對今天尚不能用上電的17億人口中的5億人的生活產生積極影響。

為促進我國可再生能源和新能源技術及相關產業的發展，根據國家可再生能源中長期發展規劃，國家發展和改革委員會決定在2005～2007年期間，實施可再生能源和新能源高技術產業化專項。其中太陽能光伏發電、太陽能電池用硅錠/硅片以及高效低成本太陽能電池組件及系統控制部件的產業化成為可再生能源和新能源高技術產業化專項支持的重點領域之一。太陽能是潔凈無污染的巨大能源，最大限度地開發利用太陽能將是人類新能源利用方面的科技發展方向。近年來，由于世界能源的日趨緊張和光伏技術的不斷發展，廉價的非晶硅太陽電池的生產技術已經成熟。大規模的光伏發電，可解決廣大中西部無電地區居民的能源問題。專家預測，若光伏電池與城市和農村的建筑相結合，實行光伏并網發電，不但達到綠色環保的目的，而且會逐步改變我國傳統能源結構，對克服我國能源緊張、改善生態環境及人體健康具有重大意義。

非晶硅太陽電池的發展趨勢

非晶硅太陽電池無論在學術上還是在產業上都已取得巨大的成功。金世界的生產能力超過50兆瓦。處于高校術檔次的約占一半。最大的生產線規模為年產10mw組件。這種大規模高檔次生產線滿負荷正常運轉的生產成本已低達

1.1美元／峰瓦左右。據預測，若太陽電池成本低于每峰瓦，美元，壽命20年以上，發電系統成本低于每峰瓦2美元，則光伏發電電力將可與常規電力競爭。與其它品種太陽電池相比，非晶硅太陽電池更接近這一理想的目標。非晶硅大陽電池目前雖不能與常規電力競爭，但在許多特別的條件下，它不僅可以作為功率發電使用，而且具有比較明顯的優勢，比如說，依托于建筑物的屋頂電站，由于它不占地亂免除占地的開支，發電成本較低。作為聯網電站，不需要儲能裝備，太陽電池在發電成本中有最大比重，太陽電池低成本就會帶來電力低成本。

目前世界上非晶硅太陽電池總銷售量不到其生產能力的一半。應用上除了少數較大規模的試驗電站外仍然以小型電源和室內弱光電源為主。盡管晶體硅太陽電池生產成本是a-si電池的兩倍，但功率發電市場仍以晶體硅電池為主。這說明光伏發電市場尚未真正成熟。另一方面，非晶硅太陽電池必須跨過一個“門檻”才能進入大光伏市場，一旦跨過“門檻”，市場需求將帶動產業規模擴大，而規模越大生產成本越低。要突破“門檻”，一方面須加強市場開拓力度，加強營銷措施；另一方面政府應給予用戶以適當補貼鼓勵，刺激市場的擴大。許多發達國家正在推行的諸如“百萬屋頂計劃”這類光伏應用項目，就是這種努力的具體體現。

非晶硅太陽電池一方面面臨高性能的晶體硅電池防低成本努力的挑戰，一方面又面臨謙價的其它薄膜太陽電池日益成熟的產業化技術的挑戰。如欲獲得更大的發展，以便在未來的光伏能源中占據突出的位置，除了應努力開拓市場，將現有技術檔次的產品推向大規模功率發電應用外，還應進一步發揚它對晶體硅電池在成本價格上的優勢和對其它薄膜太陽電池枝術更成熟的優勢，在克服自身弱點上下功夫。進一步提高組件產品的穩定效率，延長產品使用壽命。比較具體的努力方向如下：

（1）加強a-si基礎材料亞穩特性及其克服辦法的研究，達到基本上消除薄膜硅太陽電池性能的光致衰退。

（2）加強晶化薄膜硅材料制備技術探索和研究，使未來的薄膜砍太陽電池產品既具備a-si薄膜太陽電池低成本的優勢，又具備晶體硅太陽電池長壽、高效和高穩定的優勢。

（3）加強帶有a-si合金薄膜成分或者具有a-si廉價特色的混合疊層電池的研究，把a-si太陽電池的優點與其它太陽電池的優點嫁接起來。

（4）選擇最娃的新枚術途徑，不夫時機地進行產業化技術開發。在更高的技術水平上實現更大規模的太陽電池產業化和市場商品化。迎接光伏能源時代的到來。

篇二：光伏材料加工與應用技術畢業論文

多晶硅的制備方法

摘要：低壓化學氣相沉積、固相晶化、準分子激光晶化、快速熱退火、金屬誘導晶化、等離子體增強化學反應氣相沉積等是目前用于制備多晶硅薄膜的幾種主要方法。它們具有各自不同的制備原理、晶化機理、及其優缺點。

關鍵詞：氫化非晶硅 多晶硅 晶化

The preparation methods of polycrystalline silicon film

Abstract: At present，The preparation methods of polycrystalline silicon film，including Low pressure Chemical Vapor Deposition、Solide Phase Crystallization、Excimer Laser Annealing、Rapid Thermal Annealing、Metal Induced Crystallization、plasma enhanced chemical vapor deposition，are being developed.we review typical preparation methods of

polycrystalline silicon film、Crystallization Mechanism、their Advantage and Disadvantage.Keywords: a-Si:Ｈ,Polycrystalline silicon, Crystallization 前言

多晶硅薄膜同時具有單晶硅材料的高遷移率及非晶硅材料的可大面積、低制備的優點。因此，對于多晶硅薄膜材料的研究越來越引起人們的關注，多晶硅薄膜的制備工藝可分為兩大類：一類是高溫工藝，制備過程中溫度高于600℃,襯底使用昂貴的石英，但制備工藝較簡單。另一類是低溫工藝，整個加工工藝溫度低于600℃，可用廉價玻璃作襯底，因此可以大面積制作，但是制備工藝較復雜。目前制備多晶硅薄膜的方法主要有如下幾種：

低壓化學氣相沉積（LPCVD）

這是一種直接生成多晶硅的方法。LPCVD是集成電路中所用多晶硅薄膜的制備中普遍采用的標準方法，具有生長速度快，成膜致密、均勻，裝片容量大等特點。多晶硅薄膜可采用硅烷氣體通過LPCVD法直接沉積在襯底上，典型的沉積參數是：硅烷壓力為13.3～26.6Pa，沉積溫度Td=580～630℃，生長速率5～

10nm/min。由于沉積溫度較高，如普通玻璃的軟化溫度處于500～600℃，則不能采用廉價的普通玻璃而必須使用昂貴的石英作襯底。LPCVD法生長的多晶硅薄膜，晶粒具有擇優取向，形貌呈“V”字形，內含高密度的微攣晶缺陷，且

晶粒尺寸小，載流子遷移率不夠大而使其在器件應用方面受到一定限制。雖然減少硅烷壓力有助于增大晶粒尺寸，但往往伴隨著表面粗糙度的增加，對載流子的遷移率與器件的電學穩定性產生不利影響。固相晶化(SPC)

所謂固相晶化，是指非晶固體發生晶化的溫度低于其熔融后結晶的溫度。這是一種間接生成多晶硅的方法，先以硅烷氣體作為原材料，用LPCVD方法在550℃左右沉積a-Si:H薄膜，然后將薄膜在600℃以上的高溫下使其熔化，再在溫度稍低的時候出現晶核，隨著溫度的降低熔融的硅在晶核上繼續晶化而使晶粒增大轉化為多晶硅薄膜。使用這種方法，多晶硅薄膜的晶粒大小依賴于薄膜的厚度和結晶溫度。退火溫度是影響晶化效果的重要因素，在700℃以下的退火溫度范圍內，溫度越低，成核速率越低，退火時間相等時所能得到的晶粒尺寸越大；而在700℃以上，由于此時晶界移動引起了晶粒的相互吞并，使得在此溫度范圍內，晶粒尺寸隨溫度的升高而增大。經大量研究表明，利用該方法制得的多晶硅晶粒尺寸還與初始薄膜樣品的無序程度密切相關，T.Aoyama等人對初始材料的沉積條件對固相晶化的影響進行了研究，發現初始材料越無序，固相晶化過程中成核速率越低，晶粒尺寸越大。由于在結晶過程中晶核的形成是自發的，因此，SPC多晶硅薄膜晶粒的晶面取向是隨機的。相鄰晶粒晶面取向不同將形成較高的勢壘，需要進行氫化處理來提高SPC多晶硅的性能。這種技術的優點是能制備大面積的薄膜, 晶粒尺寸大于直接沉積的多晶硅。可進行原位摻雜，成本低，工藝簡單，易于形成生產線。由于SPC是在非晶硅熔融溫度下結晶，屬于高溫晶化過程，溫度高于600℃，通常需要1100 ℃左右，退火時間長達10個小時以上，不適用于玻璃基底，基底材料采用石英或單晶硅，用于制作小尺寸器件，如液晶光閥、攝像機取景器等。

準分子激光晶化(ELA)

激光晶化相對于固相晶化制備多晶硅來說更為理想，其利用瞬間激光脈沖產生的高能量入射到非晶硅薄膜表面，僅在薄膜表層100nm厚的深度產生熱能效應，使a-Si薄膜在瞬間達到1000℃左右，從而實現a-Si向p-Si的轉變。在此過程中，激光脈沖的瞬間(15～50ns)能量被a-Si薄膜吸收并轉化為相變能，因此，不會有過多的熱能傳導到薄膜襯底，合理選擇激光的波長和功率，使用激光加熱就能夠使a-Si薄膜達到熔化的溫度且保證基片的溫度低于450℃，可以采用玻璃基板作為襯底，既實現了p-Si薄膜的制備，又能滿足LCD及OEL對透明襯底的要求。其主要優點為脈沖寬度短(15～50ns)，襯底發熱小。通過選擇還可獲得混合晶化，即多晶硅和非晶硅的混合體。準分子激光退火晶化的機理：激光輻射到a-Si的表面，使其表面在溫度到達熔點時即達到了晶化域值能量密度Ec。a-Si在激光輻射下吸收能量，激發了不平衡的－空穴對，增加了自由電子的導電能量，熱電子－空穴對在熱化時間內用無輻射復合的途徑將自己的能量傳給晶格，導致近表層極其迅速的升溫，由于非晶硅材料具有大量的隙態和深能級，無輻射躍遷是主要的復合過程，因而具有較高的光熱轉換效率，若激光的能量密度

達到域值能量密度Ec時，即半導體加熱至熔點溫度，薄膜的表面會熔化，熔化的前沿會以約10m/s的速度深入材料內部，經過激光照射，薄膜形成一定深度的融層，停止照射后，融層開始以108-1010K/s的速度冷卻，而固相和液相之間的界面將以1-2m/s的速度回到表面，冷卻之后薄膜晶化為多晶，隨著激光能量密度的增大，晶粒的尺寸增大，當非晶薄膜完全熔化時，薄膜晶化為微晶或多晶，若激光能量密度小于域值能量密度Ec，即所吸收的能量不足以使表面溫度升至熔點,則薄膜不發生晶化。一般情況下,能量密度增大，晶粒增大，薄膜的遷移率相應增大，當Si膜接近全部熔化時，晶粒最大。但能量受激光器的限制，不能無限增大，太大的能量密度反而令遷移率下降。激光波長對晶化效果影響也很大，波長越長，激光能量注入Si膜越深，晶化效果越好。ELA法制備的多晶硅薄膜晶粒大、空間選擇性好，摻雜效率高、晶內缺陷少、電學特性好、遷移率高達到400cm2/v.s，是目前綜合性能最好的低溫多晶硅薄膜。工藝成熟度高，已有大型的生產線設備，但它也有自身的缺點，晶粒尺寸對激光功率敏感，大面積均勻性較差。重復性差、設備成本高，維護復雜。

快速熱退火（RTA）

一般而言，快速退火處理過程包含三個階段：升溫階段、穩定階段和冷卻階段。當退火爐的電源一打開，溫度就隨著時間而上升，這一階段稱為升溫階段。單位時間內溫度的變化量是很容易控制的。在升溫過程結束后，溫度就處于一個穩定階段。最后，當退火爐的電源關掉后，溫度就隨著時間而降低，這一階段稱為冷卻階段。用含氫非晶硅作為初始材料，進行退火處理。平衡溫度控制在600℃以上，納米硅晶粒能在非晶硅薄膜中形成，而且所形成的納米硅晶粒的大小隨著退火過程中的升溫快慢而變化。在升溫過程中，若單位時間內溫度變化量較大時(如100℃/s)，則所形成納米硅晶粒較小(1.6～15nm)；若單位時間內溫度變化量較小(如1℃/s)，則納米硅粒較大(23～46nm)。進一步的實驗表明：延長退火時間和提高退火溫度并不能改變所形成的納米硅晶粒的大小；而在退火時，溫度上升快慢直接影響著所形成的納米硅晶粒大小。為了弄清楚升溫量變化快慢對所形成的納米硅大小晶粒的影響，采用晶體生長中成核理論。在晶體生長中需要兩步：第一步是成核，第二步是生長。也就是說。在第一步中需要足夠量的生長仔晶。結果顯

示：升溫快慢影響所形成的仔晶密度.若單位時間內溫度變化量大,則產生的仔晶密度大；反之,若單位時間內溫度變化量小，則產生的仔晶密度小。RTA退火時升高退火溫度或延長退火時間并不能消除薄膜中的非晶部分，薛清等人提出一種從非晶硅中分形生長出納米硅的生長機理：分形生長。從下到上，只要溫度不太高以致相鄰的納米硅島不熔化，那么即使提高退火溫度或延長退火時間都不能完全消除其中的非晶部分。RTA退火法制備的多晶硅晶粒尺寸小，晶體內部晶界密度大，缺陷密度高，而且屬于高溫退火方法，不適合于以玻璃為襯底制備多晶硅。等離子體增強化學反應氣相沉積（PECVD）

等離子體增強化學反應氣相沉積（PECVD）法是利用輝光放電的來激活化學氣相沉積反應的。起初，氣體由于受到紫外線等高能宇宙射線的輻射，總不可避免的有輕微的電離，存在著少量的電子。在充有稀薄氣體的反應容器中引進激發源（例如，直流高壓、射頻、脈沖電源等），電子在電場的加速作用下獲得能量，當它和氣體中的中性粒子發生非彈性碰撞時，就有可能使之產生二次電子，如此反復的進行碰撞及電離，結果將產生大量的離子和電子。由于其中正負粒子數目相等。故稱為等離子體，并以發光的形式釋放出多余的能量，即形成“輝光”。在等離子體中，由于電子和離子的質量相差懸殊，二者通過碰撞交換能量的過程比較緩慢，所以在等離子體內部各種帶電粒子各自達到其熱力學平衡狀態，于是在這樣的等離子體中將沒有統一的溫度，就只有所謂的電子溫度和離子溫度。此時電子的溫度可達104℃，而分子、原子、離子的溫度卻只有25～300℃。所以，從宏觀上來看，這種等離子的溫度不高，但其內部電子卻處于高能狀態，具有較高的化學活性。若受激發的能量超過化學反應所需要的熱能激活，這時受激發的電子能量（1～10eV）足以打開分子鍵，導致具有化學活性的物質產生。因此，原來需要高溫下才能進行的化學反應，通過放電等離子體的作用，在較低溫度下甚至在常溫下也能夠發生。

PECVD法沉積薄膜的過程可以概括為三個階段：

1.SiH4分解產生活性粒子Si、H、SiH2 和SiH3等；

2.活性粒子在襯底表面的吸附和擴散；

3.在襯底上被吸附的活性分子在表面上發生反應生成Poly-Si層，并放出H2；研究表面，在等離子體輔助沉積過程中，離子、荷電集團對沉積表面的轟擊作用是影響結晶質量的重要因素之一。克服這種影響是通過外加偏壓抑制或增強。對于采用PECVD技術制備多晶體硅薄膜的晶化過程,目前有兩種主要的觀點.一種認為是活性粒子先吸附到襯底表面,再發生各種遷移、反應、解離等表面過程,從而形成晶相結構,因此,襯底的表面狀態對薄膜的晶化起到非常重要的作用.另一種認為是空間氣相反應對薄膜的低溫晶化起到更為重要的作用,即具有晶相結構的顆粒首先在空間等離子體區形成,而后再擴散到襯底表面長大成多晶膜。對于SiＨ4:Ｈ2氣體系統,有研究表明,在高氫摻雜的條件下,當用RF PECVD的方法沉積多晶硅薄膜時,必須采用襯底加熱到600℃以上的辦法,才能促進最初成長階段晶核的形成。而當襯底溫度小于300℃時,只能形成氫化非晶硅(a-Si:Ｈ)薄膜。以SiＨ4:Ｈ2為氣源沉積多晶硅溫度較高，一般高于600℃，屬于高溫工藝，不適用于玻璃基底。目前有報道用SiC14:H2或者SiF4:H2為氣源沉積多晶硅，溫度較低，在300℃左右即可獲得多晶硅，但用CVD法制備得多晶硅晶粒尺寸小，一般不超過50nm，晶內缺陷多，晶界多。金屬橫向誘導法(MILC)

20世紀90年代初發現a-Si中加入一些金屬如Al，Cu，Au，Ag，Ni等沉積在a-Si∶H上或離子注入到a-Si∶H薄膜的內部，能夠降低a-Si向p-Si轉變的相變能量，之后對Ni/a-Si:H進行退火處理以使a-Si薄膜晶化，晶化溫度可低于500℃。但由于存在金屬污染未能在TFT中應用。隨后發現Ni橫向誘導晶化可以避免孿晶產生，鎳硅化合物的晶格常數與單晶硅相近、低互溶性和適當的相變能量，使用鎳金屬誘導a-Si薄膜的方法得到了橫向

結晶的多晶硅薄膜。橫向結晶的多晶硅薄膜的表面平滑，具有長晶粒和連續晶界的特征，晶界勢壘高度低于SPC多晶硅的晶界勢壘高度，因此，MILC TFT具有優良的性能而且不必要進行氫化處理。利用金屬如鎳等在非晶硅薄膜表面形成誘導層，金屬Ni與a-Si在界面處形成NiSi2的硅化物，利用硅化物釋放的潛熱及界面處因晶格失錯而提供的晶格位置，a-Si原子在界面處重結晶，形成多晶硅晶粒，NiSi2層破壞，Ni原子逐漸向a-Si層的底層遷移，再形成NiSi2硅化物，如此反復直a-Si層基本上全部晶化，其誘導溫度一般在500℃，持續時間在

1O小時左右，退火時間與薄膜厚度有關。

金屬誘導非晶硅晶化法制備多晶硅薄膜具有均勻性高、低、相連金屬掩蔽區以外的非晶硅也可以被晶化、生長溫度在500℃。但是MILC目前它的晶化速率仍然不高，并且隨著熱處理時間的增長速率會降低。我們采用MILC和光脈沖輻射相結合的方法，實現了a-Si薄膜在低溫下快速橫向晶化。得到高遷移率、低金屬污染的多晶硅帶。

結束語

除了上述幾種制備多晶硅薄膜的主要方法外，還有超高真空化學氣相沉積(UHV/CVD)、電子束蒸發等。用UHV/CVD生長多晶硅，當生長溫度低于550℃時能生成高質量細顆粒多晶硅薄膜，不用再結晶處理，這是傳統CVD做不到的，因此該法很適用于低溫多晶硅薄膜晶體管制備。另外，日立公司研究指出，多晶硅還可用電子束蒸發來實現，溫度低于530℃。因此，我們相信隨著上述幾種多晶硅制備方法的日益成熟和新的制備方法的出現，多晶硅技術的發展必將跨上一個新的臺階，從而推動整個半導體產業和相關行業的發展。[1] 懂會寧等，非晶硅的二步快速退火固相晶化,四川大學學報[J], 1995, 0l：95～97

[2] 曾祥斌。多晶硅薄膜的新型激光晶化制備方法[J]電子元件與材料，2000，01：7～8

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篇三：光伏材料加工與應用技術

附件一：江西省高等教育自學考試光伏材料加工與應用技術專業（專科）考試計劃

一、指導思想

高等教育自學考試是我國高等教育基本制度之一，是對社會自學者進行的 以學歷考試為主的高等教育國家考試，也是一種個人自學、社會助學與國家考試相結合的高等教育形式，是我國高等教育體系的重要組成部分。

光伏材料加工與應用技術專業是為社會經濟建設發展需要，培養從事能在光伏材料行業生產加工、產品檢測與質量控制、生產技術管理等工作的技術應用型人才而設置。根據高等教育自學考試的特點，著重考核自學應考者掌握基本理論、基本知識的程度以及運用基本知識分析和解決問題的能力。

二、培養目標和基本要求

本專業培養和造就適應經濟建設發展需要，能在光伏材料行業工作的技術應用型人才。

本專業要求應考者努力學習馬克思列寧主義、毛澤東思想，樹立愛國主義、集體主義和社會主義思想，遵守法律、法規，具有良好的思想品德。具有太陽能光伏產業及光伏材料基礎理論知識，系統掌握光伏材料加工與應用技術，現代企業管理意識強、綜合素質高，具有在光伏材料行業從事生產加工、產品檢測與質量控制、生產技術管理等工作的基本技能。

三、學歷層次與規格

本專業為專科層次。其專業培養規格在總體上與普通高等教育專科水平相一致。

凡取得專科規定的十六門課程合格成績，累計不少于75學分，實踐考試合格、思想品德經鑒定合格者，發給省自考委頒發的畢業證書（主考學校副署），國家承認學歷，享受國家規定的有關待遇。

四、考試課程及學分 專業代碼：080204

五、部分課程說明

1、材料科學概論

本課程主要講授材料科學的基本問題、共性問題，將金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料緊密結合在一起，使學生在初步把握材料共性的同時了解材料的個性。

2、電工與電子技術

本課程主要講授電路的基本理論和基本分析方法，直流電路分析，正弦交流電路分析，三相異步電動機的工作原理及其控制方法，以及半導體元件二極管及整流電路、三極管及其放大電路、場效應管及其放大電路以及集成運算放大器的應用。

3、材料化學

本課程主要講授材料制備、組成、結構、性質和應用。重點介紹了陶瓷新品種(包括超導材料)、磁性材料、分子電子學材料、功能高分子材料、薄膜材料、金屬和合金材料、非線性光學材料和發光材料在傳感器領域中的應用，以及材料化學實驗技術有關內容。

4、太陽能光伏發電技術

本課程主要講授太陽能光電利用方面的基礎知識，包括太陽電池和太陽電池組件的原理、結構及生產工藝，并論述各種光伏系統的基本工作原理和設計方法，以及光伏系統的主要部件，如蓄電池、控制電路的基本原理和光伏系統運行方式等。

[關于光伏材料加工與應用技術就業前景]