太陽能電池片

　　太陽能電池片分為晶硅類和非晶硅類，其中晶硅類電池片又可以分為單晶電池片和多晶電池片;單晶硅的效率較多晶硅也有區(qū)別。太陽電池片采用只需一次燒結(jié)的共燒工藝，同時形成上下電極的歐姆接觸。銀漿、銀鋁漿、鋁漿印刷過的硅片，經(jīng)過烘干使有機(jī)溶劑完全揮發(fā)，膜層收縮成為固狀物緊密粘附在硅片上，這時可視為金屬電極材料層和硅片接觸在一起。

　　太陽能電池片注意事項(xiàng)

　　當(dāng)電極金屬材料和半導(dǎo)體單晶硅加熱達(dá)到共晶溫度時，單晶硅原子以一定的比例溶入到熔融的合金電極材料中。單晶硅原子溶入到電極金屬中的整個過程是相當(dāng)快的，一般只需幾秒鐘時間。溶入的單晶硅原子數(shù)目取決于合金溫度和電極材料的體積，燒結(jié)合金溫度越高，電極金屬材料體積越大，則溶入的硅原子數(shù)目也越多，這時的狀態(tài)被稱為晶體電極金屬的合金系統(tǒng)。

　　如果此時溫度降低，系統(tǒng)開始冷卻形成再結(jié)晶層，這時原先溶入到電極金屬材料中的硅原子重新以固態(tài)形式結(jié)晶出來，也就是在金屬和晶體接觸界面上生長出一層外延層。如果外延層內(nèi)含有足夠量的與原先晶體材料導(dǎo)電類型相同的雜質(zhì)成份，這就獲得了用合金法工藝形成歐姆接觸;如果在結(jié)晶層內(nèi)含有足夠量的與原先晶體材料導(dǎo)電類型異型的雜質(zhì)成份，這就獲得了用合金法工藝形成P.N結(jié)。

　　太陽能電池片設(shè)計(jì)

　　一般網(wǎng)帶式燒結(jié)爐采用電熱絲作為加熱元件，主要通過熱傳導(dǎo)對工件進(jìn)行加熱，無法實(shí)現(xiàn)急速升溫。只有輻射或微波能夠迅速加熱物體，而輻射加熱具有使用經(jīng)濟(jì)、安全可靠、更換方便等優(yōu)點(diǎn)。所以太陽電池片燒結(jié)爐基本都采用紅外石英燈管作為主要加熱元件。它的設(shè)計(jì)需注意以下三個問題：

　　1、加熱管的結(jié)構(gòu)形式

　　為實(shí)現(xiàn)燒結(jié)段的溫度尖峰，需在很短的爐膛空間內(nèi)布置足夠的加熱功率。有短波孿管和短波單管兩種結(jié)構(gòu)可以選擇，其線性功率密度均達(dá)到60kW/m2。雖然短波孿管擁有更高的單根功率(相當(dāng)于兩根單管并聯(lián))，但由于其制造工藝復(fù)雜，對石英玻璃管的質(zhì)量要求更高，制造成本約是單管的2.5倍。因此，在實(shí)際使用中，大多采用單管。

　　2、紅外輻射吸收光譜

　　當(dāng)紅外輻射能量被工件吸收時，該物質(zhì)所特有的吸收光譜需與發(fā)射光譜相匹配，才能在最短時間內(nèi)最大效率地吸收輻射能。因此，在燒結(jié)的不同階段，所選用的紅外石英燈管也是不同的。在烘干段，要讓有機(jī)溶劑和水分迅速揮發(fā)，采用中波管輔助熱風(fēng)加熱是正確的;在預(yù)燒段，要讓基片獲得充分均勻的預(yù)熱，中波管良好的紅外輻射、均衡的吸收及穿透能力，正好符合要求;在燒結(jié)段，必須在極短時間內(nèi)使基片達(dá)到共晶溫度，只有短波管能做到這一點(diǎn)。

　　3、加熱管的固定方式

　　燒結(jié)段的溫度峰值在850℃左右，此時燈管的表面溫度將達(dá)到1100℃，接近石英管的使用極限，稍微過熱產(chǎn)生氣孔就會立刻燒毀燈管。而在燈管的引出導(dǎo)線部位，由于焊接導(dǎo)線的金屬片和石英玻璃密封在一起，二者熱膨脹系數(shù)不一致，如果此處溫度過高就會產(chǎn)生應(yīng)力裂紋，造成燈管漏氣。因此燈管在爐膛中的安裝固定方式十分重要。

　　太陽能電池片回收

　　太陽能電池片的壽命周期一般為25年，當(dāng)轉(zhuǎn)化效率降低到一定程度時,太陽能電池片失效成為不合格太陽能電池片，需要報(bào)廢更新合格的太陽能電池片，一般情況下，太陽能被視為一種廢物產(chǎn)生量最小的能源，在組件的使用過程中不會產(chǎn)生對環(huán)境有害的廢物，但太陽能電池片報(bào)廢后產(chǎn)生的固體廢棄物也不能夠忽視。

　　從2020年之后,我國的太陽能電池的固體廢棄物會出現(xiàn)大幅度增長,累計(jì)廢棄量也逐漸增加，太陽能電池的處理處置和回收利用將會成為一個重要的環(huán)保課題。

　　同時，在太陽能電池片的生產(chǎn)過程中由于各種各樣的原因會產(chǎn)生大量的不合格太陽能電池片，目前，對于使用過后失效的不合格太陽能電池片以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的不合格太陽能電池片大都是采用集中銷毀的方式，太陽能電池片主要含有的材料為硅、銀、鋁等，硅、銀、鋁都是太陽能電池片生產(chǎn)過程中所需要的原料，如果直接將不合格太陽能電池片直接銷毀，不但會造成原材料的巨大浪費(fèi)，同時，銷毀后的電池片殘?jiān)€會對環(huán)境產(chǎn)生污染，不環(huán)保。

　　現(xiàn)有的廢太陽能電池片處理方式都是采用硝酸和氫氟酸混酸直接浸泡電池碎片，得到干凈的硅料，這種方式雖然簡單易操作，但是，在處理過程中容易產(chǎn)生二氧化氮和一氧化氮有害氣體，而且浸泡后的溶液中含有大量的銀離子，排出后容易造成造成的水污染，同時也會造成資源的浪費(fèi)，不夠節(jié)能環(huán)保。

　　太陽能電池片隱裂及識別方法

　　隱裂是電池片的缺陷。

　　由于晶體結(jié)構(gòu)的自身特性，晶硅電池片十分容易發(fā)生破裂。晶體硅組件生產(chǎn)的工藝流程長，許多環(huán)節(jié)都可能造成電池片隱裂(據(jù)西安交大楊宏老師的資料，僅電池生產(chǎn)階段就有約200種原因)。隱裂產(chǎn)生的本質(zhì)原因，可歸納為在硅片上產(chǎn)生了機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力。

　　近幾年，晶硅組件廠家為了降低成本，晶硅電池片一直向越來越薄的方向發(fā)展，從而降低了電池片防止機(jī)械破壞的能力。

　　2011年，德國ISFH公布了他們的研究結(jié)果：根據(jù)電池片隱裂的形狀，可分為5類：樹狀裂紋、綜合型裂紋、斜裂紋、平行于主柵線、垂直于柵線和貫穿整個電池片的裂紋。

　　2、“隱裂”對組件性能的影響

　　不同的隱裂，對電池片功能造成的影響是不一樣的。根據(jù)研究結(jié)果，50%的失效片來自于平行于主柵線的隱裂。45°傾斜裂紋的效率損失是平行于主柵線損失的1/4。

　　垂直于主柵線的裂紋幾乎不影響細(xì)柵線，因此造成電池片失效的面積幾乎為零。

　　相比于晶硅電池表面的柵線，薄膜電池表面整體覆蓋了一層透明導(dǎo)電膜，所以這也是薄膜組件無隱裂的一個原因。

　　有研究結(jié)果顯示，組件中某單個電池片的失效面積在8%以內(nèi)時，對組件的功率影響不大，組件中2/3的斜條紋對組件的功率穩(wěn)定沒有影響。因此，當(dāng)組件中的電池片出現(xiàn)隱裂后，可能會產(chǎn)生效率損失，但不必談隱裂“色變”。

　　3、檢測“隱裂”的手段

　　EL(Electroluminescence，電致發(fā)光)是簡單有效的檢測隱裂的方法。其檢測原理如下。

　　電池片的核心部分是半導(dǎo)體PN結(jié)，在沒有其它激勵(例如光照、電壓、溫度)的條件下，其內(nèi)部處于一個動態(tài)平衡狀態(tài)，電子和空穴的數(shù)量相對保持穩(wěn)定。

　　如果施加電壓，半導(dǎo)體中的內(nèi)部電場將被削弱，N區(qū)的電子將會被推向P區(qū)，與P區(qū)的空穴復(fù)合(也可理解為P區(qū)的空穴被推向N區(qū)，與N區(qū)的電子復(fù)合)，復(fù)合之后以光的形式輔射出去，即電致發(fā)光。

　　當(dāng)被施加正向偏壓之后，晶體硅電池就會發(fā)光，波長1100nm左右，屬于紅外波段，肉眼觀測不到。因此，在進(jìn)行EL測試時，需利用CCD相機(jī)輔助捕捉這些光子，然后通過計(jì)算機(jī)處理后以圖像的形式顯示出來。

　　給晶硅組件施加電壓后，所激發(fā)出的電子和空穴復(fù)合的數(shù)量越多，其發(fā)射出的光子也就越多，所測得的EL圖像也就越亮;如果有的區(qū)域EL圖像比較暗，說明該處產(chǎn)生的電子和空穴數(shù)量較少，代表該處存在缺陷(復(fù)合中心);如果有的區(qū)域完全是暗的，代表該處沒有發(fā)生電子和空穴的復(fù)合，也或者是所發(fā)光被其它障礙所遮擋，無法檢測到信號。