新能源发电技术第8讲 太阳能电池制造工艺.ppt

第三章 太阳能光伏发电技术 3.1.太阳能光伏发展历史和现状 3.2 太阳能电池工作原理 3.3 太阳能电池制造工艺 3.4 太阳能光伏发电系统设备构成 3.5 独立光伏发电系统 3.6 并网光伏发电系统 第三节 太阳能电池制造工艺 单晶硅太阳电池生产过程 一、硅材料制备 1、硅材料来源 硅材料来源于优质石英砂，也称硅砂。在我国山东、江苏、湖北、云南、内蒙古、海南等省区都有分布。将硅砂转换成可用的硅材料的工艺流程为： 1、硅材料来源 石英砂也叫石英石，石英石的主要成份是二氧化硅。如果二氧化硅的含量在98.5%以上的称石英石，二氧化硅含量在98.5%以下的称为硅石。 石英砂可加工成工业硅。多晶硅材料又是以工业硅为原料，经一系列物理化学反应后达到一定纯度的电子材料。它是硅产品产业链一个极为重要的中间产品，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料，因而成为信息产业和新能源产业最基础的原材料。 冶金级硅是制造半导体多晶硅的原料，它由石英砂（二氧化硅）在电弧炉中用碳还原而成。尽管二氧化硅矿石在自然界中随处可见，但仅有其中的少数可以用于冶金级硅的制备。一般来说，要求矿石中二氧化硅的含量应在97%~98%以上，并对各种杂质特别是砷、磷和硫等的含量有严格的限制。 1、硅材料来源 　三氯氢硅SiHCl3 　　① 别名?英文名 　　硅氯仿、硅仿、三氯硅烷；Trichlorosilane、Silicochloroform． 　　② 用途 　　单晶硅原料、外延成长、硅液、硅油、化学气相淀积、硅酮化合物 制造、电子气。 　　③ 制法 　　(1)在高温下Si和HCl反应。 　　(2)用氢还原四氯化硅(采用含铝化合物的催化剂)。 三氯硅烷在常温常压下为具有刺激性恶臭易流动易挥发的无色透明液体。在空气中极易燃烧，在-18℃以下也有着火的危险，遇明火则强烈燃烧，燃烧时发出红色火焰和白色烟，生成SiO2、HCl和Cl2： 硅原子跟碳原子结构相似，可跟氢组成一系列硅氢化合物。硅氢化合物总称为硅烷， 又称硅氢化合物，通式是SinH2n+2，目前已制得的有一硅烷SiH4也叫甲硅烷到六硅烷Si6H14共六种。 2、多晶硅锭制造 杜邦法：即硅原料的SiCl4锌还原法。 三氯氢硅法（也称西门子法）：主要有三个关键工序。 硅粉与HCl在液态化床上进行反应形成三氯氢硅?: Si+HCl→SiHCl3+H2↑ 。 反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物 (Н2，НСl，SiНСl3，SiCl4，Si)。 对SiHCl3及气态混合物进一步提纯，需要分解:过滤硅粉，冷凝SiНСl3,SiCl4，而气态Н2,НСl返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物SiНСl3,SiCl4，净化三氯氢硅（多级精馏）。 净化后的三氯氢硅采用高温还原工艺，以高纯的SiHCl3在H2气氛中还原沉积而生成多晶硅。 SiHCl3+H2→Si+HCl。 改良西门子法 多晶硅生产的西门子工艺，其原理就是在1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。 改良西门子工艺是在传统西门子工艺的基础上，同时具备节能、降耗、回收利用生产过程中伴随产生的大量H2、HCI、SiCI4等副产物以及大量副产热能的配套工艺。目前世界上绝大部分厂家均采用改良西门子法生产多晶硅。 改良西门子法 改良西门子法相对于传统西门子法的优点主要在于： 1）节能： 由于改良西门子法采用多对棒、大直径还原炉，可有效降低还原炉消耗的电能； 2）降低物耗：改良西门子法对还原尾气进行了有效的回收。 所谓还原尾气：是指从还原炉中排放出来的，经反应后的混合气体。 改良西门子法将尾气中的各种组分全部进行回收利用，这样就可以大大降低原料的消耗。 3）减少污染：由于改良西门子法是一个闭路循环系统，多晶硅生产中的各种物料得到充分的利用，排出的废料极少，相对传统西门子法而言，污染得到了有效控制。 2、多晶硅锭制造 硅烷法：硅烷是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取。然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。 以前只有日本小松掌握此技术，由于发生过严重的爆炸事故后，没有继续扩大生产。但美国Asimi和SGS公司仍采用硅烷气热分解生产纯度较高的电子级多晶硅产品。 2、多晶硅