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1、2007-10,光伏技术介绍,2007-10,2,涉及面广、技术含量高、用途广泛,涉及物理、化学、光学、材料、化工、电子、通讯、 机械等专业,一、产业及技术背景,2007-10,2007-10,3,光 伏（PV）技 术 的 现 状 与 发 展 趋 势 光伏产业链中，光伏电池的制造是核心环节，其作用犹如微电子产业链中的芯片制造一样。 光伏电池制造技术研发有二大目标：一是提高太阳能电池的光电转换效率，二是降低其生产 成本。为达到这二个目标，就需要寻求高性能的光电转换材料和适合于规模生产的制造工艺技术。 从技术开发的成熟程度和市场占有率区分，光伏（PV）技术大体上可列出以下三代 第一代PV技术 用晶
2、硅（单晶硅和多晶硅）技术制造太阳能电池 第二代PV技术 用薄膜技术制造太阳能电池 第三代PV技术 新颖的革命性的概念、材料及开发新技术 三代PV技术的比较、发展趋势、市场份额,2007-10,2007-10,4,晶硅太阳能电池制造技术 是目前主流的太阳能电池制造技术 硅材料资源丰富，研究比较透彻 借助半导体制造工艺（如扩散、刻蚀、镀膜等），技术成熟 晶硅太阳能电池转换效率高（sc-Si 16-17%，mc-Si 14-15%） 制造成本高 制造晶硅太阳能电池的主要流程为： 硅片清洗、制绒 扩散 刻蚀 去磷硅玻璃（PSG） 镀膜（SiN） 丝网印刷 焊接、烧结 测试分档 趋势使用廉价硅料（电子级
3、太阳能级；单晶多晶） 薄硅片（200m）的加工工艺技术（电池片、组件的封装集成） 进一步提高光电转换效率（电池：20%25%；组件：16%22%）,2007-10,2007-10,5,晶 硅 太 阳 能 电 池 的 基 本 结 构,抗反射膜,上电极,下电极,-,+,光子,耗尽区,- - - - - - - - - -,+ + + + + + + + + +,（PV-en.ppt）,2007-10,2007-10,6,硅用量 g/Wp,2007-10,2007-10,7,薄 膜 太 阳 能 电 池 制 造 技 术, 硅料短缺和降低成本的推动，各类薄膜太阳能电池制造技术的研发及产业化步伐正 在加快
4、 用淀积在（玻璃板或不锈钢板）衬底上的薄膜半导体材料制作太阳能电池 常用的薄膜材料有：非晶硅 非晶硅/微晶硅（Si/Si） 碲化镉（CdTe） 铜铟硒（CIS）或铜铟镓硒（CIGS）等 通常在1米大小的衬底上淀积1至数微米厚的薄膜制作太阳能电池 薄膜技术可以减少材料使用量，加工过程需要的人员和能耗也少，有望提高规模生 产效率。近十年来，薄膜技术在改进太阳能电池的光电转换效率，降低成本方面的 进展迅猛，非晶硅薄膜太阳能电池已经工业化生产，非晶硅/微晶硅和铜铟镓硒光伏 电池的制造近年来已由中试生产向工业化规模生产转化，已开发出专门的加工工艺、 生产技术和专用制造设备，正很快地切入市场 二种目前进展
5、迅速、最具市场前途的薄膜太阳能电池制造技术 铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池制造技术 非晶硅/微晶硅（Si/Si）叠层太阳能电池制造技术,2007-10,2007-10,8,United Solar Ovonic公司的三结非晶硅薄膜太阳能电池示意图 将具有不同光吸收特性的材料连续地一层叠一层淀积，成为三结结构，提高光电转换效率 低照度下的效率、组件效率稳定性及在高温下的损失均比晶硅技术电池组件优 = 6-8%（高照度），7-9%（低照度）,非 晶 硅 薄 膜 技 术,(United Solar Ovonic),2007-10,2007-10,9,硅基 90%77% 薄膜等 10% 23%,200
6、7-10,2007-10,10,不同的技术产品会在PV 不同的应用领域（联网系统、独立离网系统、消费电子产品等）找到其用途。,不 同 技 术 太 阳 能 电 池 占 有 的 市 场 份 额,新概念技术,薄膜技术,晶硅技术,2007-10,2007-10,11,各 种 PV 电 池 的 光 电 转 换 效 率 比 较,2007-10,2007-10,12,设 备, 光伏市场的需求推动了光伏产业的发展，也给作为光伏产业链中重要一环的光 伏设备行业的发展创造了极好的机遇。太阳能电池产业正处于转折时期，PV设备市场总 值2010年将达到30亿美元 (225亿人民币），薄膜技术设备市场的增长速率将远高于
7、晶 硅技术设备（AM公司太阳能电池制造设备计划在07财年获得4亿美元订单，到今年7月 已获超过2亿美元合同） 一代技术、一代设备、一代产品 设备是PV产业的支柱之一，PV技术的发展及PV市场的扩展对PV设备制造业提出了 更高的要求，设备是实现技术转换为市场能接受的产品的关键之一（成本/转换效率） 晶硅技术设备 薄膜技术设备 （未来技术设备） PV 电池制造设备发展趋势 用于大大降低每瓦硅和能量使用量的结晶和硅片加工（包括硅带）设备。 低价格、全自动、标准化的加工设备。 开发高产额、低成本、大面积制造薄膜电池的加工方法及设备,2007-10,13,中国已成为光伏产业发展最快的国家, 最近五年产量
8、增长184倍，产能增加700倍 截止十月底,产能已超过2900MW 2007年新增69条线 2004年产量一举超过澳大利亚和印度成为 国际第四大生产国（地区） 2006年产量超过美国排名全球第三,2007-10,14,十家光伏企业国外上市,2007-10,15,涉足光伏行业的国内上市公司达十二家,G 天 威 -天威英利（多晶硅、硅片、电池、组件） 航天机电-上海太阳能科技（电池、组件） 深南玻 A-深圳南玻光伏（白玻璃、多晶硅、电池） 特变电工-新疆新能源（组件、应用系统） 杉杉股份-宁波杉杉优利卡（电池、组件） 交大南洋-上海交大泰阳（电池、组件、应用系统） 乐山电力-新光硅业（多晶硅） 江
9、苏阳光-宁夏石嘴山硅业（多晶硅） 新 华 光 -云南天达光伏（电池、组件） ,2007-10,2007-10,16,800（预计）,2003年2007上半年国内太阳能电池生产设备销售额,（1-6月）,电池制造设备/材料生长加工设备：33/67 （2005）；27/73（2006）,2006比 2005增长率：电池制造设备 70%；材料生长加工设备 92%,2007-10,2007-10,17,晶硅技术PV电池制造设备： 国内设备制造厂（所）已具备了PV电池生产线整线装备能力： 清洗制绒机 扩散炉 刻蚀机 PECVD 丝网印刷机 低温烘干炉 烧结炉 48所、45所、2所、七星华创、43所恒力公司
10、 设备技术水平整体不高，缺乏自动化的大生产设备 以单机供应客户为主，不能向客户提供“交钥匙”的完整成套生产线设备 趋势：批次加工设备 全自动连续（in line)加工设备 手动 单机自动化 整线自动化 适应薄硅片（200m)的加工设备,BTU 连续式链式扩散炉（151.5m）：10-35 MW/年；烘干/烧结一体炉：30 MW/年 ROTH & RAU PECVD抗反射层镀膜设备： 10-100 MW/年,2007-10,18,太阳能电池生产过程及装备,清洗 制绒,去PSG,制备 氮化硅,印刷 背电极,烘干,印刷 背电场,烘干,印刷 正电极,烘干 烧结,测试 分选,包装,2007-10,19,
11、影响太阳能电池光电转换效率的主要因素有： （一）、晶体硅电池片本身晶格质量 （二）、硅片表面绒面质量 （三）、PN结质量 （四）、周边PN结去除质量 （五）、减反射氮化硅膜质量 （六）、金属栅线印刷质量 （七）、欧姆接触表面质量,关键电池片制造设备,与之相对应的关键工艺设备有： （一）清洗制绒设备 （二）扩散炉 （三）刻蚀机 （四）PECVD （五）丝网印刷机 （六）快速烧结炉,2007-10,20,太阳能电池制造工艺对应的设备仪器1,2007-10,21,太阳能电池制造工艺对应的设备仪器2,2007-10,22,* 国际上156X156硅片的设备已成主流 210X210硅片的设备也已开始使用
12、 适合硅片厚度180微米的设备已大量使用 （ 软接触技术、防翘曲烧结等技术大量应用， 有效降低了整线的碎片率）,2007-10,23,清洗/制绒机,功能：去除硅片表面油污、损伤层、金属离子，制 绒、自然氧化。 1、清洗液自动搅动技术，清洗/制绒效果更好 2、节水节液技术，降低清洗成本 3、新型非金属材料融合技术，有效杜绝了微漏， 保护了电气系统，更可靠更安全 4、环保清洗/制绒液的应用，降低了后续处理成本,2007-10,24,扩散炉,功能：向硅片内掺入五价P-离子，结深在0.30.5m, 电阻在2070/ 间 （1）大容量反应器热场及气氛场控制技术 （2）闭管扩散减少源消耗技术 （3）悬臂载
13、片软着陆技术 （4）洁净扩散技术,2007-10,25,全封闭洁净扩散,开管扩散-闭管扩散-全封闭扩散 1、大大减少偏磷酸排放 2、石英管及舟的清洗周期延长十倍以上 3、具备环保处理功能,2007-10,26,链式扩散重新受到关注,优势： 1、硅片的方块电阻均匀性较管式更好 2、适合薄、大硅片工艺，硅片变形小 3、生产效率高 4、自动上下片，避免人工污染 5、不会出现偏磷酸污染硅片问题 6、不需清洗反应管和石英舟,2007-10,27,链式扩散技术,劣势： 1、需前后道支持，自动化衔接支出大 2、表面偏磷酸挥发物会固结在灯管表面,2007-10,28,功能：干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧
14、交替对硅作用，去除含有扩散层的周边 1、片架旋转密封技术：提高刻蚀均匀性 2、硅片放置自动压紧技术，减少钻蚀 3、低成本紧奏型RF电源技术,刻蚀机等离子刻蚀机,2007-10,29,1、激光刻蚀：适合选择性刻蚀，刻蚀效果好，对硅片尺寸要求严格。国外大量使用，国内效果不佳 2、湿法刻蚀：价格昂贵，刻蚀效果好、成本高,刻蚀机激光刻蚀和湿法刻蚀,2007-10,30,PECVD-管式,功能：利用辉光放电的物理作用来激活化学汽相淀积反应，在硅片表面生长一层氮化硅薄膜 发展方向：大容量、高均匀性、自动装卸 片、自适应电极清洗,2007-10,31,PECVD-管式,关键技术： （1）大容量反应器等离子场
15、均匀形成技术 （2）先进的石墨电极设计加工技术 （3）低频大功率RF稳定输出技术 （4）高稳定性的真空压力控制技术,2007-10,32,PECVD-平板式,发展方向： 1、提高减反射膜致密性 2、大反应腔室热场及气氛场 3、远程自诊断，提高设备使用率 4、薄硅片软接触，降低碎片率,2007-10,33,丝网印刷机,功能：利用丝网漏印原理印刷背电极、背电场及栅线、线宽可达50m，高度可达1020m,发展方向： 1、高速数字影像定位，提高生产率 2、软接触自动机械手，降低碎片率 3、高精度印刷头，提高电池片寿命,2007-10,34,快速烧结炉-网带烧结炉,关键技术： （1）尖峰烧结温度曲线的形
16、成与控制技术 （2）气帘形成与控制技术 （3）快速冷却技术,2007-10,35,快速烧结炉无网带快速烧结,优劣： 1、长度缩短近三分之二，节省厂房面积 2、点接触步进式传动，热容量小、升降温快，容 易形成尖峰曲线 3、基本无冷却区 4、烧结均匀性有待提高,2007-10,36,专家语,1、太阳能电池产业的竞争归根到底是成本的竞争，国产装备的发展符合降低成本的大方向，优势明显，前景美好 2、 2012年前是高速发展期，晶体硅太阳能电池装备的主导地位10年内很难被取代 3、国产太阳能电池装备以高性价比赢得了良好的市场声誉，和工艺结合进而具备交钥匙工程能力是发展必由之路,2007-10,2007-
17、10,37,薄膜技术PV电池制造设备 ： 薄膜太阳能电池的制造技术与晶体硅完全不同：半导体层的配置，电池片间的互连及保护层 的形成通常在一个工艺链中完成。这种在线连续生产原则和少用材料是其优点，大大降低成本 高产额、低成本、大面积薄膜电池制造设备 AM公司-SunFab薄膜生产线，主要设备有CVD、PVD、PECVD，用5.7 m2 2.2m x 2.6m玻璃 平板的薄膜太阳能电池组件集成生产线 可以用于单结技术或串结技术（非晶硅/微晶硅）,最高产能达 75 MW/年 Nanosolar公司-卷筒-卷筒印刷加工设备 铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池的印刷制造技术 430MW薄膜太阳能电池工厂 United Solar Ovonic公司-三结非晶硅薄膜PV 电池 卷筒式加工设备,