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單晶硅 多晶硅 非晶硅的區別

作者:admin 發布日期:2018/4/3 關注次數: 二維碼分享

單晶硅 多晶硅 非晶硅的區別

多晶硅,單晶硅,非晶硅

 

單晶硅多晶硅非晶硅,是一種用來制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,較早問世的是單晶硅太陽能電池。硅是地球上極豐富的一種元素,幾乎遍地都有硅的存在,可說是取之不盡,用硅來制造太陽能電池,原料可謂不缺,但是提煉它卻不容易,所以人們在生產單晶硅太陽能電池的同時,又研究了多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池,至今商業規模生產的太陽能電池,還沒有跳出硅的系列。

其實可供制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制的太陽能電池,除硅系列外,還有硫化鎘、砷化鎵、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 單晶硅片

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,產品已廣泛用于宇宙空間和地面設施。這種太陽能電池以高純的單晶硅棒為原料,純度要求99.999%。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。

將單晶硅棒切成片,一般片厚約0.3毫米。硅片經過成形、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。這樣就在硅片上形成P/FONT>N結。

然后采用絲網印刷法,將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,至此,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,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,較后用框架和封裝材料進行封裝。

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18%左右,實驗室成果也有23%以上的。用于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 多晶硅片

單晶硅太陽能電池的生產需要消耗大量的高純硅材料,而制造這些材料工藝復雜,電耗很大,在太陽能電池生產總成本中己超二分之一,加之拉制的單晶硅棒呈圓柱狀,切片制作太陽能電池也是圓片,組成太陽能組件平面利用率低。因此,80年代以來,歐美一些國家投入了多晶硅太陽能電池的研制。

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

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硅頭尾料,經破碎,用15的氫氟酸和硝酸混合液進行適當的腐蝕,然后用去離子水沖洗呈中性,并烘干。用石英坩堝裝載晶硅料,加入適量硼硅,放入澆鑄爐,在真空狀態中加熱熔化。熔化后應保溫約20分鐘,然后注入石墨鑄模中,待慢慢凝固冷卻后,即得多晶硅錠。

這種硅錠可鑄成立方體,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。

多晶硅太陽能電池的制作工藝與單晶硅太陽能電池差不多,其光電轉換效率約15%左右,稍低于單晶硅太陽能電池,但是材料制造簡便,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,目前多晶硅的轉換效率也可以達到17%左右。

4 非晶硅片

非晶硅太陽能電池是1976年出現的新型薄膜式太陽能電池,它與單晶硅和多晶硅太陽能電池的制作方法完全不同,硅材料消耗很少,電耗更低,非常吸引人。

制造非晶硅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硅烷法等。

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硅烷,用射頻電源加熱,使硅烷電離,形成等離子體。非晶硅膜就沉積在被加熱的襯底上。若硅烷中摻人適量的氫化磷或氫化硼,即可得到N型或P型的非晶硅膜。襯底材料一般用玻璃或不銹鋼板。

這種制備非晶硅薄膜的工藝,主要取決于嚴格控制氣壓、流速和射頻功率,對襯底的溫度也很重要。

非晶硅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型非晶硅,再沉積一層未摻雜的i層,然后再沉積一層摻硼的P型非晶硅,較后用電子束蒸發一層減反射膜,并蒸鍍銀電極。此種制作工藝,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,非晶硅太陽能電池很薄,可以制成疊層式,或采用集成電路的方法制造,在一個平面上,用適當的掩模工藝,一次制作多個串聯電池,以獲得較高的電壓。因為普通晶體硅太陽能電池單個只有0.5伏左右的電壓,現在日本生產的非晶硅串聯太陽能電池可達2.4伏。

目前非晶硅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,所以尚未大量用于作大型太陽能電源,而多半用于弱光電源,如袖珍式電子計算器、電子鐘表及復印機等方面。

估計效率衰降問題克服后,非晶硅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,它可以與房屋的屋面結合構成住戶的獨立電源。

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