太陽能電池項目可行性研究報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 制成的太陽能電池轉換效率很高，但從材料來源看，它們將來不可能占據主導地位。而納米晶 TiO納米晶硅和聚合物修飾電極太陽能電池的研究剛剛起步，技術不成熟，還處于探索階段，短時間內不可能替代硅系太陽能電池。因此，從轉換效率和材料的來源角度講，今后發展的重點仍是硅太陽能電池特別是多晶硅和非晶硅薄膜電池。 19 按照行業統計，太陽能電池總量中 90%是晶體硅太陽能電池（表22），未來 10 年里，晶體硅太陽能電池所占份額盡管會因薄膜電池的發展等原因而下降，但主導地位仍不會根本改變。預計在未來的2030 年里還不可能有其他材料和技術能取代晶體硅電池位居第一的地位。因此未來幾年，中國晶體硅太陽能電池產量市場仍然呈現快速增長勢頭。 由于多晶硅具有較高的轉換效率和相對較低的成本，將最終取代單晶硅電池，成為市場的主導產品 ，而 8 英寸大規格產品已 經逐步替代 6 英寸成為主流產品，并出現向 12 英寸發展的趨勢。 表 22 目前太陽能電池市場結構 類 別 市場占有率 % 晶體硅 單晶硅 % 多晶硅 % 薄膜電池 非晶硅 % 化合物 % 建設規模及產品方案 建設規模 本項目采用國內外先進的生產設備，形成年產 60MW 晶體硅太陽能電池片及 150MW 電池組件的生產能力。 產品方案 根據企業實際情況和市場調查，本項目的產品方案擬定為： 表 23 產 品 方 案 序號 名 稱 單位 年產量 規格 1 晶體硅太陽能電池片 MW 60 156179。 156 2 晶體硅太陽能電池組件 MW 150 20 產品方案中 單晶硅光伏電池的轉化效率大于 %，多晶硅電池的轉化效率大于 %， 60MW 電池片全部用于電池組件生產再對外銷售，另外采購 2270 萬片的電池片用于組件生產。 產品主要質量指標 符合國家及行業有關標準要求。 光伏太陽能行業主要的產品標準包括國家標準 GB/T95351998：地面用晶體 硅光伏組件設計鑒定和定型，相對應的國際標準是 IEC6121591993標準。目前，晶體硅太陽能電池片的主要標準為國家標準《單晶硅太陽電池總規范》（ GB1263290），該規范對單晶硅太陽能電池的技術要求、試驗方法和檢驗項目制訂了相應標準。 表 24 晶體硅 太陽能電池片主要技術指標 序號 描述 單晶硅電池片 指標 多晶硅電池片 指標 1 平面尺寸 156179。156177。(mm) 156179。156177。(mm) 2 硅片厚度 200177。20(μm) 200177。20(μm) 3 轉換效率 ＞ % ＞ % 4 最大功率 Wp ＞ ＞ 5 最優電壓 Vmpp(mV) 509 495 6 最優電流 Impp(A) 7 開路電壓 Voc(mV) 622 610 8 短路電流 Isc(A) 9 填充因子 FF（％） 10 正面 藍色氮化硅減反射膜，銀電極 11 背面 背銀電極、鋁電場 生產計劃 項目建設期為二年，第三年為投產年，生產量達到設計能力的 70%，第四年后進入達產期，年產量 達到 100%的設計能力。 21 第三章 原料及輔助材料供應 原輔材料供應 主要原輔材料用量 根據建設規模和產品方案，項目年需主要原輔材料用量估算如下： 表 31 項目主要原材料消耗量表 序號 名 稱 單 位 數 量 規格指標 1 多晶硅片 萬片 156179。 156 2 鋁漿 噸 3 銀漿 噸 4 電池片 萬片 每片 4W 5 鋼化玻璃 萬平方米 6 EVA 膜 萬平方米 7 TPT 膜 萬平方米 8 鋁型材 萬公斤 9 接線盒 萬個 項目需要的其他輔助材料包括氫氧化鈉、無水乙醇、 37%鹽酸、 49%氫氟酸、異丙醇、三氯氧磷、硅烷、氨氣、四氟化碳、液氮、液氧 及包裝材料等。其中液氮 800 噸 /年、液氧 噸 /年。 主要原輔材料質量要求 本項目所需原輔材料的質量均必須符合國家相關標準的品質指標，并且要滿足客戶要求，以確保最終成品的質量。原輔料購入需進行各類指標的檢測、并按標準進行驗收，質量達到中華人民共和國太陽能電池的有關標準要求。 22 表 32 太陽能級晶 體硅片性能參數表 序號 名 稱 單晶硅片規格指標 多晶硅片 規格指標 1 外形尺寸 厚度 200μm 177。 20μm 200μm 177。 20μm 長寬 156179。 156177。 156179。 156177。 總厚度變化 ≤ 30μm ≤ 30μm 邊緣角度 : 90176。177。0. 5176。 90176。177。176。 翹曲度 : ≤ 40μm ≤50μm 2 技術參數 導電參數 P 型 摻 B P型 摻 B 電阻率 少 子壽命 大于 10μs 大于 2μs 氧含量 ≤179。10 18atoms/cm3 ≤179。10 18atoms/cm3 碳含量 ≤179。10 16atoms/cm3 ≤179。10 16atoms/cm3 表 33 其他輔助材料規格等級表 序號 名 稱 規格指標 1 氫氧化鈉 EL 級 2 無水乙醇 EL 級 3 37%鹽酸 MOS 級 4 49%氫氟酸 40%MOS 級 5 異丙醇 EL 級 6 三氯氧磷 6N 7 硅烷 6N 8 氨氣 5N 9 四氟化碳 5N 10 液氮 5N 11 液氧 % 23 原、輔材料來源 本項目中所用的主要生產原料，均為常規材料，國內原料市場供應充足。企業可根據市場價格自行在專業市場采購解決。原輔料的主要采購地為項目所在地的周邊地區，企業目前已與相關企業建立了長期供貨協議，以穩定產品的質量和供應數量，來保障本項目的需要。 原料和成品的貯存 主要原材料入庫 本項目所需的原材料均需驗收入庫，各類原材料的質量指標按中華人民共和國相關行業的有關標準及企業標準驗收，不合格 原材料不得進倉入庫，應嚴把原材料質量關，以保證產品質量。 原料的貯存 本項目原料的貯存量一般為 15～ 30 天的生產用量，貯存于企業各分類原料倉庫內。 產成品的貯存 產成品的貯存為 7～ 15 天左右的生產量，貯存于企業專用成品倉庫。成品按用戶的要求包裝。 本項目的成品、原料及包裝材料貯存于各分類倉庫內。庫內的保管應按批號分存、建立嚴格的分發料制度、杜絕混批號等問題造成不必要的事故。各類倉庫應符合所存物品的存放條件、建立責任體系、保證存放安全。企業已建立成熟的管理體系和檢驗手段，項目所需的物品存放可納入這一體系統一管理。 24 第四章 工藝技術方案和設備選擇 生產工藝路線及工藝流程 概述 目前晶體硅電池主要分單晶硅與多晶硅兩大類。單晶硅 (cSi)是以高純度多 晶硅為原料在單晶爐中被熔化為液態在單晶種（籽晶）上結晶而成，由于其晶體的原子和分子以同一方向（晶向）周期性地整齊排列所以稱為單晶硅。多晶硅 (pSi)熔融硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶硅。單晶硅與多晶硅的區別在于它們的 原子結構排列，單晶硅是有序排列，多晶硅是無序排列。 目前量產最為成熟的技術是晶體硅太陽能電池的生產。包括單晶硅太陽能電池以及多晶硅太陽能電池。在實驗室的轉換效率上，單晶硅電池最高的轉換效率高達 %，多晶硅電池的轉換效率為 %。就理論上而言，單晶硅太陽能電池轉換效率可以高達 29%。傳統的單晶硅電池量產的轉換效率最高可以達到 17%以上，多晶硅電池的轉換效率 16%以上，新技術 Sunpower 的背接觸單晶硅電池轉換效率在%，而德國 ISFH 研制的背連接微孔電池轉換效率也可以達到21%，從工藝 與理論角度上來說，晶體硅太陽能電池轉換效率還有不小的提升空間。 晶體硅太陽能光伏發電產業價值鏈由兩條工藝路線構成，其中單晶太陽能電池加工環節包括高純硅的生產、拉單晶、單晶硅切片、電 25 池片生產、組件封裝、系統應用；多晶硅太陽能電池加工包括高純硅的生產、多晶硅鑄錠、多晶硅破錠、切片、電池片生產、組件封裝、系統應用。本項目處于太陽能電池加工環節的晶體硅電池片電池片生產和電池組件封裝環節。 工藝與技術 “光生伏特效應”，簡稱“光伏效應”。指光照使不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間產生電位差的現 象。半導體材料是一種介于導體和絕緣體之間的特殊物質，和任何物質的原子一樣，半導體的原子也是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成，半導體硅原子的外層有 4 個電子，按固定軌道圍繞原子核轉動。當受到外來能量的作用時，這些電子就會脫離軌道而成為自由電子，并在原來的位置上留下一個“空穴”，在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數目是相等的。如果在硅晶體中摻入硼、鎵等元素，由于這些元素能夠俘獲電子，它就成了空穴型半導體，通常用符號 P 表示；如果摻入能夠釋放電子的磷、砷等元素，它就成了電子型半導體，以符號 N 代表。若把這兩種半導體結 合，交界面便形成一個 P－ N 結。太陽能電池的奧妙就在這個“結”上， P－ N 結就像一堵墻，阻礙著電子和空穴的移動。當太陽能電池受到陽光照射時，電子接受光能，向 N 型區移動，使 N 型區帶負電，同時空穴向 P 型區移動，使 P 型區帶正電。這樣，在 P－ N結兩端便產生了電動勢，也就是通常所說的電壓。這種現象就是上面所說的“光生伏打效應”。如果這時分別在 P 型層和 N 型層焊上金屬導線，接通負載，則外電路便有電流通過，如此形成的一個個電池元件，把它們串聯、并聯起來，就能產生一定的電壓和電流，輸出功率。 以晶體硅材料制備的太陽能電池主要包括 ：單晶硅太陽能電池， 26 鑄 造多晶硅太陽能電池，非晶硅太陽能電池和薄膜晶體硅電池。單晶硅電池具有電池轉換效率高，穩定性好，但是成本較高；非晶硅太陽能電池則具有生產效率高，成本低廉，但是轉換效率較低，而且效率衰減得比較厲害；鑄造多晶硅太陽能電池則具有穩定得轉換的效率，而且性能價格比最高。目前，已經出現了鑄造多晶硅太陽能電池逐漸取代直拉單晶硅成為最主要的光伏材料的趨勢。 單晶硅和多晶硅太陽能電池片在生產過程、技術應用和原材料使用方面基本相同，只是由于多晶硅硅片采用定向澆鑄方法，故在硅片中存在大量晶界缺陷和復合中心，需 要采用鈍化工藝來減少電池的晶界復合和懸掛鍵，提高太陽能電池的轉換效率。 在生產中，采用 PECVD（等離子體 增強 化學氣相淀積）設備來實現多晶硅的鈍化工藝，同時也作為太陽能電池抗反射膜使用。因此生產線可以兼顧兩種產品的生產。 太陽能電池組件主要原材料為單晶或者多晶硅太陽能電池片。太陽能電池組件技術主要包括焊接工藝和封裝工藝，目前主要的焊接技術包括自動和手動焊接，焊接和封裝是太陽能電池生產中的關鍵步驟。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強了電池的抗擊強度。產品的高質量和高壽命是贏得客戶滿意的關鍵，所以 組件的封裝質量非常重要。 項目工藝流程 晶體硅太陽能電池片生產 太陽能電池片主要原材料為單晶或多晶硅片，生產過程采用相同的技術和工藝流程基本相同。 根據產品方案，本項目主要生產工藝的流程采用國內較為成熟的工藝路線，基本上是從硅片的開箱檢測與裝 27 盒開始、然后在加工車間去除油污及制絨、擴散制作表面 PN 結然后檢測、等離子體 刻蝕周邊 PN 結及抽測效果、二次清洗，然后在表面處理車間完成制備表面減反射層、印刷背面電極、背電場、正面電極，然后經過高溫燒結，最后經檢測車間檢測合格后入庫。太陽能電池 硅片生產工藝流程圖如下： 圖 41 太陽能電池生產工藝流程圖 ※主要工藝流程說明： (1) 清洗、制絨： 首先用堿（或酸）腐蝕硅片，以去除硅片表面機械損傷。而后進行硅片表面絨化，現在常用的硅片的厚度 180?m 左右。去除硅片表面損傷層是太陽能電池制造的第一道常規工序，主要是通過化學腐蝕，硅片化學腐蝕的主要目的是消除切片帶來的表面損傷，同時也能起到一定的絨面效果，從而減少光反射。 (2) 甩干：清洗后的硅片使用離心甩干機進行甩干。 (3) 擴散、刻蝕： 多數廠家都選用 p 型硅片來制作太陽能電池，那 么一般用 POCL3液態源作為擴散源。擴散設備可用橫向石英管或鏈式擴散爐 ,進行磷擴散形成 n 型層。擴散的最高溫度可達到 850900℃。這種方法制出的結均勻性好，方塊電阻的不均勻性小于 10％，少子壽命大于 10 微秒。擴散過程遵從如下反應式： 4POCL3 ＋ 3O2（過量）→ 2P2O5＋ 2CL2（氣） 2P2O5＋ 5Si →