单晶硅太阳能电池硅片转换效率提高对并网电能质量的改善.硕士论(2)

而太阳能电池是利用太阳能的主要工具，它的作用是直接将太阳光能转变为电能。并网太阳能电站将从很大程度上缓解人类能源紧缺的问题，人类利用太阳能、风能等可再生能源的数量将占据越来越大的比重，据测算到２０１２年将占据人类能源利用总量的５—１０％。在太阳能的利用中，太阳能电站将会与现有电网实现并网发电，直接将太阳能转换为电能输送到电网中，这其中，太阳能电站电能质量的问题将会直接影响到整个电网的性能和使用。本文将会以改善太阳能电站的电能质量为目标，从硅单晶太阳能电池转换效率入手讨论如何加强并网太阳能电站的电能质量。

太阳电池的转换效率是电池发电功率和入射光功率的比值，由于材料只能最大限度吸收一定波长的太阳光辐射，而太阳光谱却是一个宽连续谱，以及在室温条件必然存在晶格热振动等散射机制，太阳电池最高转换效率有其上限。致力改善太阳电池遮挡损失、电池材料本身光谱响应特性的光学损失、载流子损失（复合）和欧姆损失（电极一晶体接触）等电能转换损失。

影响太阳能电池转换效率的因素：氧碳含量、硅片厚度、非平衡少数载流子寿命等，本论文将主要阐述改善太阳能电池硅片转化效率的方法。

１．２国内外研究动态

太阳能单晶硅的用量成倍增长，多晶硅原料在全球供不应求，硅单晶棒以及硅片的短缺达到历史上从未出现过的紧张局面，硅单晶和硅片的价格２—３年内上涨了４—５倍，光伏发电已成为世界各国能源战略的重要项目。日本、美国、德国、西班牙等各国纷纷推出政府对光伏发电的政策扶植和财政补贴，我国于２００７年全国人大也通过了可再生能源法并正在拟定对光伏发电的扶持和补贴政策，美国能源部２００６年通过了３年内投资１６亿美元用于光伏发电的科技投入并作为布什总统议案在国会获得通过，奥巴马政府将继续大力推行此政策。光伏发电已成为人类为解决能源危机、为子孙后代创造生存条件的战略项目。然而，进一步向规模化民用化发展，尤其是目前国际上大力推广的硅光电源楼顶电站的发展受到两大条件的制约：

（１）降低成本；

（２）提高光电转换效率。

在降低成本方面，提高太阳能硅单晶的单产是极其重要的开发研究方向：

在进一步提高光电转换效率方面，如何在晶体生长时获得较低的氧碳含量从而使电池效率提高，也就成为该领域急需攻克的热点和难点。

我国的硅晶体生产基地已初具规模，其产品供应日本Ｓｈａｒｐ、Ｓａｎｙｏ，美国ＢＰ２

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华北电力大学工程硕士学位论文

Ｓｏｌａｒ、Ｓｈｅｌｌ、Ｓｕｎｐｏｗｅｒ等大公司，这些客户为提高光电转换效率纷纷提出单晶降氧降碳的要求，这也是全球光伏科技发展的主流。因此，该项目的研究代表着该领域的国际前沿。然而，随着全球光伏科技的飞速发展，仍存在这两个急待解决的科学问题和工艺问题。

（１）如何在降低氧、碳含量的同时，多投料和提高晶体的生长速度，从而提高单产、降低成本。

（２）如何将太阳能硅片切的更薄，达到超薄＜２００ｕｍ，使每公斤单晶能产更多的硅，既要防止破损，又要多出硅片，降低成本。

关于增加投料和提高晶体拉速：在降低成本方面，提高太阳能单晶的产量（产量／炉．月）则是极其重要的环节。因此ａ．必须扩大晶体直径加大投料量，ｂ．必须提高拉速（晶体的结晶速率）。如果①６”一①８”硅单晶的生长速率能由０．６ｍｍ／ｍｉｎ提高到１．卜１．２姗／ｍｉｎ或更高，则在一切消耗不变的情况下产量更可提高１．５倍以上，大大降低成本。这也正是国内外相关科技工作者渴望实现的研究目标。然而大直径硅单晶生长中提高结晶速率和结晶潜热散发速率的机理研究，国内外未见报导，多年来一直是该领域的一大难题。然而本课题的研究中已经有了理论的突破，有望在本次课题的研究中实现工艺突破。

关于超薄硅片的线切割ｗｉｒｅｓａｗ技术是近几年刚刚诞生的一种新技术，它以薄片加工和锯缝小的优势取代了传统的内切割模式（内圆刀片锯缝３５０

ｓａｗ技术的锯缝为１７０Ｉｌｐｍ，而ｗｉｒｅｍ，内圆切片机每切一片５分钟，而线切割则一次切割２０００片左右／６小时），成为目前太阳能硅片切割的换代方式和新潮流。目前国内线切割机成功地掌握了线切割工艺技术，中国已成为目前世界太阳能线切割硅片最大生产国，为了应对急速扩展的局面，还将继续扩大发展。但目前的切割工艺仍存在着巨大的切割潜力。（１）目前使用的合金钢线的直径为１４０ｕｍ一１２０ｕｍ（２）目前硅片的切割厚度为２３０ｕｍ一２５０ｕｍ。从科学发展的方向来讲ａ．钢线使得越细越好，锯缝小出片多，ｂ．硅片切得越薄越好，硅片越薄每公斤单晶的出片率越高；并且从减小载流子的基区复合提高光电转换效率来讲这是一个不容置疑的科学发展方向。

１．３本文的研究内容和主要工作

我们希望通过对太阳能电池硅片生产的全程跟踪，能够摸索并建立起一套有利于较高转换率的生产工艺，并对之进行数学模型的建立与分析，主要确定碳氧含量和硅片厚度对于太阳能电池转化效率的影响规律，生产过程中主要的工艺环节，以确定适合的太阳能电池硅片生长工艺，并在工业化规模生产中进行推广。

从太阳能电池生产的源头——原材料开始进行测量监督，并延续至电池片的生产，这是一般单个生产工艺所无法做到的。本方案能够进行完整统一的规划和实施，

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有利于数据的采集和连贯性。

本文的工作如下：

１．进行单晶硅太阳能电池片生产基本工艺的分析，对太阳能电池的关键生产工艺环节进行实践研究和理论分析，确定决定太阳能电池转换效率的关键工艺环节。

２．对单晶炉热场系统引入数学模型，进行理论分析，并进行数学定量计算。３．对太阳能电池转换效率的影响因素进行全面分析，包括碳、氧含量、少数平衡载流子寿命、成品率、电阻率分布、电池参数等各项因素，提出改善措施。

４．对并网太阳能电站并网后电能质量进行分析，对并网太阳能电站电能质量的各项参数进行阐述和理论分析，对太阳能电站并网的发展做探讨。４

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第二章太阳能电池及其发电系统基本介绍

２．１太阳能电池的工作原理

最常见的太阳能电池结构如图２．１所示。

图２．１太阳能电池示意图

图中在ｐ型和ｎ型半导体的交界区（称为旷ｎ结），可以提供一个固有电场，其作用是分离光生载流子。得到ｐ—ｎ结的常用方法是把原始的ｐ型（或ｎ型）材料，放入含有ｎ型（或ｐ型）掺杂剂气氛的扩散炉中进行扩散，其杂质扩散深度约为ｏ．２微米，从而在材料的表面下形成一个较浅的结ｊ当光线垂直入射到结上时，吸收光子所产生的正、负载梳子被激励后移向太阳电池的正面和背面。背面完全被金属接触所敷盖以便把电荷移向负载。正面指状的窄的金属细柳有助于从电他的正面收集电荷。导电的收集极表面覆盖占总面积的５％，以便尽可能地位更多的光到达有源的结面。在电池的顶部是减反射层。

太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应＂， …… 此处隐藏：2524字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……