蓄电池选择论文

蓄电池选择论文（通用9篇）

蓄电池选择论文 篇1

1概述

通常所说的汽车蓄电池指的是汽车启动用铅酸蓄电池。作为车辆电源系统的重要组成部分,顾名思义其主要功能就是启动和蓄电。具体来说,蓄电池的主要功能包含以下几个方面。

(1)启动发动机。在发动机启动期间为启动机、发动机控制单元(ECU)、点火系统、燃油喷射系统等与启动相关的系统或零部件提供电能。

(2)维持整车静态电流消耗。在整车下电后,为整车各控制单元或用电器的储存、记忆模块的工作提供电能。

(3)稳定整车电气系统电压。在发动机工作后,充当电容,稳定整车电气系统电压,缓解电压冲击给整车电子设备造成的损害。

(4)整车电器设备供电。在发动机停机、发电机故障或特定工况下,发电机输出能力不足时参与整车电气系统供电。

以上几点蓄电池的主要功能,其中最为关键的就是启动发动机和维持整车静态电流消耗。本文所讲述的汽车蓄电池选择方法,主要是衡量蓄电池在启动发动机和维持整车静态电流消耗这2个方面的性能。

本文主要介绍了在选择蓄电池时,相关性能参数的理论计算方法,以及蓄电池选择实车验证方法等内容。所涉及的理论计算方法,与整车供电系统及启动系统的工作原理和特性十分匹配,旨在提供一种快捷、准确、有效的流程和方法作为新车型蓄电池选择的指导和依据。

2蓄电池选择方法

衡量蓄电池性能的主要指标包含20 h率容量（简称容量)及低温启动电流2个方面。其中,容量决定其维持整车静态电流消耗的能力,而低温启动电流决定其启动发动机的能力。因此,蓄电池的选择,主要就是确定其容量及低温启动电流。

2.1蓄电池选择流程

一般蓄电池选择主要包含以下步骤:①蓄电池容量及低温启动电流计算。根据经验公式及必要的车辆技术参数计算。②蓄电池初步选型。根据容量及低温启动电流计算结果,从供应商的产品库中寻找数款符合要求的蓄电池型号。③蓄电池布置及型号确定。供应商提供初选蓄电池的3D数据,然后在整车上进行布置,确定一个最优方案。④蓄电池选择实车验证。实车验证所选蓄电池的参数是否满足整车性能设计要求,若不满足则需重新选型。⑤蓄电池定型。若实车验证通过,则蓄电池最终定型。蓄电池选择流程图如图1所示。.

2.2蓄电池容量计算

蓄电池容量计算有2种较为通用的方法。

2.2.1经验值法

该方法主体思路是根据经验公式计算蓄电池容量的大致范围,然后根据竞品车型的情况选择近似的容量。

蓄电池容量计算经验公式:.

其中:Cn为蓄电池20小时率额定容量,单位为A·h;P为启动机额定功率,按kW计;U为蓄电池标称电压值。

以某三厢轿车为例,其发动机所匹配的启动机额定功率为1.2 kW,则该车蓄电池容量经验值:

该车蓄电池容量在45～60 A·h范围内选择,可参考该车的竞品确定。

2.2.2静态电流法

经验值法的主要特点是简单、快速,但也存在选择范围大、不够准确的缺点。而静态电流法则是一种更为准确的方法。该方法主体思路是保证蓄电池在整车下电后且未拔负极电缆的情况下,静置一定的天数后仍能正常启动。

整车静置时的蓄电池电能消耗主要有2个部分:①整车控制单元或用电器静态电流消耗;②蓄电池自放电。—般用自放电率表示,通常定义为容量的1‰每天。

蓄电池容量的计算公式:

换种表达方式:

其中:Cn为蓄电池20小时率额定容量,单位为A·h;I为整车静态电流,即各控制单元或用电器静态电流之和,单位为mA;T为整车静置天数,根据各车厂要求而定,一般推荐42 d;80%Cn为车辆下线或下电时蓄电池剩余容量;40%Cn为保证发动机正常启动的蓄电池最低容量。

同样以某三厢轿车为例,下电时仍有静态电流消耗的控制单元或用电器及其静态电流值见表1。

由表1可计算出该车整车静态电流:

该车计算蓄电池容量:

2.3蓄电池低温启动电流计算

发动机启动主要是依靠启动机带动发动机从静止状态开始运转,而发动机要正常运转必须维持在一定的转速(也称之为拖动转速)之上。因此,要求发动机启动时的转速必须不小于拖动转速,即启动机转速应不小于发动机拖动转速与启动传动比之乘积:

注:上表各控制单元或用电器的静态电流应尽可能以实测值为准,即使为新零部件,也应以以往类似零部件作为参考。

其中:ns为启动机转速,单位为r/min;nEmin为发动机拖动转速,单位为r/min;i为启动传动比。

若已知启动机的特性曲线,则可知在发动机启动瞬间启动机的电枢电流IS,蓄电池的低温启动电流ICC应大于IS。考虑到蓄电池在极端低温下的启动能力会大幅降低,同时实际上车辆熄火后蓄电池并不能完全保证满电状态。为保证可靠启动,应乘以一个安全系数,按以往经验一般取1.5左右。即:

还是以某三厢轿车为例,其发动机拖动转速为70 r/min,启动传动比为16.5,即发动机启动瞬间启动机转速:

从该车启动机特性曲线图(如图2所示)可知,发动机启动瞬间启动机的电枢电流IS约260 A,则该车蓄电池低温启动电流:

综上,该三厢轿车的蓄电池可选择容量不低于45A·h,低温启动电流不低于390 A的型号。

2.4蓄电池布置及型号确定

将供应商提供的初选蓄电池3D数据布置到机舱中进行对比,并选择最优的布置方案,同时应该兼顾到成本最优的原则。关于蓄电池的布置方法,本文不做重点阐述。

综合以上各方面的因素,该车最终选择型号为54534的蓄电池,容量为45A·h,低温启动电流为410A。满足计算值。

3蓄电池选择验证

上述蓄电池容量及低温启动电流计算一般是基于理论设计值及实验室数据,并不能完全反映实车的真实情况。为保证蓄电池选择的准确性,一般都应进行蓄电池选择实车验证,主要包含2个部分:静置时间试验及低温启动试验。

3.1实车静置时间试验

主要目的是检验所选蓄电池是否能满足车辆静置时间设计值的要求。

首先,要进行整车静态电流测量。步骤如下:①车辆熄火下电。②断开蓄电池负极线缆,在负极线缆及蓄电池负极桩头之间串联接入万用表,选择“A”挡。③车辆静置30 min以上。④万用表调到“mA”挡,测量并记录车辆此时的静态电流值。

说明:若实际整车静态电流小于计算值较多,必要时可评估蓄电池容量是否选择过大;若整车静态电流大于计算值,则需分别检测各控制单元或用电器的静态电流是否存在超标,并应按设计值整改完毕后重新测量。

其次,进行整车静置,步骤如下:①用充放电设备将蓄电池充放电至80%的容量(从图3所示的蓄电池SOC曲线上找出对应的电压值,蓄电池充放电后的开路电压符合该电压值)。②将蓄电池安装到待测试车辆上,点火开关打到ON挡后迅速回到OFF挡,拔出钥匙并给车辆上锁。③车辆在常温下静置42 d。

最后,进行启动测试,步骤如下:①测量蓄电池开路电压,从SOC曲线寻找对应容量,确认蓄电池剩余容量是否达到40%SOC以上。②车辆解锁,启动车辆,确认车辆是否能一次启动成功。

3.2实车低温启动试验

主要是验证所选蓄电池能否满足整车极端低温环境下启动要求。步骤如下:①按本文“3.1”的方法将蓄电池充放电至80%的容量。②将测试车辆在-20℃环境舱中放置8 h。③连接好测试设备,启动车辆,记录车辆启动过程中蓄电池电压变化曲线。④在-30℃环境舱条件下,按上述方案再进行一次测试。

从蓄电池电压变化曲线上读取车辆启动时间及蓄电池电压小值,应满足表2的参数要求。

4总结

蓄电池的容量和低温启动电流与整车性能及蓄电池的成本有直接的联系。容量及低温启动电流选择不足,会使整车的静置及启动性能降低;若选择过于富余,则造成成本的浪费。本文介绍的蓄电池容量及低温启动电流选择方法,经过多款车型实际验证,可用于蓄电池的合理选择,既可保证整车的静置及启动性能,又可以有效地控制蓄电池的成本。

摘要：蓄电池是整车电源系统的重要组成部分,其性能决定了整车存放性能及启动性能。若所选蓄电池性能不符合要求,会影响整车性能;若性能过于富余,又会造成成本浪费。文章主要介绍了一种蓄电池选择的流程及方法,经过多款车型的实际验证,可用于蓄电池的合理选择,既可保证整车的静置及启动性能,又可以有效地控制蓄电池的成本。

关键词：蓄电池选择,容量,低温启动电流,静态电流,静置时间

参考文献

[1]张明森.汽车的电量平衡计算[J].汽车电器,2010(10).

[2]付国良.整车电平衡设计及验证方法[J].汽车电器,2015(1).

[3]石志勇,韩勇,王宜海.汽车电平衡匹配设计浅析[J].汽车实用技术,2015(4).

蓄电池选择论文 篇2

为加强直流系统管理，提高设备健康程度，变工作被动为主动，把设备缺陷消除在萌芽状态，必须提高蓄电池检查质量，加强巡回检查力度。特制定本制度。

一、蓄电池由专人负责，每日进行一次常规检查。每月5日、6日进行一次参数检查。

二、常规检查内容包括：蓄电池室卫生状况；照明情况；室内温度、湿度；通风情况；电池外观；电缆及连接片有无氧化松动；对非免维蓄电池应检查液面位置是否符合要求。

三、参数检查内容包括：蓄电池单体电压；整流柜浮充电流、浮充电压；对非免维电池应检查电解液液面，电解液密度并做书面记录。

四、对各次检查中发现的异常情况应做好记录，及时处理及汇报。

五、班长每月定期对蓄电池维护情况进行检查，如发现

未按期进行蓄电池维护检查，或检查项目不全、检查不认真者，要依据《乳山风电运营班经济考核细则》严格考核。

机房铅酸蓄电池的选择与维护 篇3

关键词：铅酸蓄电池,安全播出,蓄电池维护,循环寿命,充放电

1 蓄电池在安全播出体系中的重要作用

安全播出是广电播出机构的头等大事、工作的重中之重。《国家广播电影电视总局广播电视技术维护奖励办法》 (广发技字[1998]617号) 规定“完成全年台内、台外停播率指标得20分;停播率每增加10%扣2分, 最多扣20分;停播率每减少20%增加1分, 最多增加5分; (0-20分) ”, 又规定“全年没有发生播出事故、事件; (20分) ”。

所有威胁安全播出的事件当中, 后备电源系统缺失是其中危害重大, 平时又容易以侥幸心理忽视的一项。它可以造成单站所有设备掉电, 无法补救。且市电中断是偶发事件, 后备蓄电池系统的隐患没有直接的征兆, 表面上电压正常, 启用的时候也可能发生容量不足、电压迅速下降致使全部设备掉电。蓄电池系统的故障比任何单台设备故障影响大得多, 甚至直接引发安全播出事故。本文总结了最常用的机房铅酸蓄电池使用中的一些注意事项。

2 蓄电池的选用

目前机房后备电源用蓄电池基本上是20世纪70年代出现阀控式密封铅酸蓄电池 (VRLA) , 有AGM和GEL两类。贫液式 (AGM技术) 贫液式电池以超细玻璃棉隔板吸取电解液, 没有游离电解液。AGM隔板具有93%以上的孔隙率, 其中10%左右的孔隙作为正极析出的O2到负极再复合的通道实现氧的循环。贫液式电池具有自放电小、充电效率高、内阻小、气体复合率高等特点。胶体 (GEL技术) 胶体电池采用触变性二氧化硅胶体吸收电解液, 胶体中自然形成的缝隙充当氧循环的通道。阀控式密封铅酸蓄电池技术上比较成熟, 制定了相应的国家标准或行业标准, 虽然重量能量密度较低, 但是成本低、比较安全, 在机房等对重量要求不高的地方得到广泛使用。

铅酸蓄电池寿命受制于循环放电的次数, 它因为蓄电池使用条件不同而由很大差别, 一般在采购时难以直接规定, 为了延长服役期限, 有几个方面要注意:

同样的用料情况下, 初期容量和使用寿命存在一定的冲突。关注短期效益的厂家有潜在的利用有限的材料增加初期容量的动机, 比如增加极板组数、提高电解液浓度等等。

容量配置, 不高配, 不低配。蓄电池容量偏小, 则在剧烈放电时活性物质与硫酸过度反应, 温度升高, 极板因过负荷而弯曲, 活性物质脱落, 寿命缩短。蓄电池电荷容量偏大, 则不能充分利用其活性物质, 蓄电池经济性下降, 且小电流放电形成的硫酸铅晶体颗粒较大, 不容易被氧化还原, 时间长了影响蓄电池容量和寿命。

根据应用条件选配产品。应用在中心机房的蓄电池组, 通常负载电流较大而保证的后备时间相对较短, 应选大电流放电性能较好的蓄电池。应用在无人站的蓄电池组, 负载电流较小, 后备时间较长, 需要小电流深度放电特性较好的蓄电池。应用于太阳能系统的蓄电池放电时间长, 应采用小电流深度放电、短期充电特性好的蓄电池。启动内燃发电机组的蓄电池, 自放电和水的损耗都很大, 要定期进行补蒸馏水或专用电解液、补充电。

3 蓄电池维护工作依据的原理

阀控式密封铅酸蓄电池是一个复杂的电化学体系, 电池的性能和寿命取决于制备电极的材料、工艺、活性物质的组成和结构、电池运行状态和条件等。电池过充状态下, 负极产生水, 正极产生H+, 加速了正极板的腐蚀, 由于再化合反应不完全及板栅腐蚀引起水损失电池处于放电状态, 或长期以放电状态放置, 负极pH值增加, 极板上生成可溶性颗粒, 促进枝状结晶生成穿透隔膜造成极间短路自化合反应的发生, 无论电池处于充电或放电状态, 负极总有硫酸盐存在, 使负极长期处于非完全充电状态, 形成不可逆硫酸盐, 充电过程中, 电池内的再化合反应产生大量的热, 温升过高, 电解液干涸。另一方面, 若没有温度补偿, 充电控制器有可能过早关断, 导致电池充不满电, 25度为基准温度, 温度高10度, 寿命缩短50%, 容量减少50%;温度降低10度, 容量减少10%。所以最好机房温度保持在22-25度左右。

不可并联或串联混用。并联后足电的蓄电池以很大的电流向不足电的蓄电池充电, 造成极板活性物质脱落。蓄电池串联混用, 新蓄电池内的端电压较高, 内阻较小, 旧蓄电池端电压较低, 内阻较大, 可达新蓄电池的5倍。串联混用在充电状态下, 旧蓄电池两端的充电电压高, 造成新蓄电池充电尚未充足而旧蓄电池过充电。在放电状态下, 旧蓄电池过量放电。同样的道理, 不同容量、特性参数的蓄电池也不能混用。

控制放电深度:放电深度超过40%时, α二氧化铅就会明显参与反应, 还原后成为β二氧化铅。α二氧化铅减少后, 正极板软化, 电池寿命缩短。因此要严格减少深放电的次数, 在停电后及时发电, 使电池放电深度小于40%。

蓄电池的首次充电称为初充电, 初充电对蓄电池的使用寿命和电荷容量有很大的影响。应按照规程和产品说明以足够的时间进行初充电。

浮充是蓄电池最佳运行条件, 浮充电压使产生的充电电流和自放电等损耗电流平衡。电压过高会加速腐蚀电极、失水。为了弥补某些电池的特性不一致可用均充补充, 均充电压比浮充高几十毫伏, 时间不能过长。对新电池取较低的均充电压, 对老旧电池可取稍高的均充电压。

充电:有普通恒压限流, 分段恒流等方式。因为原理和各种实际的原因, 目前充电方法效果不尽完美, 仍在改进过程中。

4 维护实务

节约使用电池电力。严格控制市电断电时间, 蓄电池放电到一定程度, 到达保护电压, 就要停止放电。蓄电池只是不得已情况下的后备电源, 供电应尽量以市电满足, 市电中断时间可能较长应及时开启油机。

细心调配充电参数。配套的给蓄电池充电的开关电源的参数 (充电时间、电压模式) 应设定为和蓄电池对应。因为开关电源对蓄电池的温度补偿功能是建立在温度传感器精确传感的基础上, 误差大的话会引起过充或欠充。需要定期检查开关电源的温度传感器是否正常。如果按照高水平维护的要求, 还应及时统计各个机房市电中断时间长度的特征, 并据此设定合适的保护值、限流值、均充时间等开关电源参数。

保证空调运行良好。夏季如果没有空调, 温度升高到55度, 蓄电池寿命可能剧烈缩短为设计寿命的1/8。

勤于清洁保养。定期 (3个月) 测试, 全面清洁, 检查连接处有无松动、腐蚀, 检查蓄电池壳体有无渗漏, 检查极柱、安全阀周围是否雾酸液溢出有酸雾酸液溢出。应定期检查蓄电池电解液液面高度。若电解液数量不够, 会导致极板上部与空气接触而硫化, 缩短使用寿命。

疏通通气孔。蓄电池在充放电过程中会产生氢气和氧气, 尤其在过充电时。平时如果忽视通气孔的疏通, 造成阻塞, 产生的热量和气体无法散发, 会导致爆炸。

定期进行电池容量检测。直接测量浮充电压不能反应电池容量, 测浅度放电时的端电压也不能准确反应, 传统的较准确的方法是核对放电, 就是将电池离线, 用电阻箱进行深度放电测量。该法程序繁琐、耗时长, 需要另外有后备电源供应因为电池要很长时间处于离线状态, 代价较大, 但是它是目前唯一公认的有效办法, 可以作为一年一度或两年一度或三年一度的核对放电测试。其他定性的方法有在线快速测试法:在放电状态, 对个单体电池端电压巡检, 找出电压下降最快的, 判定个别劣化电池, 目前该测试方法准确度较低, 测试结果不能作为最终判据。内阻测量法:以低频交流电加于蓄电池两端, 测出电池内阻, 研究结果表明电池容量下降到50%-40%以后, 内阻有明显变化, 据此可以作为判断门限。但是到达门限之前, 内阻与容量的线性关系很差。

配对使用。根据国家有关电源维护规程, 电池组容量在80%以下就应整组淘汰, 但是因为全部更换费用昂贵, 不得已需要部分更换时, 并联、串联使用的电池, 容量等参数特性应尽量一致, 即使对同一个厂家的电池也需要通过仪器检测配对。最好能采用同期采购的富裕备件而不是新生产的电池。

不轻信电池激活。对于容量下降超过50%、更换下来的蓄电池, 可以采用去硫激活等方法延长寿命, 但是目前这些技术都有局限性, 不能完全保证修复后的蓄电池性能, 在关键性节点、执行关键播出任务的地方不宜采用。

5 总结

蓄电池的材料成本中, 铅及铅合金大约占到70%。随着世界性的货币宽松、金属资源品价格上涨, 以及国内对环保要求越来越高, 蓄电池的成本、价格呈逐年升高趋势。所以精细维护蓄电池系统, 增加有效使用寿命, 对于节约资金的意义将越来越大。

蓄电池系统在安播系统建设中占的资金比重不大, 技术成熟, 其维护工作容易被忽视, 但实际上它的维护比一般系统设备要复杂, 除了查看物理参数, 还涉及到危险化学品, 如果没有经过细心的培训或缺乏责任心, 可能造成安全事故。

本文分析介绍了蓄电池维护的原理和实务做法。我们在维护实践中只要按照一定的规章作业, 就可以保障蓄电池的使用寿命, 使它在外电中断的关键时刻能够发挥作用, 保障安全播出无事故。

参考文献

[1]国家广播电影电视总局广播电视技术维护奖励办法 (广发技字〔1998〕617号) .

[2]桂长清等编著.实用蓄电池手册[M], 北京:机械工业出版社, 2011.

[3]周志敏, 纪爱华编著.铅酸蓄电池修复与回收技术[M], 北京:人民邮电出版社, 2010.

蓄电池工作总结 篇4

1、浮充电压值的调整：因浮充电压显示值比实际值偏大，所以重调了浮充电压值。

2、测量并记录蓄电池浮充总电压及各电池电压以及室内温度。

3、检查各个电池的外壳、盖子无开裂、变形等损伤及漏液。

4、紧固各电池组之间的.连接板及端子接线。

5、用湿布擦洗脏污的电池。

蓄电池选择论文 篇5

烧结余热电厂的规模和直流负荷较小,为了给控制、信号、保护、自动装置、事故照明、直流油泵和交流不停电电源装置等供电,需要装设一套容量能满足全厂停电时直流负荷需要的蓄电池组。通常蓄电池容量的计算方法有电压控制计算法和阶梯负荷计算法[1],本文采用电压控制计算法。

1 蓄电池电压

1.1 蓄电池个数及终止电压确定原则

(1)铅酸蓄电池直流系统每组蓄电池的个数按正常浮充运行时能保证直流母线电压为直流系统额定电压的105%计算,并按不同运行工况进行校核。

(2)蓄电池的终止电压按各事故放电阶段能满足母线最低允许电压确定。

(3)蓄电池组原则上不装设端电池和硅压降设施。

1.2 浮充电压、均衡充电及浮充电流

1.2.1 浮充电压

密封免维护铅酸蓄电池是贫液电池,为保证容量,其电解液比重d比普通铅酸蓄电池高(取1.30),相应开路电压达2.16～2.18V,浮充电压Uf为2.25～2.28V(建议取2.25V,25℃)。但浮充电压需随环境温度变化而进行修正,当温度升高1℃时,其值应下降3mV,反之则应升高3mV。

1.2.2 均衡充电

蓄电池在正常浮充时可不进行均衡充电,出现落后电池(2.20V及以下)及放电后则需进行均衡(补充)充电。均衡充电采用定电流、恒电压两阶段充电方式,充电电流为(0.1～0.25)C10A,建议取0.1C10 A;充电电压为2.35～2.40V,动力专用蓄电池组可取2.40V,混合供电和控制专用蓄电池组建议取2.35V。

1.2.3 浮充电流

密封免维护铅酸蓄电池的自放电率较小,在20℃的环境温度贮存时,自放电造成的容量损失每月约为4%。根据测试浮充电流小于2mA/(A·h)的要求,建议取2mA/(A·h)。

1.3 直流母线和用电设备电压偏差范围

1.3.1 直流母线电压波动范围

直流母线电压允许的波动范围取决于用电设备的允许电压偏差。根据用电设备的标准要求,其上限值控制在110%Un (Un为标称电压),下限值控制在85%Un(动力负荷,包括混合供电)或80%Un(控制负荷)。考虑电缆压降等因素后,电压上限值可取112.5%Un,下限值取87.5%Un(动力负荷)或85%Un(控制负荷)。

1.3.2 直流电机电压偏差

直流电机机端电压偏差在85%Un～110%Un范围内可保持电机持续稳定运行,但应在订货时注明直流电压偏差范围,以便制造厂选配适当的电机容量。

1.3.3 UPS装置电压偏差

目前,静态逆变的UPS装置品种较多,不少产品均满足85%Un～110%Un的偏差值要求。

2 蓄电池容量选择

中天钢铁新区烧结余热发电工程配置3台双压余热锅炉,配套建设1台25MW补汽凝汽式汽轮发电机组。直流电源容量按终期规模考虑,设置1套直流电源装置,分别用于汽机直流油泵、控制保护合闸等,电压为220V。直流负荷计算见表1。

2.1 容量计算

满足事故全停电状态下的持续放电容量为:

式中,CC为蓄电池10h放电率计算容量,A·h;KK为可靠系数,取1.40;KCC为容量系数,在指定的放电终止电压下,对于事故放电时间xh,其值可查[1],这里取0.54。故CC=171A·h,选择电池容量为200A·h。

2.2 220V直流系统电池数量

由n=1.05Un/Uf=102.17知,选104只。

注:Icho为事故放电初期(1 min)冲击放电电流值;CS,x为事故全停电状态下相对应的持续放电时间xh的放电容量;Ichm为事故放电末期随机(5s)冲击放电电流值。

2.3 放电终止电压

控制负荷和动力负荷合并供电,其放电终止电压为:

2.4 电压水平计算

(1)事故放电初期承受冲击放电电流时,蓄电池保持电压的计算。

式中,Kcho为事故放电初期(1min)冲击系数;C10为蓄电池10h放电率标称容量,200A·h。查《电力工程电气设计手册》,对应的保持电压Ud=1.92V,则蓄电池出口电压UD=104×1.92V=199.7V。对蓄电池突然承受放电电流的电压水平进行验算,直流母线电压199.7V≥0.9Ue(198V)。

(2)事故放电末期承受冲击放电电流时,蓄电池保持电压的计算。

式中,Km,x为任意事故放电阶段的10h放电率电流倍数;Kchm,x为xh事故放电末期冲击系数。查《电力工程电气设计手册》,对应Km,x=0.33及Kchm,x=0.01的Ud=1.87V,则蓄电池出口电压UD=104×1.87V=194.5V。对蓄电池再承受冲击负荷时的电压水平进行验算,直流母线电压194.5V>0.875Ue(192.5V)。

2.5 充电模块数量

目前,充电装置有高频开关式和晶闸管式;但由于晶闸管整流装置体积大、技术性能指标差,故推荐使用高频开关充电装置。高频开关充电装置具有集成模块化、技术性能好、体积小、功耗小、自动化水平高等优点,广泛地用于发电厂和变电站中。

高频开关充电装置由若干个模块并联组成,一般都为N+1备份冗余方式,充电电流由N+1模块输出,采用自动均流措施(不平衡度不大于5%)。1组蓄电池配置1组充电装置或2组同容量的充电装置,整流模块选择计算方法如下:

式中,N为高频开关整流模块个数;Ijc为直流系统的经常负荷电流,A;Ime为单个整流模块的额定电流,A。

现蓄电池容量为200A·h,直流经常负荷电流为4.1A,充电模块额定电流为10A,则N=(0.1×200+4.1)/10+1,取整为4,故整流模块数量N=4。根据上述计算结果,选择1套充电设备、1组200A·h蓄电池,配置10A高频充电模块4个,为直流动力负荷和控制负荷供电。

3 降压硅链存在的意义

直流电源系统在对蓄电池组进行均衡充电时,充电模块的输出电压会高于控制回路的额定电压,而放电时输出电压会低于合闸母线的额定电压。降压硅链单元就是直流屏中串接在合闸母线与控制母线之间,由其自动控制电路或手动控制旋纽改变电压值,从而保证控制母线和合闸母线的电压均在正常范围的调压装置,如图1所示。

实际上,由于早期的电磁操动式断路器操作电流大以及镉镍电池的高倍率放电,在负载回路上产生了大的压降,因此为了提高电池的端电压,而又不使二次保护供电电压提高,才引入了降压硅链,出现了合闸母线和控制母线分离的情况。目前,电磁操动式断路器早已被淘汰,弹簧储能式断路器和阀控式铅酸免维护电池的广泛使用都为取消降压硅链奠定了技术基础。经过接线改进及蓄电池的各种运行状况分析,在均衡充电和事故放电时,电压通常能满足技术规程的要求;而降压硅链的存在,会使系统接线变得复杂、可靠性降低、投资增加,因此,建议在直流系统设计时尽量取消降压硅链。

根据《电力工程直流系统设计技术规程》,控制负荷和动力负荷直流母线电压允许的变化范围分别为85%Un～110%Un和87.5%Un～112.5%Un。事故放电电压则由放电末期蓄电池的最低电压决定。均衡充电的电压值按负荷运行电压不应超过规定值,如果达不到要求,可采取以下措施进行调整。

(1)将均衡充电电压降低为2.28V(均充电流取I10～1.25I10)。经试验,在不同放电深度,恒电流和恒电压两阶段的充电时间相差很小,均衡充电2.25V比2.35V的时间少3～4h,而均衡充电一般3～6月一次,增加几个小时不会有什么问题。

(2)对于6V、12V的电池组,国内外许多电池厂可以制造4V、8V、10V的产品,通过在6V电池盒内少装1个单体电池,12V电池盒内少装1～2个单体电池,而电池外壳和引线不变,即可调整电压。

目前,发电厂和变电所的断路器采用液压或弹簧机构,合闸电流很小(2～5A),同时采用微机监控、继电保护和安全自动装置,其控制距离较短,因此,蓄电池放电时的电压满足要求时不设降压装置,如终止电压略低一些则可通过加大蓄电池容量来解决。根据以上分析和计算来选择电池个数,可保证阀控电池在各种运行工况下的电压满足规程要求,其结果见表2。

4 结束语

直流电源是余热电厂的重要组成部分,它为断路器分合闸及二次回路中的仪表、继电保护和事故照明等提供直流电源,并为二次系统的正常运行提供动力。余热电厂相较于常规电厂,规模小、负荷低,动力和控制混合供电,因此需根据这些特点并结合常规算法来选出合适的蓄电池组。蓄电池组容量偏大,会造成电池的浪费和因长期得不到应用而影响寿命;容量偏低,则不能在事故时满足要求从而产生危险。本文根据具体工程中的应用实例,提出了容量计算与选择的方法,并在实际设计中结合相关规范,做到具体工程具体分析,从而设计出适合实际需要的蓄电池组。

注:浮充电压为2.23～2.27V,均充电压为2.30～2.40V;组合电池电压为6V(3个2V单体电池组成)、12V(6个2V单体电池组成)。

参考文献

蓄电池选择论文 篇6

关键词：光伏,照明,蓄电池

独立的光伏发电照明系统一般配备太阳电池、蓄电池、光源及控制电路四个主要模块。其中太阳电池和蓄电池是光伏照明系统中的能源保障, 其功能性和可靠性尤为重要。

1 太阳电池的选择和配置

1.1 太阳电池的选择

最早出现的太阳能电池是采用单晶硅制造而成的, 硅是地球上较为丰富的一种元素, 过去提炼单晶硅技术上有难度, 因此人们在研制单晶硅太阳板的同时又同时开发了多晶硅太阳板和非晶硅太阳板, 以及一些其他材料的太阳能电池。

目前, 大部分的太阳能电池的制造原理是通过半导体的光伏效应, 把光能转化为电能。除硅系原材料外, 砷化镓、铜铟硒和硫化镉也可以用作太阳能电池的原材料来使用, 但制造技术和原材料的物理特性决定了其光电转换效率有所差异, 如表1:

考虑到市场因素和深度开发的前景, 一般寻求以下几种特性的材料作为重点研发的方向, 即无公害、原材料丰富、制造成本低、转化效率高、寿命长。鉴于这种要求, 晶体硅在光伏半导体材料的制作中仍具有不可替代的位置, 占目前市场份额的90%以上。

单晶硅光伏材料的转换效率目前是最高的, 但其制造工艺复杂, 工业消耗较为可观。非晶硅的成本相对低廉, 但转换效率较低, 效率衰减相对迅速。多晶硅相对来说转换率和制造成本都是较为合适的, 是目前市场上的主导产品。一般来说, 制造光伏LED照明系统采用的就是多晶硅太阳板。

1.2 容量计算

在太阳电池容量的设计中, 因其造价高昂, 需综合考虑电路负荷和制造成本。基本原则是电池板每天的转化电量略大于负载消耗的电量, 但由于太阳能获取的多少与季节有着较为密切的关系, 设计时需考虑冬季情况下能满足需求的最小值。所以总的来说, 光伏照明系统的设计需考虑的参数有开路电压、额定功率、短路电流、安装地年平均辐射量、负载电压电流、负载日用电时数等, 计算公式如下:

其中, T1为照明时间, T2为当日有效光照时间, PLED、Ppv分别为光源、太阳电池的功率, k为安全系数。我国处于赤道以北, 故太阳能板需朝南安装, 几个主要城市的倾角表如表2所示。

2 蓄电池配置

2.1 蓄电池的选用

光伏照明最主要的储能方式依旧是传统的蓄电池, 它在白天接收太阳能板产生的电能, 晚上再为照明系统提供电源, 它的容量需求比负载所需的实际电量要大, 且要充分考虑因环境温度、湿度、设计寿命内的容量衰减带来的影响, 考虑到其工况的特殊性, 一般要求蓄电池工作寿命长、充放电次数多、维护简单。

尽管阀控式密封铅酸蓄电池在蓄电池的领域占据了绝大部分市场, 但它重量大, 单位质量容量低的缺点也十分明显, 目前的趋势是重点研究其他替代电池的可行性, 如锂离子电池和金属氧化物镍电池等。各种电池的自身特性也限制了它们全面的应用, 包括成本和稳定性, 以及快速充放电下的寿命等。不同电池的特性对比如下表3:

可以看出, 相比较之下, 铅酸蓄电池的重量比能量、体积比能量不如锂离子、镍镉和镍氢电池, 但其性价比优势还是比较明显的。特别是作为备用电源、储能电源和动力电源, 由于其容量大和放电曲线较好, 且无记忆效应, 因此光伏照明系统大多数仍采用铅酸蓄电池。

2.2 容量计算

光伏照明系统一般选用耐过充放的阀控式密封型蓄电池, 容量B计算按如下公式:

其中, bc是蓄电池附加容量, 其取值为一年内方针发电容量低于负载耗电容量 (Ah) 月份的累计值, Q1为负载平均每天的耗电容量, n为最长阴雨天, dt为环境温度修正系数。

在光伏照明系统中, LED光源的功率不大, 蓄电池放电电流较小, 因此综合考虑铅酸蓄电池可以满足需求。

参考文献

[1]余发平, 张兴, 王国华.基于自适应PI控制的太阳能LED照明系统PWM恒流控制器[J].太阳能学报, 2006 (2) .

[2]程鸿飞.小尺寸液晶显示器背光源的光学性质[J].现代显示, 2005 (11) .

[3]王晓明, 郭伟玲, 高国, 等.LED——新一代照明光源[J].现代显示, 2005 (7) .

[4]赵秀春, 章熙, 李培芳.一种新型光伏照明系统控制器[J].能源工程, 2004 (5) .

锂离子电池负极材料的选择 篇7

近年来,能源短缺和 环境污染 等问题成 为世界关 注的焦点。转变传统高能耗、高污染的经济增长方式,大力推进 节能减排,发展以低能耗、低排放为标志的低碳经济,正成为世界各国经济发展的共同选择。以电动汽车为代表的新能源汽车 的出现,无疑正影响着未来世界经济的发展。锂离子电池作为电动汽车的动力源之一,它的容量和使用寿命直接影响着电动汽车的发展速度,所以探索容量高、充放电速度快和循环寿命 长的新型负极材料已成为当前锂离子电池研究的热点[1]。目前,研究工作主要 集中在碳 材料和具 有特殊结 构的其他 化合物上[2]。

1选择负极材料的要求

自锂离子电池诞生和投入实际应用以来,其负极材料常选择以下几种:石墨化碳基材料、无定形碳材料、硅基和锡基负极材料、新型合金和纳米氧化物等其他负极材料[3]。负极材料的选择要遵循以下原则:(1)锂离子电池负极材料在充放电过程中,锂离子的插入和氧化还原电位要尽可能低,一定要接近 于锂金属材料的常规电位值,这样才能保证电池两极的输出电位高;(2)锂离子电池的可逆容量决定了电池单次使用时间的长短,选择负极材料时,要使锂离子尽可能多地插入和快速脱插,以得到高容量密度;(3)为了保证锂离子电池的使用寿命即循环充放电次数,在锂离子整个插入和脱插过程中,锂的插入 和脱插应该可逆,并且在此过程中,负极材料的主体结构不能 有大的体积变化;(4)插入化合物要有良好的化学稳定性、良好的表面结构、较大的扩散系数、良好的电子电导率和离子电导率,这样的材料制成的电池电压才不会发生明显变化,从而可减少电极极化,保证大电流的充放电;(5)最重要的是材料应具有环境友好、无污染的优点,且价格便宜。

2碳基负极材料

锂离子电池负极材 料的首选 是碳基材 料,其次是合 金材料。碳原子是化学元素周期表中第12号元素,由它组成 的材料丰富多彩,有许多以sp2和sp3杂化轨道构成的同 素异形体,如零维材料富勒烯(足球烯)、一维材料碳纳米管、二维材料石墨烯[4]和三维材料石墨。碳碳键在碳材料中有单键和双键,单键的晶格常数一般为0.154nm,双键长一般为0.142nm;碳材料也可以分为难以石墨化的硬碳和容易石墨化的 软碳。在 锂离子电池中,碳基材料直接与电池的电解液接触,所以材料 表面结构对电解液的分解和界面的稳定性具有重要意义。影 响表面结构的因素包括端面与平面的分布、表面的粗糙因 子、表面材料的物理吸附杂质和化学吸附。

富勒烯中每个碳原子参与形成两个六边形环 和一个五 边形环,六边形环以sp2杂化轨道成键,键角为120°,五边形环以sp3杂化轨道成键,键角为108°。富勒烯因其特殊结构而具有超导性、非线性光学性和磁性,分子结构稳定且硬度很高,可用于超级润滑剂、固体燃料、计算机芯片和晶体管。但其 可逆储锂容量低、价格高,不适合作为锂离子电池负极材 料。碳纳米管自1991年被发现以来,其特有的纳米性能得到了 诸多研究 领域科学家的关注,它是一种由碳碳共价键结合而成的六边形的单层或多层纳米级别的管状结构材料,单层碳纳米管曲卷后可得到富勒烯。锂离子插入多层碳纳米管中后由于较强的 电荷静电引力很难脱插,且纳米管内部有许多残绕结和钝态 碳层,使得其作为负极材料有较高的不可逆容量。对于单层碳 纳米管,因其较大的比表面积,作为负极材料时第一次可逆容 量很高,但循环次数少,这是因为锂的插入会导致纳米管的晶 格被破坏。

3非碳基负极材料

锂离子电池的非碳 基负极材 料大致有 以下几种:硅基材料、纳米氧化物、钛基材料、氮化物、锡基材料、新型合金和其他负极材料。

硅有晶体和无定形2种形式,锂插入硅是一个无序化的过程,可以形成Li22Si4的化合物,可逆容量高达800mAh/g以上,但因容量衰减速度快导致其循环次数少。将硅和石墨的 沥青进行高温裂解处理可以制 备得到Si/C复合物,该材料的 可逆容量高,如果在前驱体过程中加入少量CaCO3,可以达到提 高电池充放电速度的目的,抑制电池的可逆容量损失。锡基材料起源于日本的电子工业,如松下和富士公司,主要包括锡 的氧化物、复合氧化物和 锡盐。锡的氧 化物有3种———氧化亚锡、氧化锡和2种混合物,SnO的容量较石墨材料要高,但是循环次数少。SnO2可以分为单晶和多晶,其首次不可逆容量大,但循环性能不理想。复合 氧化物有2种,分别为合 金型和离 子型。合金型负极材料的可逆容量随着循环次数的增加急 剧下降,而离子型 材料的可 逆容量减 少较慢。锡 盐如SnSO4和SnPO4Cl均可充当锂电池的负极材料,主要以合金型机理进行锂的插入和脱插,具有较高 的可逆容 量,稳定性能 也好,循环100次后的容量为570mAh/g。

合金因其具有加工性能及导电性能良好、对环境敏感性弱和充放电速度快等特点,成为一种比较理想的负极材料,主要有锡基合金、硅基合金、锑基合金和镁基合金。对于金属锡,可以与聚氧化乙烯和无机粒子聚合物进行复合,减少了界面电荷的传递阻抗,提高了低 温下的电 化学性能。通 过机械化 学方法,硅和金属镁也可以形成合金。由于锑的化学性 能与硅、锡比较相近,锂离子插入后可以和锑形成Li3Sb,可作为有应用前景的负极材料。其他合 金包括锗 基合金、铝基 合金和铅 基合金,都可以作为锂电池的负极材料。

其他非碳基负极材料如铁的氧化物、铬的 氧化物、钼的 氧化物和磷化物等也是较理想的负极材料。铁资源丰富,价格便宜,没有毒性,但目前对 其机理研 究比较少。 磷化物包 括Cu3P、CoP3、MnP4等,其在空气中非常稳定。锂的 复合磷化 物如LixMPn4的插入和脱插主要是通过相转变实现的,但是首次插锂后并不能完全再次生成原来的复合磷化物,体积变化也没有上述磷化物那么大。

锂离子电池储锂容 量衰减的 一个重要 原因就是 过充电。各种类型的锂离子电池都有较大的容量衰减,这些副反应会导致活性物质和电解液的消耗.从而使电池容量下降。

4结语

蓄电池选择论文 篇8

SE (Selective Emitter) 工艺为制绒-扩散-激光掺杂-周边刻蚀-镀膜-印刷。

1 试验

片源采用156×156多晶硅片, 厚度为180μm, 均分2组, 每组500片。激光掺杂设备采用德国Manz的SE设备, 激光掺杂的激光器, 采用的是固体绿光激光器, 波长532nm, 此种激光器有它独特的优势, 它在晶体硅上的穿透能力在1μm左右, 可以减少对硅片的损伤。实验过程, 一组采用常规生产工艺, 正常生产, 最后进行测试分选;另一组在扩散后, 采用激光掺杂, 然后再进行后续的常规工艺。目的是通过对比, 验证SE工艺是否对多晶电池效率有提升。

2 试验结果与讨论分析

本组实验扩散数据见表1。

激光前常规工艺方阻为73.64欧姆, SE扩散工艺的方阻为86.08, 通过激光掺杂后, SE正银下的方阻达到44.79欧姆。PSG层覆盖在发射极顶部, 这层PSG是在炉管扩散时形成的。在激光掺杂的过程中, PSG层的磷原子, 进入发射极, 增加了发射极的掺杂浓度。即在激光的推进下, 将PSG层中的P原子进一步向接触区推进, 这样就可以提高栅线下边的欧姆接触, 从而提高填充因子。本组实验结果见表2。

从结果上来看, SE在多晶硅中, 开压1毫伏的提升, 电流有22毫安的提升, 填充在激光掺杂后, 较常规工艺有0.66的提升, 最终效率在常规工艺17.05%的基础上, 效率提升0.20%。

2.1 激光后方阻与能量的关系

激光能量在相同频率下的稳定输出趋势及不同频率下能量的变化趋势确定以后, 需要进一步确定不同激光能量下, 激光后方阻的变化情况。因为在激光掺杂的过程中, 如果能量小, 掺杂效果不明显;但是如果能量大, 就会破坏P/N结。所以本组测试主要是确定激光能量的大小, 同时也观察下实验采用的激光工艺, 能量是否合适。此组测试我们采用扩散炉管同一区的、方阻相同的SE扩散硅片, 在每组不同激光参数下打一片, 在保证相同的光斑overlap (叠加程度) 的情况下观察方阻的变化趋势, 具体数据如下图2。

从上图中我们可以看出, 随着频率的增加、激光能量逐渐降低, 激光后方阻逐渐增大, 即方阻的变化和激光能量有很大的关系。同时从上图中也可以看到在180K~205K、250K~265K这两个区间, 方阻的变化缓慢, 是由于激光能量在这两个区间大小不合适造成。所以本组实验的激光频率选在230KHZ是合适的。

2.2 光谱响应测试

以下为光谱响应情况, 见图3

上图中黑色和红色的曲线为SE电池的光谱响应, 蓝色和绿色的为常规电池的光谱响应, 从图中我们可以看出, 在短波区域500nm附近, SE电池的短波响应明显优于常规电池。通过此测试, 也验证了SE电池较常规工艺的电池电流高的原因。

3 结论

激光掺杂制作选择性发射极电池, 操作简便, 易行, 增加的工序少, 仅一道激光掺杂工序, 并且相对于常规工艺, 效率有0.2%的提升。

所以激光掺杂制作选择性发射极电池技术适合工业化生产。

参考文献

[1]P.Oesterlin, U.Jager INNOVAVENT GmbH INDUSTRIALIZATION OFTHE LASER DIFFSUION PROCESS:INNOVATIVE CONCEPTS FOR IN-CREASED PRODUCTION THROUGHPUT.

[2]T.Roder 0.4%ABSOLUTE EFFICIENCY GAIN OF INDUSTRIAL SO-LAR CELLS BY LASER DOPED SELECTIVE EMITTER.

蓄电池选择论文 篇9

关键词：太阳能电池,选择性掺杂,表面复合,转换因子

0 引言

自从光伏效应产生以来,太阳能电池经过前人的努力探索研究,已经成为较为成熟的技术产业,但是大幅度的投入使用依旧难以实现。单一地通过改变材料的性能,或者电池制备方法,在大范围提升电池的光电转换效率上很难完成[1,2,3]。从前人的研究中可以看出,太阳能电池的表面掺杂浓度影响其转换效率。当掺杂浓度较低时能得到较高的短路电流,但是会降低开路电压;反之会改善电池的欧姆接触,降低电池的串联电阻,提高电池的转换因子。从这里不难看出掺杂浓度对于短路电流和开路电压的影响是对立矛盾的。为了解决传统工艺下制备的太阳能电池结构的难题,便提出了选择性区域掺杂太阳能电池的结构。

这种电池的结构特征是:在金属电极栅线以下的区域形成高浓度掺杂,通过得到良好的欧姆接触来减小串联电阻;在电极以外的区域形成轻浓度掺杂,同时制作浅结,以便于太阳光的吸收从而减小光生表面复合,提高电池的短路电流[4,5,6]。

1 选择性区域掺杂太阳能电池的理论基础

选择性掺杂太阳能电池是可以提高太阳能电池的开路电压,短路电流和填充因子,进而提高其光电转换因子。

1.1减少太阳能电池的串联电阻

串联电阻Rs会影响太阳电池的填充因子和短路电流,从而会导致电池光电转换效率的改变。扩散顶区的表面电阻,电池的体电阻还有上下电极与太阳能电池之间的欧姆接触及金属导体的电阻三者构成了太阳能电池的串联电阻,其表达式为[7]:

式中:Re表示电池的电极电阻;Rc表示电池的接触电阻;RPN表示电池的P-N结电阻;Rb表示电池的基区电阻,其中接触电阻Rc与掺杂浓度是密切相关的。太阳能电池的表面掺杂浓度越高会导致接触电阻越小,则串联电阻就会减小,同时较深的P-N扩散结可以防止电极区的金属向结区渗透,从而在禁带中减少了电极金属引入杂质能级的概率。

1.2减小光生少数载流子的表面复合

表面复合对于半导体器件性能及稳定性有着重要的影响,严重的表面复合会使器件失效[8]。

表面复合率Us用以表征表面复合的速度大小,其定义是在单位时间内,单位面积的半导体表面复合掉的电子或者空穴对数。其表达式为[9]:

式中:比例系数s为表面复合的强弱,具有速度的量纲,(ΔP)s表示表面处非平衡少数载流子浓度。式(2)的直观意义就是:非平衡载流子数目随着表面复合而流失,如同表面处非平衡载流子 (ΔP)都以s大小的垂直速度流出了表面。掺杂浓度越小,表面光生少数载流子的复合速度也越小,所以应该选择较低的掺杂浓度从而来获得较好的表面复合。

1.3增加太阳能电池的输出电压

最大的开路电压理论上极限应当由P-N结的内建势垒电压所决定[10]。内建势垒电压VD与半导体的禁带宽度Eg、导带能级Ec、价带能级Ev以及费米能级Ef之间的关系表达式为[11]:

式中:NA表示受主浓度;ND表示施主浓度;ni表示本征载流子浓度。从式中可以看出随着掺杂浓度的增加,开路电压也会增加。但是开路电压不会随着掺杂浓度的增加而一直呈线性增加的状态,而是存在一个峰值。因为过量的重掺杂会导致禁带宽度的收缩,影响本征载流子的浓度,从而改变有效掺杂浓度且减少少子寿命[12]。

2 选择性区域掺杂太阳能电池的加工方法

目前国内外对于选择性掺杂工艺常用的方法有两步扩散法、光刻掩膜法、丝网印刷电极等。

2.1两步扩散法

世界上首个选择性发射极太阳能电池的产生便是通过双次扩散的方法,即两步扩散法来制备的。两步扩散法的制备流程如图1所示。在清洗衬底后,轻扩散形成N层,再用等离子刻蚀的技术去掉周边,形成P-N结。在电池表面淀积一层二氧化硅层作为掩膜层,再刻蚀出电极窗口以便下一步骤的重扩散来完成选择性掺杂的过程。去掉背面,腐蚀掉二氧化硅层后,再镀上氮化硅层作为电池的抗反射层以便提高电池的效率,最后印刷正反面电极。由于生产中是在轻掺杂后,再进行一次重扩散的,这种两次扩散的制备方法就被称之为两步扩散法[13]。

这种扩散方法是先对整个发射区轻扩散,再对电极区进行重扩散,虽然制备工艺简单易行,但是二次重扩散会带来杂质的二次分布,会增加非电极区的表面复合,从而降低了电池的效率。

2.2光刻掩膜法

光刻掩膜法[14]实际上也是两步扩散法的一种,如图2所示。

在清洗制绒后的硅片上先通过氧化的方法制备一层掩膜层,也就是二氧化硅(Si O2)层,利用光刻的技术在电池表面刻蚀出电极窗口,然后进行第一次重磷扩散,将Si O2层腐蚀去除后,进行第二次的轻扩散,这样选择性掺杂的工序也就完成了;再淀积一层减反射膜,即氮化硅层;最后利用工业对准的方法,对准已经完成的重掺杂区域,进行电池电极的烧结工作,制作铝背场,整个选择性掺杂的太阳能电池器件便形成。

选择先重磷浆扩散的方法能够理想的控制电极区与衬底在进行选择性掺杂时的浓度差,清晰的分别出选择性掺杂区域,但是其中要引入光刻技术,无疑会增加生产成本,从而降低了生产效率。

2.3丝网印刷法

图3为丝网印刷法[15]制备选择性区域掺杂太阳能电池的工艺流程图。首先是对整个硅片表面进行清洗制绒的工艺操作,接着使用丝网印刷机进行高浓度磷浆的印刷。印刷所得的图形与工业化生产中的晶体硅太阳能电池的电极图形保持一致,这时应该注意印刷的磷浆的量要保证在扩散时间内可以得到较深的结深,同时要确保重掺杂区域与电池的电极的栅线严格对齐。在这种情况下形成的扩散便是选择性扩散。再使用等离子刻蚀的方法去掉周边的P-N结,防止电池造成短路。在被氢氟酸溶液腐蚀掉磷硅玻璃后的电池表面,镀上抗反射层,也就是氮化硅层,通过减少反射光来提高太阳光的吸收率,进而提升电池效率。最终印刷烧结铝背场以及正背面的电极用来形成电池器件。

从工艺流程图中可知,丝网印刷的方法由于一次扩散就可以达到选择性掺杂的效果,所以简单化了工艺,但由于局部印刷磷浆的方法必然会导致表面扩散的不均匀性,从而增加电池的表面复合,可能提高“死层”的厚度,从而降低其效率。

3 结语