太阳电池加工技术问答

本书从提高太阳电池加工企业人员素质和能力入手，系统地叙述了太阳能光伏电池生产企业人员应知和应会的技术和理论问题，并对大量疑问与难题进行了详细解答。编者除了根据多年的实践经验进行编写之外，还参考了国内外有关最新资料，既有操作实践，又有基础理论；力求深入浅出，通俗易懂。有关内容较第一版在广度和深度上做了相当大的拓展。全书主要内容如下：有关能源和太阳能方面的基础知识；半导体的基础知识；太阳能光伏电池的基础知识；有关硅材料的基础知识；硅烷、三氯氢硅、二氯二氢硅和四氯化硅的生产；多晶硅的制备；单晶硅的制备；太阳能光伏电池的生产工艺；太阳能光伏电池组件与发电系统；有关其他材料的性质及制造；有关用电的知识和电气设备；有关环保节能的问题；有关安全生产、事故防范与处理；有关对硅太阳能光伏电池生产工艺的改进及展望。

本书适于广大从事太阳光伏电池生产、加工、制造、管理人员阅读，也适合新能源材料研究人员和在校大中专师生参考。

第1章有关能源和太阳能方面的基础知识1

1-1什么是能源？当前能源存在的主要问题是什么？1

1-2什么是太阳能？太阳能具有哪些优势？2

1-3太阳的构造是怎样的？太阳能的资源有多少？2

1-4到达地球的太阳能是多少？3

1-5什么是光？什么是辐射光谱？4

1-6什么是日照强度？什么是日照量？ 5

1-7什么是太阳常数？太阳常数是多少？7

1-8太阳辐射有什么规律？我国哪些地区太阳辐射量大？8

1-9太阳能能量的转换方式有几种？太阳能发电的方式有几种"para" label-module="para">

第2章半导体的基础知识 10

2-1什么是半导体？ 半导体有哪些独特性能？10

2-2半导体材料的种类有多少？11

2-3什么是电阻率？什么是电导率？12

2-4半导体与（金属）导体有什么不同？13

2-5为什么半导体的导电不如导体？14

2-6杂质在半导体中有什么作用？15

2-7什么是纯度？ 15

2-8什么是3N？什么是ppb？16

2-9为何采用硼含量来表示纯度？为何采用测量电阻率来测定纯度？16

2-10半导体中的杂质可分为哪两类？电中性杂质对半导体有哪些作用？17

2-11杂质在半导体的晶格中占什么位置？18

2-12什么是载流子？什么是带正电的载流子？18

2-13什么是载流子浓度？18

2-14什么是载流子迁移率？19

2-15什么是载流子复合？什么是平衡状态？什么是寿命？ 20

2-16什么是多数载流子？什么是少数载流子？20

2-17什么是P型半导体？什么是N型半导体？20

2-18什么是P-N结？P-N结是怎样形成的？21

2-19P型和N型半导体独立存在时是怎样的情况？形成P-N结后又是怎样的情况？21

2-20什么是P-N结的单向导电性？22

2-21什么是光生伏特效应？23

2-22什么是漂移电流？什么是扩散电流？23

2-23什么是P-I-N结？24

2-24半导体是怎样导电的？24

2-25什么是本征半导体？什么是杂质半导体？ 24

2-26什么是正离子？什么是负离子？25

2-27什么是电子云？什么是自由电子？25

2-28什么是共价键？什么是空穴？26

2-29什么是能级？什么是能带？26

2-30什么是禁带？什么是价带、导带和满带？27

2-31为什么说电子在满带中是不能导电的？为什么说电子在导带中是可以导电的？28

2-32导体、半导体和绝缘体的能带有什么不同？28

2-33什么是浅能级杂质？什么是深能级杂质？29

2-34什么是分凝系数？30

2-35什么是偏析提纯法？30

2-36什么是晶体缺陷？什么是位错？31

2-37什么是晶胞？什么是各种晶系与晶格？32

2-38什么是霍尔效应？33

第3章太阳能光伏电池的基础知识34

3-1什么是太阳能光伏电池？太阳能光伏电池有几种类型？34

3-2太阳能光伏电池是什么时候发明的？它的发展历史是怎样的？36

3-3太阳能光伏发电有哪些优点？太阳能光伏发电的前景如何？38

3-4怎样来分辨太阳能光伏电池是用哪种材料制造的？39

3-5用不同材料制造的太阳能光伏电池有哪些特点？40

3-6太阳能光伏电池除了用于人造卫星等及日常生活的小型电子产品外，还可用于哪些方面？42

3-7太阳能光伏电池是怎样发电的？43

3-8单晶硅太阳能光伏电池的主要结构是怎样的？44

3-9什么是等效电路？44

3-10什么是照度特性"para" label-module="para">

3-11什么是太阳能光伏电池的转换效率？怎样计算？46

3-12太阳能光伏电池的光谱特性是怎样的？47

3-13太阳能光伏电池能吸收紫外线吗？48

3-14太阳能光伏电池的温度特性是怎样的？48

3-15目前太阳能光伏电池的效率是怎样的？49

3-16影响太阳能光伏电池转换效率的主要因素有哪些？ 49

第4章有关硅材料的基础知识51

4-1为什么说硅占据电子半导体材料当之无愧的“第一把交椅”？51

4-2什么是硅？硅有什么性质？52

4-3何谓非晶硅？何谓单晶硅？何谓多晶硅？52

4-4何谓工业硅？53

4-5工业硅是怎样生产的？53

4-6对工业硅有什么要求？54

4-7什么是微晶硅？55

4-8为何太阳能光伏电池多以硅为原料？55

4-9什么是硅石？ 55

4-10什么是石英粉？ 56

4-11什么是白炭黑？56

4-12硅材料的电阻与纯度有何关系？57

4-13什么是太阳能级多晶硅？57

4-14原子的基本结构是怎样的？58

4-15为什么说硅是四族元素？58

第5章硅烷、三氯氢硅、二氯二氢硅和四氯化硅的生产60

5-1什么是硅烷？60

5-2硅烷是怎样制备的？61

5-3硅化镁是怎样制备的？61

5-4工业硅是怎样选择与处理的？62

5-5对生产四氯化硅所用的氯是怎样处理的？62

5-6四氯化硅是怎样制备的？63

5-7对制备三氯氢硅所用的氯化氢是怎样处理的？65

5-8什么是三氯氢硅？三氯氢硅是怎样制备的？65

5-9什么是固定炉？什么是沸腾炉？67

5-10一般四氯化硅和三氯氢硅中有哪些伴随物？68

5-11什么是二氯二氢硅？二氯二氢硅是怎样生产的？69

5-12何谓沸点？何谓饱和蒸气、饱和蒸气压？70

5-13何谓物理提纯？何谓化学提纯？70

5-14何谓易挥发组分？何谓难挥发组分？何谓低沸点、高沸点？71

5-15何谓回流比？71

5-16何谓理论塔板？何谓塔的全流量？72

5-17何谓液泛现象？何谓液泛温度？72

5-18什么是精馏法？72

5-19精馏塔有哪几种？72

5-20什么是填料塔？73

5-21什么是筛板塔？74

5-22怎样区分精馏中的三个组分？四氯化硅或三氯氢硅是怎样精馏的？74

5-23四氯化硅的颜色太重是什么原因？77

5-24什么是吸附提纯法？77

5-25精馏塔中的爆响是怎么回事？77

5-26什么是湿氮去磷法？78

第6章多晶硅的制备79

6-1什么是物理法和化学法？常见的提纯方法有哪几种？79

6-2多晶硅的传统生产方法有几种？80

6-3什么是四氯化硅氢还原法？81

6-4什么是改良西门子法？它的优缺点是什么？82

6-5什么是硅烷裂解法？83

6-6什么是三氯氢硅和四氯化硅混合源生产多晶硅的方法？84

6-7什么是多晶硅和石英玻璃联合制备法？84

6-8多晶硅和石英玻璃的联合制备法有哪些优点？86

6-9三氯氢硅合成的尾气是怎样回收的？88

6-10还原炉尾气中的氢气、四氯化硅和三氯氢硅是怎样回收的？89

6-11什么是干法回收？90

6-12四氯化硅加氢是怎么回事？92

6-13一种没有四氯化硅排放的多晶硅生产法是怎么回事？92

6-14四氯化硅和三氯氢硅的氢还原的温度是多少？94

6-15还原炉的启动方法有几种？94

6-16有几种吸附方法？94

6-17什么是还原炉？95

6-18在多晶硅生产中对氢气的纯度有哪些要求？98

6-19什么是流化床？98

6-20什么是铸造多晶硅？ 99

6-21用于拉制单晶硅的多晶硅材料一般为什么形态？100

6-22为何说多晶硅是光伏产业大厦的基石？100

6-23什么是还原炉节能器？100

6-24什么是夹层？101

6-25什么是冶金法生产太阳能级多晶硅？101

6-26什么是气液沉积法生产粒状太阳能级多晶硅？ 101

6-27生产多晶硅最难去除的是哪种杂质元素？101

6-28什么是多晶硅的物理生产法？103

6-29多晶硅物理生产法的工艺流程是怎样的？103

6-30生产多晶硅为何要对原料进行粉碎和酸洗？104

6-31什么是炉外精炼？105

6-32物理法生产多晶硅为何要真空冶炼？106

6-33什么是干法冶金？什么是湿法冶金？107

第7章单晶硅的制备109

7-1什么是单晶硅？单晶硅的生产方法有哪几种？109

7-2直拉法是怎样制造单晶硅的？111

7-3什么是区熔提纯法？区熔提纯法有哪些优点？哪些材料不宜采用区熔提纯法？114

7-4什么是悬浮区熔法？ 116

7-5悬浮区熔法生长单晶有什么优缺点？117

7-6有分解压的材料怎么拉单晶？117

7-7什么是液封直拉法？118

7-8掺杂方法有哪几种？118

7-9拉单晶时会出现哪些不正常现象？119

7-10直拉法和区熔法生产单晶硅各有哪些缺点？120

7-11单晶硅是必须要以多晶硅为原料吗？120

7-12直拉单晶炉中的晶体和坩埚是怎样旋转的？坩埚里的固液界面是怎样变化的？120

7-13什么是直拉单晶炉？什么是区熔单晶炉？121

7-14什么是基磷？什么是基硼？121

7-15单晶硅中都含有哪些杂质？ 122

7-16氧杂质对单晶硅有什么影响？什么是内吸杂工艺？122

7-17碳杂质对单晶硅有什么影响？122

7-18金属杂质对单晶硅有什么影响？123

7-19单晶硅中有哪些缺陷？123

7-20单晶硅中的位错对太阳能光伏电池有何影响？怎样避免产生位错？124

7-21晶体旋转和坩埚旋转对单晶生长界面有何影响？124

7-22为使单晶生长界面尽量平坦，在拉晶时采取哪些措施？124

7-23直拉单晶生长界面为什么出现凸、平、凹变化？124

7-24在直拉单晶整个生长过程中，热传输方式如何变化？125

7-25哪些因素影响硅单晶径向电阻率均匀性？为了使径向电阻率均匀，可采取哪些方法？125

7-26哪些因素影响硅单晶纵向电阻率均匀性？如何使硅单晶电阻率均匀？125

7-27什么是温度振荡？如何消除温度振荡？125

7-28如何防止产生硅跳、挂边和搭桥？一旦出现如何处理？125

7-29什么是籽晶？什么是石英坩埚？126

7-30什么是真空？什么是真空度？126

第8章太阳能光伏电池的生产工艺127

8-1太阳能光伏电池是用石头生产的吗"para" label-module="para">

8-2什么是晶体硅片？晶体硅片与太阳能光伏电池片有什么区别？128

8-3单晶硅片是怎样生产的？多晶硅片是怎样生产的？128

8-4晶体硅太阳能光伏电池片是怎样生产的？134

8-5什么是绒面结构？绒面是怎样制作的？135

8-6单晶硅太阳能光伏电池的P-N结是怎样制备的？137

8-7什么是铝背场？铝背场是怎样制备的？138

8-8金属电极是怎样制备的？138

8-9什么是减反射层？减反射层是怎样制备的？139

8-10多晶硅太阳能光伏电池有哪些优缺点？141

8-11多晶硅铸锭炉是生产多晶硅的吗？为什么说多晶硅铸锭炉对硅也有提纯作用？144

8-12为什么说太阳电池的“祖先”是硅二极管？144

8-13什么是熔铸法？什么是印带法？145

8-14单晶硅棒是怎样变成硅片的？145

8-15我国的多丝切割技术和抛光技术已达到何种水平？146

8-16配制切割料浆应该注意的事项有哪些？线切割硅片上的线痕是怎么形成的？147

8-17什么是外延？ 148

8-18外延生长工艺有什么新的进展？149

8-19什么是扩散？150

8-20什么是离子注入？150

8-21什么是氧化？151

8-22什么是薄膜太阳能光伏电池？152

8-23太阳能光伏电池生产为何要检测？太阳能光伏电池的生产都有哪些检测？153

8-24什么是电致发光？154

第9章太阳能光伏电池组件与发电系统156

9-1什么是太阳能光伏电池组件？156

9-2什么是太阳能光伏电池的失配？失配的原因有哪些？失配有哪些危害？156

9-3什么是热岛效应？158

9-4太阳能光伏电池片是怎样串联的？怎样并联的？158

9-5太阳能光伏电池组件上的电池片是怎样连接的？162

9-6电池组件与电池组件怎样连接？163

9-7太阳能光伏电池组件的功能是什么？太阳能光伏电池组件的封装方法有哪几种？164

9-8对太阳能光伏电池组件的基本要求是什么？165

9-9什么是环氧树脂胶封装？环氧树脂胶封装的具体方法是怎样的？165

9-10什么是透明PET层压板封装？透明PET层压板封装有哪些特点？166

9-11什么是钢化玻璃封装？ 166

9-12除了上述常规的太阳能光伏电池组件之外，还有哪些新式的组件？167

9-13什么是面板玻璃？169

9-14什么是EVA胶膜？169

9-15什么是TPT背板？170

9-16太阳能光伏电池组件的生产工艺是怎样的？170

9-17太阳能光伏电池片手工焊接的具体工艺是怎样的？173

9-18什么是太阳能光伏电池发电系统？175

9-19太阳能光伏电池发电系统有哪几种？176

9-20什么是太阳能光伏电池的直流发电系统？176

9-21什么是太阳能光伏电池的交流发电系统？177

9-22什么是并网太阳能光伏发电系统？并网光伏发电系统的优势有哪些？ 178

第10章有关其他材料的性质及制造180

10-1制造太阳能光伏电池都用什么材料？180

10-2什么是氢气？氢气有哪些用途？氢气是怎样生产的？180

10-3什么是氯气？氯气有哪些用途？氯气是怎样生产的？184

10-4什么是氯化氢？氯化氢有哪些用途？氯化氢是怎样生产的？185

10-5什么是氧气？氧气有哪些用途？氧气是怎样生产的？187

10-6什么是氮气？氮气有哪些用途？188

10-7什么是氩气？氩气有哪些用途？189

10-8氢气是怎样净化的？ 189

10-9什么是钯膜？什么是钯管？194

10-10什么是变压吸附法？194

10-11什么是硅胶？什么是分子筛？195

10-12氯碱工业的副产品氢气能用来生产多晶硅吗？氯碱氢气怎样净化？196

10-13氮气是怎样生产的？ 197

10-14氮气中的氧是怎样除掉的？氮气中除氧后为何还要通过分子筛处理才可以用？197

10-15什么是天然水？什么是纯水？198

10-16什么是蒸馏水？ 198

10-17什么是去离子水？ 199

10-18什么是纯水？什么是高纯水？199

10-19什么是石英玻璃？200

10-20什么是天然石英玻璃？什么是合成石英玻璃？201

10-21石英玻璃在太阳能光伏工业中有何用处？202

10-22什么是析晶？怎样来防止石英玻璃析晶呢？ 203

10-23什么是砷化镓？203

10-24什么是氮化镓？204

10-25什么是碳化硅？204

10-26什么是工业氢、超纯氢、高纯氢、纯氢？205

10-27各种行业对氢气有什么要求？205

10-28什么是不锈钢？“不锈”的原理是什么？206

10-29不锈钢为什么会有吸磁与不吸磁？206

10-30什么是304不锈钢？207

第11章有关用电的知识和电气设备208

11-1什么是电？什么是直流电？什么是交流电？208

11-2什么是电流强度？什么是电流密度？208

11-3什么是电阻？208

11-4什么是电能量？什么是电功率？209

11-5什么是电流的热效应？怎样计算电流的热效应？209

11-6什么是有功功率？什么是无功功率？什么是视在功率？209

11-7什么是功率因数？怎样才能提高功率因数？210

11-8怎样选择电阻炉电阻丝的直径？210

11-9什么是趋肤效应？为什么交变电流会产生趋肤效应？211

11-10什么是导体的欧姆电阻和有效电阻？212

11-11什么是电流透入深度？它有什么实际意义？212

11-12什么是可控硅？可控硅的工作原理是什么？212

11-13什么是整流和逆变？213

11-14还原炉为何要采用交流电加热？213

11-15何谓无触点开关？213

11-16多晶硅有怎样的导电特性？213

11-17还原炉的伏安特性是怎样的？214

11-18还原炉热载体的种类有哪几种？214

11-19用硅芯作为发热体为何要用高压电击穿？215

11-20钼丝炉有什么优点？215

11-21什么是短路电流和开路电压？215

11-22什么是峰值电流、峰值电压和峰值功率？216

11-23什么是填充因子？216

第12章有关环保节能的问题217

12-1为何要环保节能？217

12-2还原炉为何要用油冷却？217

12-3可以采用蒸汽冷却还原炉吗？217

12-4怎样采用热油制冷？217

12-5精馏塔怎么节能？218

12-6增加还原炉的硅棒数可以节能吗？218

12-7多晶硅生产为何要与石英玻璃联产？218

12-8为何要用还原尾气来生产白炭黑？219

12-9为何要用还原尾气来生产盐酸？219

12-10为何要用还原尾气来生产有机硅？219

12-11可以让四氯化硅与三氯氢硅一起进还原炉吗？220

12-12为何从还原炉排出的尾气首先要进入节能器？220

12-13为何还原炉的尾气最终还需用淋洗法处理后才可排放？220

第13章有关安全生产、事故防范与处理221

13-1在太阳能光伏电池的生产中为何非要强调安全生产呢？221

13-2氢气有哪些危险性？221

13-3氧气有哪些危险性？221

13-4三氯氢硅有哪些危险性？221

13-5四氯化硅有哪些危险性？222

13-6氢气设备对厂房有什么要求？222

13-7对四氯化硅合成和提纯厂房有什么要求？223

13-8对三氯氢硅合成和提纯厂房有什么要求？223

13-9对氢气净化厂房有什么要求？224

13-10对多晶硅氢还原厂房有什么要求？224

13-11对石英玻璃制砣厂房有什么要求？224

13-12对四氯化硅或三氯氢硅合成和提纯设备有什么要求？224

13-13对氢气净化设备有什么要求？224

13-14对多晶硅氢还原设备有什么要求？225

13-15对石英玻璃制砣设备有什么要求？225

13-16对氢气管道有什么要求？225

13-17对氧气管道有什么要求？226

13-18为什么氢气管路上要加阻火器？227

13-19为什么使用氢气的厂房不宜采用有井字梁的结构？227

13-20为什么使用氢气的厂房屋顶不宜采用机械排风？227

13-21为何多晶硅和外延生产厂房要上下都有通风口？228

13-22为什么硅烷的储存需要用高纯氮或氢稀释？228

13-23为什么三氯氢硅的储罐需要用水降温？228

13-24多晶硅生产中跑漏料该怎么办？228

13-25何谓气体置换？229

13-26为什么氧气阀门不能碰到油污？229

13-27电气设备发生火灾应采取怎样的灭火措施？229

13-28为什么四氯化硅跑漏时要用氨水去处理？231

13-29三氯氢硅操作应注意哪些问题？231

13-30什么是静电效应？ 232

13-31静电有哪些危害？怎样防止？233

13-32为何非要等还原炉、单晶炉降温后才能让产品出炉？233

13-33什么是石英化？234

13-34对于四氯化硅和三氯氢硅储运方面都有什么规定？234

13-35为什么氧气瓶在使用中要留有一定压力的余气"para" label-module="para">

13-36为什么氢气、氧气瓶绝对不能混用"para" label-module="para">

第14章有关对硅太阳能光伏电池生产工艺的改进及展望236

14-1多晶硅生产对环境有什么影响？如何改进？236

14-2多晶硅生产耗能为何高？如何改进？236

14-3怎样提高单位时间的厚度沉积速率？237

14-4加大硅芯直径对产率有什么影响？240

14-5加大硅棒的最终直径对产率有什么影响？242

14-6有哪些新式精馏方法？有哪些新式精馏塔？243

14-7为何说多晶硅生产厂最好建在氯碱工厂旁边？244

14-8为何说多晶硅生产厂最好建在大海中？244

14-9什么是带硅？目前有几种带硅的生产技术？244

14-10有可以替代硅的材料吗？245

14-11太阳能光伏电池的前景是怎样的？245

参考文献247

本书以问答形式，在简要介绍铝及铝合金材料加工技术基本知识的基础上，精选铝及其合金熔炼铸造，铝合金管、棒、型、线材等生产技术中有实践意义的问题进行深入浅出的讲解，内容丰富，紧扣生产实际。本书可供从事铝材制备、加工与应用的技术人员、管理人员和第一线的生产工人使用。