光伏组件

 

　　太阳能光伏系统中最重要的是太阳电池（即光伏电池），它是实现光电转换的 基本单位。若干片光伏电池合成在一起构成光伏组件。

 

　　光伏组件主要分为晶硅组件和薄膜组件。晶硅组件包括单晶硅、多晶硅和带状 硅等；薄膜组件包括非晶硅、微晶硅、铜铟镓硒（CIGS）、碲化镉（CdTe）等。

 

　　根据统计资料，2011年，晶硅组件产量占光伏组件市场总量的86%，其余 14%为薄膜组件。多晶硅组件占光伏组件市场总量的45.4%，单晶硅组件占 40. 1%,带状硅组件占0.5%，碲化镉组件占8.3%，铜铟镓硒组件占3.0%，其余2. 7%为非晶硅组件，如图3-1所示。

 

　　图3-1 2011年各种类型光伏组件及所占市场份额 2012年全球光伏组件出货量前十名见表3-1，这十个厂家的总出货量占全球总量的将近50%。这前十名厂家中，除了美国第一太阳能专业生产碲化镉薄膜电池 组件，其他厂家均为晶硅组件厂家。排名第一的英利绿色能源2012年出货总量超过 2. 2GW。

 

　　表3-1 2012年全球光伏组件出货量前十名

 

　　

　　晶硅电池及组件

 

　　单晶硅电池制造

 

　　单晶硅电池是最早出现、工艺最为成熟的太阳能光伏电池，也是大规模生产 的硅基太阳电池中光电转换效率最高的。将单晶硅棒进行切割、打磨制成单晶硅 片，单晶硅片经过清洗、扩散、沉积减反膜、丝印电极和烧结等工序制成太阳电 池。半导体产业中成熟的拉制单晶、切割打磨等技术以及清洗、扩散等工艺都可 以在单晶硅电池生产中直接应用。大规模生产的单晶硅电池效率可以达到20%。 由于采用了切割、打磨等工艺，会造成硅原料的损失；受单晶硅棒形状的限制， 单晶硅电池必须做成圆形或圆角方形，这会降低组件的填充率，影响组件的 效率。

 

　　单晶硅电池的生产一般需要经过以下步骤：冶金级硅的生产一冶金级硅到太 阳能级硅——太阳能级硅到单晶硅——单晶硅切片——单晶硅片到单晶硅光伏 电池。

 

　　其中，冶金级硅的生产，一般是在大型电弧炉中，二氧化硅原材料（如石英或 砂子）与碳进行还原反应生成硅，同时放出一氧化碳或二氧化碳。纯度为98%? 99%的1500°C液态硅出炉，并经吹氧或氧/氯混合气体以进一步提纯到卯.5%。

 

　　从冶金级硅提纯至太阳能级硅的标准方法是改良西门子法：将冶金级硅碾碎成 粒度小于0.5mm的细微颗粒，在300?400°C反应器中液化冶金级硅，在Cu的催 化作用下，与HCl反应生成SiHCl3和H2。SiHCl3在反应器中被氢还原，在 1000'C电加热的杵棒上沉淀成细粒状太阳能级硅，纯度可以达到99. 9999%。

 

　　从太阳能级硅到单晶硅的商业化生产的方法是直拉法，太阳能级硅料在坩埚里熔化，并掺杂微量杂质。在过饱和的硅熔融液中，缓慢直拉硅晶种，即可在硅籽晶上生成大的单晶硅。

 

　　为了吸收大部分波长的太阳光辐射，要求光伏电池的厚度应达到0. 2mm左右。因此，必须将大的柱状单晶硅体切割成薄片。多数情况下，为了尽量高效率利用硅片，四个角保留圆弧状，称为准方片。目前常见的标准单晶硅电池尺寸是 125mmX125mm 或 156mmX 156mm。

 

　　从单晶硅片到单晶硅光伏电池一般需要以下几步：清洗、扩散、沉积减反膜、 丝印电极和烧结等。

 

　　单晶硅电池到组件

 

　　目前单块单晶硅光伏组件一般由60片或72片156mmX 156mm电池片构成。

 

　　由于光伏电池易碎、耐候性差，通常将光伏电池嵌入到塑料膜（一般采用厚度 约为0. 3mm的TPT塑料膜）和盖板玻璃（一般采用3?4mm低铁高透光钢化玻璃）中间形成光伏组件。光伏电池上表面与玻璃之间以及光伏电池下表面与塑料膜 之间一般采用EVA作为黏结材料，这样就形成了玻璃、EVA、光伏电池、EVA、 TPT膜的结构。这样的复合结构一般使用真空层压机在145?200°C下进行层压， EVA在层压过程交联固化，并且为不可逆过程，将复合结构紧密相连。

 

　　多晶硅太阳电池和组件制造

 

　　多晶硅太阳电池是通过浇铸、定向凝固的方法制成多晶硅的晶锭，再经过切 割、打磨等工艺制成多晶硅片，进一步经过清洗、扩散、沉积减反膜、丝印电极和 烧结等工序制成的。浇铸方法制造多晶硅片不需要经过单晶拉制工艺，消耗能源较 单晶硅电池少，并且形状不受限制，可以做成方便光伏组件'布置的方形；除不需要 单晶拉制工艺外，制造单晶硅电池的成熟工艺都可以在多晶硅电池的制造中得到应 用。多晶硅电池的效率能够达到18%，略低于单晶硅电池的水平。和单晶硅电池 相比，多晶硅电池虽然效率有所降低，但是节约能源，节省硅原料，达到工艺成本 和效率的平衡。

 

　　晶硅电池组件主要规格

 

　　目前晶硅组件的主要规格有2种：一种为60片156mmX 156mm太阳电池光 伏组件，典型尺寸在1650mmX990mm左右；另一种为72片156mmX 156mm太 阳电池光伏组件，典型尺寸在1950mmX990mm左右，目前60片装主流水平为 245?255W，72片装主流水平为290?300W。根据现有的路线技术图，未来三年 到五年，每个季度行业的电池转换效率平均可提升0.1%，每半年市场终端组件可 平均提升5W。国外顶级水平现在已能在60装的组件中量产305-325W的组件。