单晶硅、多晶硅、非晶硅电池的性能和制造工艺介绍

  • 2019-06-20
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硅在地球上的储量非常丰富,能够用于太阳能电池的材料,但是其提炼过程并不简单。现在的太阳能电池包括单晶硅电,多晶硅,非晶硅电池,那么这些电池有什么区别呢?


硅在地球上的储量非常丰富,能够用于太阳能电池的材料,但是其提炼过程并不简单。现在的太阳能电池包括单晶硅电,多晶硅,非晶硅电池,那么这些电池有什么区别呢?

晶体硅电池现状

近5年来,中国光伏电池产量年增长速度为1-3倍,光伏电池产量占全球产量的比例也由2002年1.07%增长到2008年的近15%。商业化晶体硅太阳能电池的效率也从3年前的13%-14%提高到16%-17%。总体来看,中国太阳能电池的国际市场份额和技术竞争力大幅提高。在产业布局上,中国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区,已经形成了各具特色的太阳能产业集群。

太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位,不但要替代部分常规能源,而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年,可再生能源在总能源结构中将占到30%以上,而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上;到2040年,可再生能源将占总能耗的50%以上,太阳能光伏发电将占总电力的20%以上;到21世纪末,可再生能源在能源结构中将占到80%以上,太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。由此可以看出,太阳能电池市场前景广阔。

目前太阳能电池主要包括晶体硅电池和薄膜电池两种,它们各自的特点决定了它们在不同应用中拥有不可替代的地位。但是,未来10年晶体硅太阳能电池所占份额尽管会因薄膜太阳能电池的发展等原因而下降,但其主导地位仍不会根本改变;而薄膜电池如果能够解决转换效率不高、制备薄膜电池所用设备价格昂贵等问题,会有巨大的发展空间。

单晶硅、多晶硅、非晶硅电池介绍

1. 单晶硅太阳电池

单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池,它的构成和生产工艺已定型,产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料,纯度要求99.9999%。为了降低生产成本,现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒,材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料,经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。将单晶硅棒切成片,一般片厚约0.3毫米。硅片经过成形、抛磨、清洗等工序,制成待加工的原料硅片。

单体片经过抽查检验,即可按所需要的规格组装成太阳电池组件(太阳电池板),用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流,最后用框架和封装材料进行封装。用户根据系统设计,可将太阳电池组件组成各种大小不同的太阳电池方阵,亦称太阳电池阵列。目前市场上的单晶硅太阳电池的光电转换平均效率为19%左右,个别公司最近推出的新产品普遍都超出这个值。实验室成果普遍在 20%以上。用于宇宙空间站的还有高达50%以上的太阳能电池板。

2. 多晶硅太阳电池

单晶硅太阳电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料,而制造这些材料工艺复杂,电耗很大,在太阳电池生产总成本中己超二分之一,加之拉制的单晶硅棒呈圆柱状,切片制作太阳电池也是圆片,组成太阳能组件平面利用率低。因此,80年代以来,欧美一些国家投入了多晶硅太阳电池的研制。

多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多,其光电转换效率约12%左右,稍低于单晶硅太阳电池,但是材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展。随着技术得提高,目前多晶硅的转换效率也可以达到18%左右。

3. 非晶硅太阳电池

非晶硅太阳电池是1976年有出现的新型薄膜式太阳电池,它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同,硅材料消耗很少,电耗更低,非常吸引人。

目前非晶硅太阳电池存在的问题是光电转换效率偏低,国际先进水平为10%左右,且不够稳定,常有转换效率衰降的现象,所以尚未大量用于作大型太阳能电源,而多半用于弱光电源,如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机等方面。估计效率衰降问题克服后,非晶硅太阳电池将促进太阳能利用的大发展,因为它成本低,重量轻,应用更为方便,它可以与房屋的屋面结合构成住户的独立电源。

单晶硅、多晶硅、非晶硅电池制造工艺区别

多晶硅太阳能电池制造过程中消耗的能量要比单晶硅太阳能电池少30%左右,因此多晶硅太阳能电池占全球太阳能电池总产量的份额大,制造成本也小于单晶硅电池,所以使用多晶硅太阳能电池将会更加的节能、环保。

其实可供制造太阳电池的半导体材料很多,随着材料工业的发展、太阳电池的品种将越来越多。目前已进行研究和试制的太阳电池,除硅系列外,还有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等许多类型的太阳电池,举不胜举,通常这些材料都会用来制作非晶硅电池。

所以,我们在选择光伏组件的时候,建议根据实际情况选择晶体硅光伏组件比较成熟的产品,对于单晶、多晶,一直有争论,安装商对家庭光伏发电系统的发电量并无多大区别,单晶的利用面积会比较高,单晶在面积利用率上会比较好;多晶市场比例比较高,应用的比较广,价格方面也是有一定的优势。

现在我国在提取硅原料的技术上还存在不足,行业还有很大的上升空间,企业也需要在相关工艺上做更多的研究,提升企业的产业供给能力。


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