光伏組件

 

　　太陽能光伏系統中最重要的是太陽電池（即光伏電池），它是實現光電轉換的 基本單位。若干片光伏電池合成在一起構成光伏組件。

 

　　光伏組件主要分為晶硅組件和薄膜組件。晶硅組件包括單晶硅、多晶硅和帶狀 硅等；薄膜組件包括非晶硅、微晶硅、銅銦鎵硒（CIGS）、碲化鎘（CdTe）等。

 

　　根據統計資料，2011年，晶硅組件產量占光伏組件市場總量的86%，其余 14%為薄膜組件。多晶硅組件占光伏組件市場總量的45.4%，單晶硅組件占 40. 1%,帶狀硅組件占0.5%，碲化鎘組件占8.3%，銅銦鎵硒組件占3.0%，其余2. 7%為非晶硅組件，如圖3-1所示。

 

　　圖3-1 2011年各種類型光伏組件及所占市場份額 2012年全球光伏組件出貨量前十名見表3-1，這十個廠家的總出貨量占全球總量的將近50%。這前十名廠家中，除了美國第一太陽能專業生產碲化鎘薄膜電池 組件，其他廠家均為晶硅組件廠家。排名第一的英利綠色能源2012年出貨總量超過 2. 2GW。

 

　　表3-1 2012年全球光伏組件出貨量前十名

 

　　

　　晶硅電池及組件

 

　　單晶硅電池制造

 

　　單晶硅電池是最早出現、工藝最為成熟的太陽能光伏電池，也是大規模生產 的硅基太陽電池中光電轉換效率最高的。將單晶硅棒進行切割、打磨制成單晶硅 片，單晶硅片經過清洗、擴散、沉積減反膜、絲印電極和燒結等工序制成太陽電 池。半導體產業中成熟的拉制單晶、切割打磨等技術以及清洗、擴散等工藝都可 以在單晶硅電池生產中直接應用。大規模生產的單晶硅電池效率可以達到20%。 由于采用了切割、打磨等工藝，會造成硅原料的損失；受單晶硅棒形狀的限制， 單晶硅電池必須做成圓形或圓角方形，這會降低組件的填充率，影響組件的 效率。

 

　　單晶硅電池的生產一般需要經過以下步驟：冶金級硅的生產一冶金級硅到太 陽能級硅——太陽能級硅到單晶硅——單晶硅切片——單晶硅片到單晶硅光伏 電池。

 

　　其中，冶金級硅的生產，一般是在大型電弧爐中，二氧化硅原材料（如石英或 砂子）與碳進行還原反應生成硅，同時放出一氧化碳或二氧化碳。純度為98%? 99%的1500°C液態硅出爐，并經吹氧或氧/氯混合氣體以進一步提純到卯.5%。

 

　　從冶金級硅提純至太陽能級硅的標準方法是改良西門子法：將冶金級硅碾碎成 粒度小于0.5mm的細微顆粒，在300?400°C反應器中液化冶金級硅，在Cu的催 化作用下，與HCl反應生成SiHCl3和H2。SiHCl3在反應器中被氫還原，在 1000'C電加熱的杵棒上沉淀成細粒狀太陽能級硅，純度可以達到99. 9999%。

 

　　從太陽能級硅到單晶硅的商業化生產的方法是直拉法，太陽能級硅料在坩堝里熔化，并摻雜微量雜質。在過飽和的硅熔融液中，緩慢直拉硅晶種，即可在硅籽晶上生成大的單晶硅。

 

　　為了吸收大部分波長的太陽光輻射，要求光伏電池的厚度應達到0. 2mm左右。因此，必須將大的柱狀單晶硅體切割成薄片。多數情況下，為了盡量高效率利用硅片，四個角保留圓弧狀，稱為準方片。目前常見的標準單晶硅電池尺寸是 125mmX125mm 或 156mmX 156mm。

 

　　從單晶硅片到單晶硅光伏電池一般需要以下幾步：清洗、擴散、沉積減反膜、 絲印電極和燒結等。

 

　　單晶硅電池到組件

 

　　目前單塊單晶硅光伏組件一般由60片或72片156mmX 156mm電池片構成。

 

　　由于光伏電池易碎、耐候性差，通常將光伏電池嵌入到塑料膜（一般采用厚度 約為0. 3mm的TPT塑料膜）和蓋板玻璃（一般采用3?4mm低鐵高透光鋼化玻璃）中間形成光伏組件。光伏電池上表面與玻璃之間以及光伏電池下表面與塑料膜 之間一般采用EVA作為黏結材料，這樣就形成了玻璃、EVA、光伏電池、EVA、 TPT膜的結構。這樣的復合結構一般使用真空層壓機在145?200°C下進行層壓， EVA在層壓過程交聯固化，并且為不可逆過程，將復合結構緊密相連。

 

　　多晶硅太陽電池和組件制造

 

　　多晶硅太陽電池是通過澆鑄、定向凝固的方法制成多晶硅的晶錠，再經過切 割、打磨等工藝制成多晶硅片，進一步經過清洗、擴散、沉積減反膜、絲印電極和 燒結等工序制成的。澆鑄方法制造多晶硅片不需要經過單晶拉制工藝，消耗能源較 單晶硅電池少，并且形狀不受限制，可以做成方便光伏組件'布置的方形；除不需要 單晶拉制工藝外，制造單晶硅電池的成熟工藝都可以在多晶硅電池的制造中得到應 用。多晶硅電池的效率能夠達到18%，略低于單晶硅電池的水平。和單晶硅電池 相比，多晶硅電池雖然效率有所降低，但是節約能源，節省硅原料，達到工藝成本 和效率的平衡。

 

　　晶硅電池組件主要規格

 

　　目前晶硅組件的主要規格有2種：一種為60片156mmX 156mm太陽電池光 伏組件，典型尺寸在1650mmX990mm左右；另一種為72片156mmX 156mm太 陽電池光伏組件，典型尺寸在1950mmX990mm左右，目前60片裝主流水平為 245?255W，72片裝主流水平為290?300W。根據現有的路線技術圖，未來三年 到五年，每個季度行業的電池轉換效率平均可提升0.1%，每半年市場終端組件可 平均提升5W。國外頂級水平現在已能在60裝的組件中量產305-325W的組件。