太阳能电池项目可行性研究报告(编辑修改稿)

太阳能电池项目可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

制成的太阳能电池转换效率很高，但从材料来源看，它们将来不可能占据主导地位。 而纳米晶 TiO纳米晶硅和聚合物修饰电极太阳能电池的研究刚刚起步，技术不成熟，还处于探索阶段，短时间内不可能替代硅系太阳能电池。 因此，从转换效率和材料的来源角度讲，今后发展的重点仍是硅太阳能电池特别是多晶硅和非晶硅薄膜电池。 19 按照行业统计，太阳能电池总量中 90%是晶体硅太阳能电池（表22），未来 10 年里，晶体硅太阳能电池所占份额尽管会因薄膜电池的发展等原因而下降，但主导地位仍不会根本改变。 预计在未来的2030 年里还不可能有其他材料和技术能取代晶体硅电池位居第一的地位。 因此未来几年，中国晶体硅太阳能电池产量市场仍然呈现快速增长势头。 由于多晶硅具有较高的转换效率和相对较低的成本，将最终取代单晶硅电池，成为市场的主导产品 ，而 8 英寸大规格产品已 经逐步替代 6 英寸成为主流产品，并出现向 12 英寸发展的趋势。 表 22 目前太阳能电池市场结构 类 别 市场占有率 % 晶体硅 单晶硅 % 多晶硅 % 薄膜电池 非晶硅 % 化合物 % 建设规模及产品方案 建设规模 本项目采用国内外先进的生产设备，形成年产 60MW 晶体硅太阳能电池片及 150MW 电池组件的生产能力。 产品方案 根据企业实际情况和市场调查，本项目的产品方案拟定为： 表 23 产 品 方 案 序号 名 称 单位 年产量 规格 1 晶体硅太阳能电池片 MW 60 156179。 156 2 晶体硅太阳能电池组件 MW 150 20 产品方案中 单晶硅光伏电池的转化效率大于 %，多晶硅电池的转化效率大于 %， 60MW 电池片全部用于电池组件生产再对外销售，另外采购 2270 万片的电池片用于组件生产。 产品主要质量指标 符合国家及行业有关标准要求。 光伏太阳能行业主要的产品标准包括国家标准 GB/T95351998：地面用晶体 硅光伏组件设计鉴定和定型，相对应的国际标准是 IEC6121591993标准。 目前，晶体硅太阳能电池片的主要标准为国家标准《单晶硅太阳电池总规范》（ GB1263290），该规范对单晶硅太阳能电池的技术要求、试验方法和检验项目制订了相应标准。 表 24 晶体硅 太阳能电池片主要技术指标 序号 描述 单晶硅电池片 指标 多晶硅电池片 指标 1 平面尺寸 156179。 156177。 (mm) 156179。 156177。 (mm) 2 硅片厚度 200177。 20(μm) 200177。 20(μm) 3 转换效率 ＞ % ＞ % 4 最大功率 Wp ＞ ＞ 5 最优电压 Vmpp(mV) 509 495 6 最优电流 Impp(A) 7 开路电压 Voc(mV) 622 610 8 短路电流 Isc(A) 9 填充因子 FF（％） 10 正面 蓝色氮化硅减反射膜，银电极 11 背面 背银电极、铝电场 生产计划 项目建设期为二年，第三年为投产年，生产量达到设计能力的 70%，第四年后进入达产期，年产量 达到 100%的设计能力。 21 第三章 原料及辅助材料供应 原辅材料供应 主要原辅材料用量 根据建设规模和产品方案，项目年需主要原辅材料用量估算如下： 表 31 项目主要原材料消耗量表 序号 名 称 单 位 数 量 规格指标 1 多晶硅片 万片 156179。 156 2 铝浆 吨 3 银浆 吨 4 电池片 万片 每片 4W 5 钢化玻璃 万平方米 6 EVA 膜 万平方米 7 TPT 膜 万平方米 8 铝型材 万公斤 9 接线盒 万个 项目需要的其他辅助材料包括氢氧化钠、无水乙醇、 37%盐酸、 49%氢氟酸、异丙醇、三氯氧磷、硅烷、氨气、四氟化碳、液氮、液氧 及包装材料等。 其中液氮 800 吨 /年、液氧 吨 /年。 主要原辅材料质量要求 本项目所需原辅材料的质量均必须符合国家相关标准的品质指标，并且要满足客户要求，以确保最终成品的质量。 原辅料购入需进行各类指标的检测、并按标准进行验收，质量达到中华人民共和国太阳能电池的有关标准要求。 22 表 32 太阳能级晶 体硅片性能参数表 序号 名 称 单晶硅片规格指标 多晶硅片 规格指标 1 外形尺寸 厚度 200μm 177。 20μm 200μm 177。 20μm 长宽 156179。 156177。 156179。 156177。 总厚度变化 ≤ 30μm ≤ 30μm 边缘角度 : 90176。 177。 0. 5176。 90176。 177。 176。 翘曲度 : ≤ 40μm ≤50μm 2 技术参数 导电参数 P 型 掺 B P型 掺 B 电阻率 少 子寿命 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 其他辅助材料规格等级表 序号 名 称 规格指标 1 氢氧化钠 EL 级 2 无水乙醇 EL 级 3 37%盐酸 MOS 级 4 49%氢氟酸 40%MOS 级 5 异丙醇 EL 级 6 三氯氧磷 6N 7 硅烷 6N 8 氨气 5N 9 四氟化碳 5N 10 液氮 5N 11 液氧 % 23 原、辅材料来源 本项目中所用的主要生产原料，均为常规材料，国内原料市场供应充足。 企业可根据市场价格自行在专业市场采购解决。 原辅料的主要采购地为项目所在地的周边地区，企业目前已与相关企业建立了长期供货协议，以稳定产品的质量和供应数量，来保障本项目的需要。 原料和成品的贮存 主要原材料入库 本项目所需的原材料均需验收入库，各类原材料的质量指标按中华人民共和国相关行业的有关标准及企业标准验收，不合格 原材料不得进仓入库，应严把原材料质量关，以保证产品质量。 原料的贮存 本项目原料的贮存量一般为 15～ 30 天的生产用量，贮存于企业各分类原料仓库内。 产成品的贮存 产成品的贮存为 7～ 15 天左右的生产量，贮存于企业专用成品仓库。 成品按用户的要求包装。 本项目的成品、原料及包装材料贮存于各分类仓库内。 库内的保管应按批号分存、建立严格的分发料制度、杜绝混批号等问题造成不必要的事故。 各类仓库应符合所存物品的存放条件、建立责任体系、保证存放安全。 企业已建立成熟的管理体系和检验手段，项目所需的物品存放可纳入这一体系统一管理。 24 第四章 工艺技术方案和设备选择 生产工艺路线及工艺流程 概述 目前晶体硅电池主要分单晶硅与多晶硅两大类。 单晶硅 (cSi)是以高纯度多 晶硅为原料在单晶炉中被熔化为液态在单晶种（籽晶）上结晶而成，由于其晶体的原子和分子以同一方向（晶向）周期性地整齐排列所以称为单晶硅。 多晶硅 (pSi)熔融硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。 单晶硅与多晶硅的区别在于它们的 原子结构排列，单晶硅是有序排列，多晶硅是无序排列。 目前量产最为成熟的技术是晶体硅太阳能电池的生产。 包括单晶硅太阳能电池以及多晶硅太阳能电池。 在实验室的转换效率上，单晶硅电池最高的转换效率高达 %，多晶硅电池的转换效率为 %。 就理论上而言，单晶硅太阳能电池转换效率可以高达 29%。 传统的单晶硅电池量产的转换效率最高可以达到 17%以上，多晶硅电池的转换效率 16%以上，新技术 Sunpower 的背接触单晶硅电池转换效率在%，而德国 ISFH 研制的背连接微孔电池转换效率也可以达到21%，从工艺 与理论角度上来说，晶体硅太阳能电池转换效率还有不小的提升空间。 晶体硅太阳能光伏发电产业价值链由两条工艺路线构成，其中单晶太阳能电池加工环节包括高纯硅的生产、拉单晶、单晶硅切片、电 25 池片生产、组件封装、系统应用；多晶硅太阳能电池加工包括高纯硅的生产、多晶硅铸锭、多晶硅破锭、切片、电池片生产、组件封装、系统应用。 本项目处于太阳能电池加工环节的晶体硅电池片电池片生产和电池组件封装环节。 工艺与技术 “光生伏特效应”，简称“光伏效应”。 指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现 象。 半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有 4 个电子，按固定轨道围绕原子核转动。 当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。 如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号 P 表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号 N 代表。 若把这两种半导体结 合，交界面便形成一个 P－ N 结。 太阳能电池的奥妙就在这个“结”上， P－ N 结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。 当太阳能电池受到阳光照射时，电子接受光能，向 N 型区移动，使 N 型区带负电，同时空穴向 P 型区移动，使 P 型区带正电。 这样，在 P－ N结两端便产生了电动势，也就是通常所说的电压。 这种现象就是上面所说的“光生伏打效应”。 如果这时分别在 P 型层和 N 型层焊上金属导线，接通负载，则外电路便有电流通过，如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。 以晶体硅材料制备的太阳能电池主要包括 ：单晶硅太阳能电池， 26 铸 造多晶硅太阳能电池，非晶硅太阳能电池和薄膜晶体硅电池。 单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较高；非晶硅太阳能电池则具有生产效率高，成本低廉，但是转换效率较低，而且效率衰减得比较厉害；铸造多晶硅太阳能电池则具有稳定得转换的效率，而且性能价格比最高。 目前，已经出现了铸造多晶硅太阳能电池逐渐取代直拉单晶硅成为最主要的光伏材料的趋势。 单晶硅和多晶硅太阳能电池片在生产过程、技术应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浇铸方法，故在硅片中存在大量晶界缺陷和复合中心，需 要采用钝化工艺来减少电池的晶界复合和悬挂键，提高太阳能电池的转换效率。 在生产中，采用 PECVD（等离子体 增强 化学气相淀积）设备来实现多晶硅的钝化工艺，同时也作为太阳能电池抗反射膜使用。 因此生产线可以兼顾两种产品的生产。 太阳能电池组件主要原材料为单晶或者多晶硅太阳能电池片。 太阳能电池组件技术主要包括焊接工艺和封装工艺，目前主要的焊接技术包括自动和手动焊接，焊接和封装是太阳能电池生产中的关键步骤。 电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。 产品的高质量和高寿命是赢得客户满意的关键，所以 组件的封装质量非常重要。 项目工艺流程 晶体硅太阳能电池片生产 太阳能电池片主要原材料为单晶或多晶硅片，生产过程采用相同的技术和工艺流程基本相同。 根据产品方案，本项目主要生产工艺的流程采用国内较为成熟的工艺路线，基本上是从硅片的开箱检测与装 27 盒开始、然后在加工车间去除油污及制绒、扩散制作表面 PN 结然后检测、等离子体 刻蚀周边 PN 结及抽测效果、二次清洗，然后在表面处理车间完成制备表面减反射层、印刷背面电极、背电场、正面电极，然后经过高温烧结，最后经检测车间检测合格后入库。 太阳能电池 硅片生产工艺流程图如下： 图 41 太阳能电池生产工艺流程图 ※主要工艺流程说明： (1) 清洗、制绒： 首先用碱（或酸）腐蚀硅片，以去除硅片表面机械损伤。 而后进行硅片表面绒化，现在常用的硅片的厚度 180m 左右。 去除硅片表面损伤层是太阳能电池制造的第一道常规工序，主要是通过化学腐蚀，硅片化学腐蚀的主要目的是消除切片带来的表面损伤，同时也能起到一定的绒面效果，从而减少光反射。 (2) 甩干：清洗后的硅片使用离心甩干机进行甩干。 (3) 扩散、刻蚀： 多数厂家都选用 p 型硅片来制作太阳能电池，那 么一般用 POCL3液态源作为扩散源。 扩散设备可用横向石英管或链式扩散炉 ,进行磷扩散形成 n 型层。 扩散的最高温度可达到 850900℃。 这种方法制出的结均匀性好，方块电阻的不均匀性小于 10％，少子寿命大于 10 微秒。 扩散过程遵从如下反应式： 4POCL3 ＋ 3O2（过量）→ 2P2O5＋ 2CL2（气） 2P2O5＋ 5Si →。