光伏产业技术背景资料doc文档格式.docx
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晶硅太阳能电池制造技术
是目前主流的太阳能电池制造技术硅材料资源丰富，研究比较透彻借助半导体制造工艺（如扩散、刻蚀、镀膜等），技术成熟晶硅太阳能电池转换效率高（sc-Si16-17%，mc-Si14-15%）制造成本高制造晶硅太阳能电池的主要流程为：
硅片清洗、制绒→扩散→刻蚀→去磷硅玻璃（PSG）→镀膜（SiN）→丝网印刷→焊接、烧结→测试分档
趋势——使用廉价硅料（电子级→太阳能级；
单晶→多晶）薄硅片（＜200μm）的加工工艺技术（电池片、组件的封装集成）进一步提高光电转换效率（电池：
20%→25%；
组件：
16%→22%）
3
上电极光子
抗反射膜
-
n-区
p-区~0,2μm~220μm耗尽区
++++++++++
----------
+
下电极
晶硅太阳能电池的基本结构
（PV-en.ppt）
4
硅片厚度μm300
1211
300
硅用量g/Wp硅片厚度μm1098.5
240
硅用量g/Wp
12
250
1087.58
200
200180
150
170
160150
6
100
50
02004200520062007200820092010
0
PV硅片厚度及硅用量进展
（EPIASGIV2007）
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薄膜太阳能电池制造技术
●硅料短缺和降低成本的推动，各类薄膜太阳能电池制造技术的研发及产业化步伐正
在加快
●用淀积在（玻璃板或不锈钢板）衬底上的薄膜半导体材料制作太阳能电池
常用的薄膜材料有：
非晶硅非晶硅/微晶硅（αSi/μSi）碲化镉（CdTe）铜铟硒（CIS）或铜铟镓硒（CIGS）等通常在1米大小的衬底上淀积1至数微米厚的薄膜制作太阳能电池
●薄膜技术可以减少材料使用量，加工过程需要的人员和能耗也少，有望提高规模生
产效率。
近十年来，薄膜技术在改进太阳能电池的光电转换效率，降低成本方面的进展迅猛，非晶硅薄膜太阳能电池已经工业化生产，非晶硅/微晶硅和铜铟镓硒光伏电池的制造近年来已由中试生产向工业化规模生产转化，已开发出专门的加工工艺、生产技术和专用制造设备，正很快地切入市场
●二种目前进展迅速、最具市场前途的薄膜太阳能电池制造技术
铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池制造技术非晶硅/微晶硅（αSi/μSi）叠层太阳能电池制造技术
非晶硅薄膜技术
TCO膜蓝色电池
（α-Si合金）
多结电池总厚度＜1μm
绿色电池
（α-SiGe合金）
红色电池
背反射层
柔性不锈钢带衬底
UnitedSolarOvonic公司的三结非晶硅薄膜太阳能电池示意图
★将具有不同光吸收特性的材料连续地一层叠一层淀积，成为三结结构，提高光电转换效率
低照度下的效率、组件效率稳定性及在高温下的损失均比晶硅技术电池组件优
★η=6-8%（高照度），7-9%（低照度）（UnitedSolarOvonic）
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不同P2006-2015不同PV技术的市场份额
25000MW20000
硅基90%→77%薄膜等10%→23%
15000
10000
5000
总量硅基薄膜等
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
201314074
20141822314482
20152352818102
2078.12650.73432.44513.66090.98134.4107591862.52346.73003.83904.95232.6215.5304428.7608.76907
8979.211493
864.31227.41779.72580.53741.85425.6
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新概念技术薄膜技术晶硅技术
不同技术太阳能电池占有的市场份额
不同的技术产品会在PV不同的应用领域（联网系统、独立离网系统、消费电子产品等）找到其用途。
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技术晶硅技术
材料单晶多晶CIGSCdTe
实验室最高效率%24.3（1997）20.5（2003）19.2（2003）17（2000）12.8（1998）16.4（2001）14.8（2004）11（1997）4.8（2004）40.7（2007）
目前规模生产效率%14-1713-15108-106-788-13
薄膜技术
非晶Si：
H）（稳定后）纳米/微晶/多晶-Si多结多晶染敏电池
新兴技术有机电池多结+光集聚器
各种PV电池的光电转换效率比较
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设
●
备
光伏市场的需求推动了光伏产业的发展，也给作为光伏产业链中重要一环的光伏设备行业的发展创造了极好的机遇。
太阳能电池产业正处于转折时期，PV设备市场总值2010年将达到30亿美元（225亿人民币），薄膜技术设备市场的增长速率将远高于晶硅技术设备（AM公司太阳能电池制造设备计划在07财年获得4亿美元订单，到今年7月已获超过2亿美元合同）
一代技术、一代设备、一代产品设备是PV产业的支柱之一，PV技术的发展及PV市场的扩展对PV设备制造业提出了更高的要求，设备是实现技术转换为市场能接受的产品的关键之一（成本/转换效率）晶硅技术设备薄膜技术设备（未来技术设备）
PV电池制造设备发展趋势?
用于大大降低每瓦硅和能量使用量的结晶和硅片加工（包括硅带）设备。
?
低价格、全自动、标准化的加工设备。
开发高产额、低成本、大面积制造薄膜电池的加工方法及设备
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中国已成为光伏产业发展最快的国家
√最近五年产量增长184倍，产能增加700倍最近五年产量增长184倍产能增加700倍
截止十月底,产能已超过2900MW截止十月底,产能已超过2900MW2007年新增条线2007年新增69条线年新增69
√2004年产量一举超过澳大利亚和印度成为2004年产量一举超过澳大利亚和印度成为
国际第四大生产国（地区）国际第四大生产国（地区）
√2006年产量超过美国排名全球第三2006年产量超过美国排名全球第三
十家光伏企业国外上市
公司无锡尚德苏州阿特斯江苏林洋常州天合河北晶澳浙江昱晖南京中电江西LDK江西保定英利江阴浚鑫融资市场纽交所NASDAQNASDAQ纽交所NASDAQ英国伦敦AIM英国伦敦NASDAQ纽交所纽交所英国伦敦AIM英国伦敦涉足领域电池、组件、电池、组件、应用系统电池、电池、组件电池、组件、电池、组件、应用系统单晶、切片、电池、组件单晶、切片、电池、电池、电池、组件单晶、切片、单晶、切片、组件电池多晶多晶、电池、组件、多晶、电池、组件、应用电池、电池、组件上市时间2005.12.132006.11.82006.12.202006.12.192007.2.72006.8.82007.5.172007.6.42007.6.82007.8.7
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涉足光伏行业的国内上市公司达十二家
G天威天威英利（多晶硅、硅片、电池、组件）天威英利（天威英利多晶硅、硅片、电池、组件）航天机电上海太阳能科技电池、组件）上海太阳能科技（航天机电上海太阳能科技（电池、组件）深圳南玻光伏（深南玻A深圳南玻光伏（白玻璃、多晶硅、电池）深圳南玻光伏白玻璃、多晶硅、电池）特变电工新疆新能源组件、应用系统）新疆新能源（特变电工新疆新能源（组件、应用系统）杉杉股份宁波杉杉优利卡电池、组件）宁波杉杉优利卡（杉杉股份宁波杉杉优利卡（电池、组件）交大南洋上海交大泰阳电池、组件、应用系统）上海交大泰阳（交大南洋上海交大泰阳（电池、组件、应用系统）乐山电力新光硅业多晶硅）新光硅业（乐山电力新光硅业（多晶硅）江苏阳光宁夏石嘴山硅业多晶硅）宁夏石嘴山硅业（江苏阳光宁夏石嘴山硅业（多晶硅）云南天达光伏（新华光云南天达光伏（电池、组件）云南天达光伏电池、组件）……
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销售额（百万元）
800（预计）
800700600500400300
电池制造设备/材料生长加工设备：
）；
27/73（2006）电池制造设备材料生长加工设备：
33/67（2005）；
材料生长加工设备）；
（）2006比2005增长率：
电池制造设备70%；
材料生长加工设备92%比增长率：
增长率；
597.15
427（1-6月）337.45
154.84
65.95
100020032004200520062007
2003年～2007上半年国内太阳能电池生产设备销售额年上半年国内太阳能电池生产设备销售额
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晶硅技术PV电池制造设备：
晶硅技术电池制造设备：
电池制造设备
国内设备制造厂（所）已具备了PV电池生产线整线装备能力：
清洗制绒机扩散炉刻蚀机PECVD丝网印刷机低温烘干炉烧结炉48所、45所、2所、七星华创、43所恒力公司
设备技术水平整体不高，缺乏自动化的大生产设备以单机供应客户为主，不能向客户提供“交钥匙”的完整成套生产线设备
趋势：
批次加工设备手动
全自动连续（inline）加工设备单机自动化整线自动化
适应薄硅片（＜200μm）的加工设备
BTU连续式链式扩散炉（15×
1.5m）：
10-35MW/年；
烘干/烧结一体炉：
30MW/年ROTH&
RAUPECVD抗反射层镀膜设备：
10-100MW/年
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太阳能电池生产过程及装备
清洗制绒
扩散
刻蚀
去PSG
制备氮化硅
印刷背电极
烘干
印刷背电场
印刷正电极
烘干烧结
测试分选
包装
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关键电池片制造设备影响太阳能电池光电转换效率的主要因素有：
与之相对应的关键工艺设备有：
（一）、晶体硅电池片本身晶格质量
（一）清洗制绒设备
（二）、硅片表面绒面质量
（二）扩散炉（三）、PN结质量（三）刻蚀机（四）、周边PN结去除质量（四）PECVD（五）、减反射氮化硅膜质量（五）丝网印刷机（六）、金属栅线印刷质量（六）快速烧结炉（七）、欧姆接触表面质量
20072007-1018
太阳能电池制造工艺对应的设备仪器1太阳能电池制造工艺对应的设备仪器1
序号12345678910111220072007-10工艺相应设备（仪器相应设备（仪器）清洗机制绒机甩干机光学显微镜扩散炉四探针测试仪刻蚀机PN结测试仪清洗机甩干机PECVD椭偏仪19
去表面损伤层、氧化层制作减反射绒面甩干、烘干抽样测试绒面制作效果制作PN结测试硅片扩散的质量均匀性去除周边PN结抽测周边刻蚀效果去除电池片表面磷硅玻璃甩干、烘干表面沉积氮化硅减反射膜测量减反射膜均匀性
太阳能电池制造工艺对应的设备仪器2太阳能电池制造工艺对应的设备仪器2
序号131415161718192021222320072007-10工艺背电极印刷背电极的烘干铝背场印刷铝背场的烘干正面栅线电极印刷金属电极栅线的烧结、熔合测试电池光电转换效率分选电池组件电极的连接太阳能电池组件的封装扩散、PE等石英器件的清洗相应设备（仪器）相应设备（仪器）丝网印刷机（共三个头）丝网印刷机（共三个头）低温烘干炉丝网印刷机低温烘干炉丝网印刷机高温烧结炉效率测试仪分检机光焊机层压机石英管清洗机20
*国际上156X156硅片的设备已成主流国际上156X156硅片的设备已成主流210X210硅片的设备也已开始使用210X210硅片的设备也已开始使用?
适合硅片厚度≦180微米的设备已大量使用180微米的设备已大量使用（软接触技术、防翘曲烧结等技术大量应用，软接触技术、防翘曲烧结等技术大量应用，有效降低了整线的碎片率）有效降低了整线的碎片率）
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清洗/清洗/制绒机
功能：
去除硅片表面油污、损伤层、金属离子，功能：
去除硅片表面油污、损伤层、金属离子，制自然氧化。
绒、自然氧化。
1、清洗液自动搅动技术，清洗/制绒效果更好、清洗液自动搅动技术，清洗制绒效果更好2、节水节液技术，降低清洗成本、节水节液技术，3、新型非金属材料融合技术，有效杜绝了微漏，、新型非金属材料融合技术，有效杜绝了微漏，保护了电气系统，保护了电气系统，更可靠更安全4、环保清洗制绒液的应用，降低了后续处理成本制绒液的应用，、环保清洗/制绒液的应用
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扩散炉
向硅片内掺入五价P离子，结深在0.3～0.5μ功能：
向硅片内掺入五价P-离子，结深在0.3～0.5μm,0.3电阻在2070?
20～电阻在20～70?
/□间
（1）大容量反应器热场及气氛场控制技术）
（2）闭管扩散减少源消耗技术）（3）悬臂载片软着陆技术）（4）洁净扩散技术）
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全封闭洁净扩散全封闭洁净扩散
开管扩散闭管扩散全封闭扩散开管扩散闭管扩散全封闭扩散闭管扩散--1、大大减少偏磷酸排放2、石英管及舟的清洗周期延长十倍以上3、具备环保处理功能
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链式扩散重新受到关注优势：
优势：
1、硅片的方块电阻均匀性较管式更好2、适合薄、大硅片工艺，硅片变形小适合薄、大硅片工艺，3、生产效率高4、自动上下片，避免人工污染自动上下片，5、不会出现偏磷酸污染硅片问题6、不需清洗反应管和石英舟
20072007-1025
链式扩散技术劣势：
劣势：
1、需前后道支持，自动化衔接支出大需前后道支持，2、表面偏磷酸挥发物会固结在灯管表面
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刻蚀机—刻蚀机—等离子刻蚀机
干法腐蚀，功能：
干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边1、片架旋转密封技术：
提高刻蚀均匀性片架旋转密封技术：
2、硅片放置自动压紧技术，减少钻蚀硅片放置自动压紧技术，3、低成本紧奏型电源技术低成本紧奏型RF电源技术
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刻蚀机—刻蚀机—激光刻蚀和湿法刻蚀
1、激光刻蚀：
适合选择性刻蚀，刻蚀效果好，对激光刻蚀：
适合选择性刻蚀，刻蚀效果好，硅片尺寸要求严格。
国外大量使用，硅片尺寸要求严格。
国外大量使用，国内效果不佳2、湿法刻蚀：
价格昂贵，刻蚀效果好、成本高湿法刻蚀：
价格昂贵，刻蚀效果好、
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PECVD管式PECVD管式
利用辉光放电的物理作用来激活化学功能：
汽相淀积反应，汽相淀积反应，在硅片表面生长一层氮化硅薄膜发展方向：
大容量、高均匀性、发展方向：
大容量、高均匀性、自动装卸片、自适应电极清洗
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PECVD管式PECVD管式关键技术：
关键技术：
（1）大容量反应器等离子场均匀形成技术）
（2）先进的石墨电极设计加工技术）（3）低频大功率稳定输出技术）低频大功率RF稳定输出技术（4）高稳定性的真空压力控制技术）
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PECVD平板式PECVD平板式发展方向：
发展方向：
1、提高减反射膜致密性、2、大反应腔室热场及气氛场、3、远程自诊断，提高设备使用率、远程自诊断，4、薄硅片软接触，降低碎片率、薄硅片软接触，
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丝网印刷机
利用丝网漏印原理印刷背电极、背电场及栅线、功能：
利用丝网漏印原理印刷背电极、背电场及栅线、线宽可达50μ，高度可达10～μ宽可达μm，高度可达～20μm
1、高速数字影像定位，提高生产率、高速数字影像定位，2、软接触自动机械手，降低碎片率、软接触自动机械手，3、高精度印刷头，提高电池片寿命、高精度印刷头，
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快速烧结炉网带烧结炉快速烧结炉网带烧结炉
（1）尖峰烧结温度曲线的形成与控制技术
（2）气帘形成与控制技术（3）快速冷却技术
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快速烧结炉—快速烧结炉—无网带快速烧结
优劣：
1、长度缩短近三分之二，节省厂房面积、长度缩短近三分之二，2、点接触步进式传动，热容量小、升降温快，容、点接触步进式传动，热容量小、升降温快，易形成尖峰曲线3、基本无冷却区、4、烧结均匀性有待提高、
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专家语
1、太阳能电池产业的竞争归根到底是成本的竞争，国产装备的发展符合降低成本的大方向，优势明显，前景美好2、2012年前是高速发展期，晶体硅太阳能电池装备的主导2012年前是高速发展期，晶体硅太阳能电池装备的主导地位10年内很难被取代地位10年内很难被取代3、国产太阳能电池装备以高性价比赢得了良好的市场声誉，和工艺结合进而具备交钥匙工程能力是发展必由之路
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薄膜技术PV电池制造设备薄膜技术电池制造设备：
薄膜太阳能电池的制造技术与晶体硅完全不同：
半导体层的配置，电池片间的互连及保护层的形成通常在一个工艺链中完成。
这种在线连续生产原则和少用材料是其优点，大大降低成本
高产额、低成本、高产额、低成本、大面积薄膜电池制造设备
AM公司--SunFab?
薄膜生产线，主要设备有CVD、PVD、PECVD，用5.7m22.2mx2.6m玻璃平板的薄膜太阳能电池组件集成生产线可以用于单结技术或串结技术（非晶硅/微晶硅）,最高产能达75MW/年Nanosolar公司--卷筒-卷筒印刷加工设备铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池的印刷制造技术430MW薄膜太阳能电池工厂UnitedSolarOvonic公司--三结非晶硅薄膜PV电池卷筒式加工设备
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