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單晶硅、多晶硅、非晶硅電池的性能和制造工藝介紹

五度易鏈 2019-06-20 2932 0

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硅在地球上的儲量非常豐富,能夠用于太陽能電池的材料,但是其提煉過程并不簡單。現(xiàn)在的太陽能電池包括單晶硅電,多晶硅,非晶硅電池,那么這些電池有什么區(qū)別呢?


硅在地球上的儲量非常豐富,能夠用于太陽能電池的材料,但是其提煉過程并不簡單。現(xiàn)在的太陽能電池包括單晶硅電,多晶硅,非晶硅電池,那么這些電池有什么區(qū)別呢?

晶體硅電池現(xiàn)狀

近5年來,中國光伏電池產(chǎn)量年增長速度為1-3倍,光伏電池產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的比例也由2002年1.07%增長到2008年的近15%。商業(yè)化晶體硅太陽能電池的效率也從3年前的13%-14%提高到16%-17%。總體來看,中國太陽能電池的國際市場份額和技術(shù)競爭力大幅提高。在產(chǎn)業(yè)布局上,中國太陽能電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了一定的集聚態(tài)勢。在長三角、環(huán)渤海、珠三角、中西部地區(qū),已經(jīng)形成了各具特色的太陽能產(chǎn)業(yè)集群。

太陽能光伏發(fā)電在不遠的將來會占據(jù)世界能源消費的重要席位,不但要替代部分常規(guī)能源,而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。預(yù)計到2030年,可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上,而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)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(fā)電將占總電力的20%以上;到21世紀末,可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上,太陽能發(fā)電將占到60%以上。這些數(shù)字足以顯示出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位。由此可以看出,太陽能電池市場前景廣闊。

目前太陽能電池主要包括晶體硅電池和薄膜電池兩種,它們各自的特點決定了它們在不同應(yīng)用中擁有不可替代的地位。但是,未來10年晶體硅太陽能電池所占份額盡管會因薄膜太陽能電池的發(fā)展等原因而下降,但其主導(dǎo)地位仍不會根本改變;而薄膜電池如果能夠解決轉(zhuǎn)換效率不高、制備薄膜電池所用設(shè)備價格昂貴等問題,會有巨大的發(fā)展空間。

單晶硅、多晶硅、非晶硅電池介紹

1. 單晶硅太陽電池

單晶硅太陽電池是當前開發(fā)得最快的一種太陽電池,它的構(gòu)成和生產(chǎn)工藝已定型,產(chǎn)品已廣泛用于宇宙空間和地面設(shè)施。這種太陽電池以高純的單晶硅棒為原料,純度要求99.9999%。為了降低生產(chǎn)成本,現(xiàn)在地面應(yīng)用的太陽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(dǎo)體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料,經(jīng)過復(fù)拉制成太陽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(jīng)過成形、拋磨、清洗等工序,制成待加工的原料硅片。

單體片經(jīng)過抽查檢驗,即可按所需要的規(guī)格組裝成太陽電池組件(太陽電池板),用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成一定的輸出電壓和電流,最后用框架和封裝材料進行封裝。用戶根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計,可將太陽電池組件組成各種大小不同的太陽電池方陣,亦稱太陽電池陣列。目前市場上的單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換平均效率為19%左右,個別公司最近推出的新產(chǎn)品普遍都超出這個值。實驗室成果普遍在 20%以上。用于宇宙空間站的還有高達50%以上的太陽能電池板。

2. 多晶硅太陽電池

單晶硅太陽電池的生產(chǎn)需要消耗大量的高純硅材料,而制造這些材料工藝復(fù)雜,電耗很大,在太陽電池生產(chǎn)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電池的研制。

多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多,其光電轉(zhuǎn)換效率約12%左右,稍低于單晶硅太陽電池,但是材料制造簡便,節(jié)約電耗,總的生產(chǎn)成本較低,因此得到大量發(fā)展。隨著技術(shù)得提高,目前多晶硅的轉(zhuǎn)換效率也可以達到18%左右。

3. 非晶硅太陽電池

非晶硅太陽電池是1976年有出現(xiàn)的新型薄膜式太陽電池,它與單晶硅和多晶硅太陽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。

目前非晶硅太陽電池存在的問題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低,國際先進水平為10%左右,且不夠穩(wěn)定,常有轉(zhuǎn)換效率衰降的現(xiàn)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(fù)印機等方面。估計效率衰降問題克服后,非晶硅太陽電池將促進太陽能利用的大發(fā)展,因為它成本低,重量輕,應(yīng)用更為方便,它可以與房屋的屋面結(jié)合構(gòu)成住戶的獨立電源。

單晶硅、多晶硅、非晶硅電池制造工藝區(qū)別

多晶硅太陽能電池制造過程中消耗的能量要比單晶硅太陽能電池少30%左右,因此多晶硅太陽能電池占全球太陽能電池總產(chǎn)量的份額大,制造成本也小于單晶硅電池,所以使用多晶硅太陽能電池將會更加的節(jié)能、環(huán)保。

其實可供制造太陽電池的半導(dǎo)體材料很多,隨著材料工業(yè)的發(fā)展、太陽電池的品種將越來越多。目前已進行研究和試制的太陽電池,除硅系列外,還有硫化鎘、砷化鎵、銅銦硒等許多類型的太陽電池,舉不勝舉,通常這些材料都會用來制作非晶硅電池。

所以,我們在選擇光伏組件的時候,建議根據(jù)實際情況選擇晶體硅光伏組件比較成熟的產(chǎn)品,對于單晶、多晶,一直有爭論,安裝商對家庭光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量并無多大區(qū)別,單晶的利用面積會比較高,單晶在面積利用率上會比較好;多晶市場比例比較高,應(yīng)用的比較廣,價格方面也是有一定的優(yōu)勢。

現(xiàn)在我國在提取硅原料的技術(shù)上還存在不足,行業(yè)還有很大的上升空間,企業(yè)也需要在相關(guān)工藝上做更多的研究,提升企業(yè)的產(chǎn)業(yè)供給能力。


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