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多晶铸锭对光伏电池效率的影响

编辑: 来源: solarzoom 发表时间: 2013-08-03 已浏览 字号:

 

2012年,我国光伏产业因全球经济衰退、光伏产能过剩、价格下跌、美国"双反"、欧洲"反倾销"等因素而进入隆冬期,光伏下游企业毛利率大幅下降,大部分企业面临严重亏损。2013年上半年国内多晶硅产量较去年还有明显下滑,2013年上半年国内多晶硅产量为2.8万吨,同比下滑23.6%。受供需关系及国际贸易等多种因素影响,2012年我国绝大多数多晶硅企业已停产。由于下游供需局面并未有实质性转变,加上主要多晶硅企业生产成本仍在不断下降,2013年多晶硅企业经营状况仍不容乐观,多晶硅行业将保持在低位的运行,产业整合也有望见底行业的回暖预计要到2014年。多晶硅惨淡的行业景象并没有削减人们对太阳能组价的满足程度,正是由于供大于求的太阳能市场行情,人们对太阳能组件的功率要求越来越高,更多开始关注太阳能电池的效率。

为了提高太阳能电池的光电转换效率,最近光伏业界又推出了高效多晶铸锭技术。使用普通的电池片制作工艺,高效多晶硅片可达到17.3%以上的转换效率,现在最高可达18%左右。高效多晶铸锭技术的关键在于降低晶体中的位错和其他缺陷。业界估计至少有十余种方法制作高效多晶,例如使用单晶碎片或多晶碎片作为籽晶,使用特殊坩埚或热场等等。

1、铸锭炉本身结构的优化

铸锭炉是直接将硅料高温熔融后通过定向冷却冷凝结晶,使其形成晶向一致的硅锭的设备。在加热使硅料完全融化后,通过定向凝固块将硅料结晶时释放的热量辐射到下炉腔内壁上,使硅料中形成一个竖直温度梯度。这个温度梯度使坩埚内的硅液从底部开始凝固,从熔体底部向顶部生长。硅料凝固后,硅锭经过退火、冷却后出炉。结构的优化对于铸锭的硅锭的效率的提升有很重要的作用。

1.1加热器双电源设计

多晶硅铸锭炉加热器的要求:加热超过1650℃;使用材料不能与硅料发生反应;可以在真空及惰性气体中长期使用。对于加热器的材料而言,目前行业中主要使用高纯石墨作为加热材料,主要使用单电源对石墨加热器进行加热。

使用双电源加热器带来的好处:改善铸锭硅块的晶向结构;增大晶粒的体积同时减少晶界;改善结晶平面,可以灵活控制长晶界面的形状,长晶速度更加平稳,解决了硅锭生长后期速度过慢的问题。

1.2铸锭炉冷却模式改进

硅的结晶速度取决于其底部石墨块的降温速度,较好的结晶速度会产生稳定的分凝速度,保证杂质的均匀析出,是生长高效多晶硅块的必经之路。目前行业中的冷却主要包括隔热笼的提升、隔热板的下降、底部水冷三种模式。

气冷技术与目前现有相比拥有自己独特的优势,将先前依靠移动隔热笼的被动DS块辐射降温的弱控制模式改为DS块底部主动气体降温的强控制模式,使得晶体生长可控性更强。通过中空的DS块、气体冷却器、泵组、变频器等组成可控气体流量的闭合气路,以流动气体对DS块进行直接冷却,并通过DS台上的温度反馈调节泵组电机速度来控制冷却气体流量,从而实现精确的DS台温度控制。

具有气体温度、流量流量范围宽,调节精度高,且功耗低等优点。从而使硅锭生长的界面更加平稳,提高电池的转化效率。

2、铸锭工艺的优化

通过对热场温度的优化以及晶粒的细化,使晶体在初期的成核得到控制,在结晶过程中具有稳定的结晶速度和过冷度,从而提高了硅晶体的少子寿命,降低了硅晶体的内部缺陷,提高了多晶硅电池效率。

2.1大晶粒的制备

大晶粒学名成为准单晶(Monolike)是基于多晶铸锭的工艺,在长晶时通过部分使用单晶籽晶,获得外观和电性能均类似单晶的多晶硅片。这种通过铸锭的方式形成单晶硅的技术,其功耗只比普通多晶硅多5%,所生产的单晶硅的质量接近直拉单晶硅。简单地说,这种技术就是用多晶硅的成本,生产单晶硅的技术。准单晶产品的优势:转换效率高于普通多晶,接近直拉单晶电池片;与普通多晶电池片相比LID基本无变化,性能稳定;比起普通多晶,组件功率提升明显,单位成本降低;可封装265瓦(60片排布)大组件。

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