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太阳能电池片注意那些问题与未来产业发展
文章附图

注意问题编辑

太阳电池片采用只需一次烧结的共烧工艺,同时形成上下电极的欧姆接触。银浆、银铝浆、铝浆印刷过的硅片,经过烘干使有机溶剂完全挥发,膜层收缩成为固状物紧密粘附在硅片上,这时可视为金属电极材料层和硅片接触在一起。当电极金属材料和半导体单晶硅加热达到共晶温度时,单晶硅原子以一定的比例溶入到熔融的合金电极材料中。单晶硅原子溶入到电极金属中的整个过程是相当快的,一般只需几秒钟时间。溶入的单晶硅原子数目取决于合金温度和电极材料的体积,烧结合金温度越高,电极金属材料体积越大,则溶入的硅原子数目也越多,这时的状态被称为晶体电极金属的合金系统。如果此时温度降低,系统开始冷却形成再结晶层,这时原先溶入到电极金属材料中的硅原子重新以固态形式结晶出来,也就是在金属和晶体接触界面上生长出一层外延层。如果外延层内含有足够量的与原先晶体材料导电类型相同的杂质成份,这就获得了用合金法工艺形成欧姆接触;如果在结晶层内含有足够量的与原先晶体材料导电类型异型的杂质成份,这就获得了用合金法工艺形成P.N结。
一般网带式烧结炉采用电热丝作为加热元件,主要通过热传导对工件进行加热,无法实现急速升温。只有辐射或微波能够迅速加热物体,而辐射加热具有使用经济、安全可靠、更换方便等优点。所以太阳电池片烧结炉基本都采用红外石英灯管作为主要加热元件。它的设计需注意以下三个问题:
1、加热管的结构形式
为实现烧结段的温度尖峰,需在很短的炉膛空间内布置足够的加热功率。有短波孪管和短波单管两种结构可以选择,其线性功率密度均达到60kW/m2。虽然短波孪管拥有更高的单根功率(相当于两根单管并联),但由于其制造工艺复杂,对石英玻璃管的质量要求更高,制造成本约是单管的2.5倍。因此,在实际使用中,大多采用单管。
2、红外辐射吸收光谱
当红外辐射能量被工件吸收时,该物质所特有的吸收光谱需与发射光谱相匹配,才能在最短时间内最大效率地吸收辐射能。因此,在烧结的不同阶段,所选用的红外石英灯管也是不同的。在烘干段,要让有机溶剂和水分迅速挥发,采用中波管辅助热风加热是正确的;在预烧段,要让基片获得充分均匀的预热,中波管良好的红外辐射、均衡的吸收及穿透能力,正好符合要求;在烧结段,必须在极短时间内使基片达到共晶温度,只有短波管能做到这一点。
3、加热管的固定方式
烧结段的温度峰值在850℃左右,此时灯管的表面温度将达到1100℃,接近石英管的使用极限,稍微过热产生气孔就会立刻烧毁灯管。而在灯管的引出导线部位,由于焊接导线的金属片和石英玻璃密封在一起,二者热膨胀系数不一致,如果此处温度过高就会产生应力裂纹,造成灯管漏气。因此灯管在炉膛中的安装固定方式十分重要。图2为红外灯管在炉膛中的一种固定方式。这种固定方式要求灯管的冷端距离炉壁至少80mm以上,保证引出导线部位的温度不会过高;而且炉壁上安装孔的直径要比灯管大2~3mm,通过两侧的固定夹具将灯管悬空夹持在炉膛中。[2]

6产业发展编辑

中国太阳能光伏设备产业发展
依靠中国半导体设备行业数十年来的技术积累,通过和一流光伏电池企业的深度合作,经过连续多年的不懈努力,中国光伏设备企业已基本具备太阳能电池制造设备的整线装备能力。在国产设备及进口设备混搭的主流建线方案中,国产设备在数量上已占多数。
中国光伏设备企业从硅材料生产、硅片加工到太阳能电池芯片的生产以及相应的纯水制备、环保处理、净化工程的建设,已经初步具备成套供应能力,部分产品如扩散炉、等离子刻蚀机、单晶炉、多晶铸锭炉等开始少量出口,可提供10种太阳能电池大生产线设备中的8种,其中有6种(扩散炉、等离子刻蚀机、清洗/制绒机、石英管清洗机、低温烘干炉)已在国内生产线上占据主导地位,2种(管式PECVD、快速烧结炉)与进口设备并存但份额正逐步增大。此外,全自动丝网印刷机、自动分拣机、平板式PECVD则完全依赖进口。组件生产用的层压机、太阳能模拟器等在行业获得广泛应用。硅材料加工设备中单晶炉以优良的性价比占据了国内市场的绝对统治地位并批量出口亚洲,多线切割机已取得突破,多晶硅铸锭炉已经开始大量在国内企业中使用。
2008年随着一批新的国产光伏设备批量进入市场,以及国产设备性价比的不断提高,光伏企业对国产设备的认知度越来越高。2008年上半年中国太阳能光伏设备销售收入达到7.69亿元,比2007年同期增长80%,占全部半导体设备销售收入的58.6%。