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單晶矽 多晶矽 非晶矽的區別

作者:admin 發布日期:2018/4/3 關注次數: 二維碼分享

單晶矽 多晶矽 非晶矽的區別

多晶矽,單晶矽,非晶矽

 

單晶矽多晶矽非晶矽,是一種用來製作太陽能電池板的原材料。

 

 1.電池片區別

電池片區別太陽能電池,較早問世的是單晶矽太陽能電池。矽是地球上極豐富的一種元素,幾乎遍地都有矽的存在,可說是取之不盡,用矽來製造太陽能電池,原料可謂不缺,但是提煉它卻不容易,所以人們在生產單晶矽太陽能電池的同時,又研究了多晶矽太陽能電池和非晶矽太陽能電池,至今商業規模生產的太陽能電池,還沒有跳出矽的係列。

其實可供製造太陽能電池的半導體材料很多,隨著材料工業的發展、太陽能電池的品種將越來越多。目前已進行研究和試製的太陽能電池,除矽係列外,還有硫化鎘、砷化镓、銅銦硒等許多類型的太陽能電池,舉不勝舉,以下介紹幾種較常見的太陽能電池。

 

2 單晶矽片

當前開發程度較高的一種太陽能電池,它的構成和生產工藝已定型,產品已廣泛用於宇宙空間和地麵設施。這種太陽能電池以高純的單晶矽棒為原料,純度要求99.999%。為了降低生產成本,現在地麵應用的太陽能電池等采用太陽能級的單晶矽棒,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矽材料,經過複拉製成太陽能電池專用的單晶矽棒。

將單晶矽棒切成片,一般片厚約0.3毫米。矽片經過成形、拋磨、清洗等工序,製成待加工的原料矽片。

加工太陽能電池片,首先要在矽片上摻雜和擴散,一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴散是在石英管製成的高溫擴散爐中進行。這樣就在矽片上形成P/FONT>N結。

然後采用絲網印刷法,將配好的銀漿印在矽片上做成柵線,經過燒結,同時製成背電極,並在有柵線的麵塗覆減反射源,以防大量的光子被光滑的矽片表麵反射掉,至此,單晶矽太陽能電池的單體片就製成了。

單體片經過抽查檢驗,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),用串聯和並聯的方法構成一定的輸出電壓和電流,較後用框架和封裝材料進行封裝。

用戶根據係統設計,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。目前單晶矽太陽能電池的光電轉換效率為18%左右,實驗室成果也有23%以上的。用於宇宙空間站的還有高達50%以上的太陽能電池板。

 

單晶代表單個晶體,多晶則代表多個晶體

3 多晶矽片

單晶矽太陽能電池的生產需要消耗大量的高純矽材料,而製造這些材料工藝複雜,電耗很大,在太陽能電池生產總成本中己超二分之一,加之拉製的單晶矽棒呈圓柱狀,切片製作太陽能電池也是圓片,組成太陽能組件平麵利用率低。因此,80年代以來,歐美一些國家投入了多晶矽太陽能電池的研製。

目前太陽能電池使用的多晶矽材料,多半是含有大量單晶顆粒的集合體,或用廢次單晶矽料和冶金級矽材料熔化澆鑄而成。

其工藝過程是選擇電阻率為100300歐姆·厘米的多晶塊料或單晶矽頭尾料,經破碎,用15的氫氟酸和硝酸混合液進行適當的腐蝕,然後用去離子水衝洗呈中性,並烘幹。用石英坩堝裝載晶矽料,加入適量硼矽,放入澆鑄爐,在真空狀態中加熱熔化。熔化後應保溫約20分鍾,然後注入石墨鑄模中,待慢慢凝固冷卻後,即得多晶矽錠。

這種矽錠可鑄成立方體,以便切片加工成方形太陽能電池片,可提高材質利用率和方便組裝。

多晶矽太陽能電池的製作工藝與單晶矽太陽能電池差不多,其光電轉換效率約15%左右,稍低於單晶矽太陽能電池,但是材料製造簡便,節約電耗,總的生產成本較低,因此得到大量發展。隨著技術得提高,目前多晶矽的轉換效率也可以達到17%左右。

4 非晶矽片

非晶矽太陽能電池是1976年出現的新型薄膜式太陽能電池,它與單晶矽和多晶矽太陽能電池的製作方法完全不同,矽材料消耗很少,電耗更低,非常吸引人。

製造非晶矽太陽能電池的方法有多種,較常見的是輝光放電法,還有反應濺射法、化學氣相沉積法、電子束蒸發法和熱分解矽烷法等。

輝光放電法是將一石英容器抽成真空,充入氫氣或氬氣稀釋的矽烷,用射頻電源加熱,使矽烷電離,形成等離子體。非晶矽膜就沉積在被加熱的襯底上。若矽烷中摻人適量的氫化磷或氫化硼,即可得到N型或P型的非晶矽膜。襯底材料一般用玻璃或不鏽鋼板。

這種製備非晶矽薄膜的工藝,主要取決於嚴格控製氣壓、流速和射頻功率,對襯底的溫度也很重要。

非晶矽太陽能電池的結構有各種不同,其中有一種較好的結構叫PiN電池,它是在襯底上先沉積一層摻磷的N型非晶矽,再沉積一層未摻雜的i層,然後再沉積一層摻硼的P型非晶矽,較後用電子束蒸發一層減反射膜,並蒸鍍銀電極。此種製作工藝,可以采用一連串沉積室,在生產中構成連續程序,以實現大批量生產。

同時,非晶矽太陽能電池很薄,可以製成疊層式,或采用集成電路的方法製造,在一個平麵上,用適當的掩模工藝,一次製作多個串聯電池,以獲得較高的電壓。因為普通晶體矽太陽能電池單個隻有0.5伏左右的電壓,現在日本生產的非晶矽串聯太陽能電池可達2.4伏。

目前非晶矽太陽能電池存在的問題是光電轉換效率偏低,國際先進水平為10%左右,且不夠穩定,常有轉換效率衰降的現象,所以尚未大量用於作大型太陽能電源,而多半用於弱光電源,如袖珍式電子計算器、電子鍾表及複印機等方麵。

估計效率衰降問題克服後,非晶矽太陽能電池將促進太陽能利用的大發展,因為它成本低,重量輕,應用更為方便,它可以與房屋的屋麵結合構成住戶的獨立電源。

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