制备单晶硅太阳能电池片用氢气获取装置及氢气计算方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种制备单晶硅太阳能电池片用氢气获取装置及氢气计算方法，制绒装置用于在单晶硅片的表面制备织构表面，制绒装置的顶部通过管道与冷却装置的一端连接，冷却装置的另一端经除杂装置与氢气检测存储装置连接，冷却装置用于收集制绒装置产生的混合气体中的水蒸气，氢气检测存储装置用于收集制绒装置产生的混合气体中的氢气。本发明专利技术得到的氢气能够直接使用或通过再提纯手段进行使用，属于工业过程副产氢气回收再利用，非常经济且节约能源。源。源。

【技术实现步骤摘要】
制备单晶硅太阳能电池片用氢气获取装置及氢气计算方法


[0001]本专利技术属于化工过程副产氢气回收
，具体涉及一种制备单晶硅太阳能电池片用氢气获取装置及氢气计算方法。

技术介绍

[0002]光伏发电作为一种清洁、无污染的可再生能源得到了快速发展。光伏发电最核心的设备是光伏组件，光伏组件由若干电池片片经过串并联组成。太阳能电池是把光能直接转换成电能的一种器件，它是用半导体材料制成的。光伏电池片可分为晶硅电池和薄膜电池，晶硅电池可进一步细分为多晶电池和单晶电池，目前晶硅电池中的单晶电池是行业的主流。
[0003]单晶硅太阳能电池片生产工艺大概有这么几个阶段：清洗
‑
制绒
‑
扩散
‑
刻蚀
‑
镀膜
‑
丝网印刷
‑
烧结
‑
分选。其中的制绒过程的目的是去除单晶硅片表面的机械损伤层和氧化层，在单晶硅片表面制备一个反射率在10％～20％的织构表面，这一过程必不可少。具体方法为在低浓度NaOH水溶液中，硅片表面发生各向异性腐蚀，产生密集的金字塔型角锥体结构。化学反应方程式：Si+2NaOH+2H2O＝Na2SiO3+2H2↑
+H2O
↑
。通过调研发现制绒过程中一块电池片参加化学反应的Si损耗为3.2mg，根据上述化学反应方程式可以计算出产生氢气0.457mg。若一个电池片生产车间每天约生产100万片电池片，每天产生氢气为5083.4L，由此我们可以看出该过程可以产生大量的氢气。
[0004]此外，调研发现目前这些气体通过排风管直排进空气，不仅造成能源浪费同时污染空气。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种制备单晶硅太阳能电池片用氢气获取装置及氢气计算方法，通过在制绒工作台上搭建冷却装置、除杂装置、氢气收集装置、传感测量装置，获得所收集氢气的纯度。得到的氢气可以直接使用或通过再提纯手段进行使用，属于工业过程副产氢气回收再利用，非常经济且节约能源。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]制备单晶硅太阳能电池用氢气获取装置，包括制绒装置，制绒装置用于在单晶硅片的表面制备织构表面，制绒装置的顶部通过管道与冷却装置的一端连接，冷却装置的另一端经除杂装置与氢气检测存储装置连接，冷却装置用于收集制绒装置产生的混合气体中的水蒸气，氢气检测存储装置用于收集制绒装置产生的混合气体中的氢气。
[0008]具体的，制绒装置包括制绒槽，制绒槽的上方设置有气体收集盖，气体收集盖通过管道与冷却装置的一端连接。
[0009]进一步的，单晶硅片设置在制绒槽内部的腐蚀剂中。
[0010]具体的，单晶硅片的织构表面反射率为10％～20％。
[0011]具体的，冷却装置包括壳体，壳体内部设置有气体回型管，气体回型管的一端与制
绒装置连接，另一端与除杂装置的一端连接。
[0012]进一步的，壳体内部设置有冷却水，壳体内部的上端通过管道分别经抽水泵和压力泵与冷水机组连接，壳体的下端设置有废液收集槽，废液收集槽的底部通过管道与废液收集罐连接。
[0013]更进一步的，废液收集槽与废液收集罐之间的管道，抽水泵与壳体之间的管道，以及压力泵与壳体之间的管道均设置有电磁阀门。
[0014]具体的，除杂装置包括除杂弯管，除杂弯管内沿轴向间隔设置有活性炭吸附棉，除杂弯管的内部还设置有粉末状的硫代硫酸钠。
[0015]具体的，氢气检测存储装置包括氢气储罐，氢气储罐分别连接有压力表和温度计，氢气储罐的内部设置有氢气传感器，压力表、温度计和氢气传感器分别与计算机连接。
[0016]本专利技术的另一技术方案是，一种氢气计算方法，，收集制绒装置制绒过程产生的氢气及水蒸气，对水蒸气进行分离，检测固定体积的氢气浓度C，最后经计算得出氢气纯度，具体为：氢气纯度＝n
实测
/n
标准
，n
实测
为实际氢气的摩尔量，n
标准
为气体理想状态方程中通过监测的压强和温度。
[0017]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0018]本专利技术一种制备单晶硅太阳能电池用氢气获取装置，搭建简单，通过设置制绒装置、冷却装置、除杂装置、氢气检测存储装置方便的获取因单晶硅制绒产生的氢气，通过简单装置获得已知纯度的氢气，不需要专门的制氢设备和制氢投入；且制氢思路新颖，制氢方案经济环保；氢气为可燃性气体，通过本专利技术可提高电池生产车间的安全性。
[0019]进一步的，制绒过程反应温度为70～85℃之间，所以产生的混合气体中会含有水蒸气，为了得到纯度较高的氢气，必须尽可能去除水蒸气，所以制绒槽上方设计了气体收集盖，气体收集盖通过管道与冷却装置连接，反应后的混合气体首先进入冷却装置，去除尽可能多的水蒸气。
[0020]进一步的，为了在单晶硅片表面制备一个反射率在10％～20％的织构表面，同时去除单晶硅片表面的机械损伤层和氧化层，所以将单晶硅片设置在制绒槽内部的腐蚀剂中。
[0021]进一步的，制绒是制造晶硅电池的第一道工艺，又称“表面织构化”。目前电池片制绒工艺单晶硅片的织构表面反射率为10％～20％使得入射光在硅片表面多次反射和折射，增加了光的吸收，降低了反射率，有助于提高电池的性能。
[0022]进一步的，设置气体回型管使为了增加气体流通路径，或者说使为了增加水蒸气冷凝为液体的时间，这样能够尽可能多的去除混合气体里的水蒸汽。但是去除了水蒸气以后混合气体里还会有少量酸雾(HF、HCl)及极少量水蒸气，这时需要进入除杂装置，进一步去掉混合气体中的酸雾(HF、HCl)及水蒸汽，提高收集氢气的纯度。
[0023]进一步的，为了保证水蒸气能够冷凝，需要确保冷却装置中液体温度足够低，所以设计了压力泵，抽水泵及冷却机组的组合，目的就是将冷却装置里换热后的液体经过冷水机组变成温度较低的液体继续参与换热过程，构成循环利用。
[0024]进一步的，废液收集槽与废液收集罐之间的管道设置电磁阀门是为了可以在更换废液罐中液体时放置液体外溢，因为冷凝后的液体也不是纯净的水也有可能还能有酸性物质，为了环保需要单独处理。抽水泵、压力泵与壳体之间的管道均设置有电磁阀门是为了控
制参与冷水机组冷热交换液体的量。
[0025]进一步的，经过冷却装置后的混合气体主要含有氢气和酸雾(HF、HCl)及极少量水蒸气，为了去除酸雾除杂弯管的内部设置有粉末状的硫代硫酸钠，为了进一步去除残留的水蒸气除杂弯管内沿轴向间隔设置有活性炭吸附棉。
[0026]进一步的，设置压力表、温度计机氢气传感器用于计算收集氢气纯度，通过氢气传感器测试混合氢气的浓度C，然后用浓度C
×
1L/2便得到实际氢气的摩尔量n，将压力表、温度计和氢气传感器分别与计算机连接方便计算机在线计算气体纯度。
[0027]一种氢气纯度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.制备单晶硅太阳能电池用氢气获取装置，其特征在于，包括制绒装置(1)，制绒装置(1)用于在单晶硅片(1
‑
3)的表面制备织构表面，制绒装置(1)的顶部通过管道与冷却装置(2)的一端连接，冷却装置(2)的另一端经除杂装置(3)与氢气检测存储装置(4)连接，冷却装置(2)用于收集制绒装置(1)产生的混合气体中的水蒸气，氢气检测存储装置(4)用于收集制绒装置(1)产生的混合气体中的氢气。2.根据权利要求1所述的制备单晶硅太阳能电池用氢气获取装置，其特征在于，制绒装置(1)包括制绒槽(1
‑
1)，制绒槽(1
‑
1)的上方设置有气体收集盖(1
‑
4)，气体收集盖(1
‑
4)通过管道与冷却装置(2)的一端连接。3.根据权利要求2所述的制备单晶硅太阳能电池用氢气获取装置，其特征在于，单晶硅片(1
‑
3)设置在制绒槽(1
‑
1)内部的腐蚀剂(1
‑
2)中。4.根据权利要求1所述的制备单晶硅太阳能电池用氢气获取装置，其特征在于，单晶硅片(1
‑
3)的织构表面反射率为10％～20％。5.根据权利要求1所述的制备单晶硅太阳能电池用氢气获取装置，其特征在于，冷却装置(2)包括壳体，壳体内部设置有气体回型管(2
‑
3)，气体回型管(2
‑
3)的一端与制绒装置(1)连接，另一端与除杂装置(3)的一端连接。6.根据权利要求5所述的制备单晶硅太阳能电池用氢气获取装置，其特征在于，壳体内部设置有冷却水(2
‑
1)，壳体内部的上端通过管道分别经抽水泵(2
‑
5)和压力泵(2
‑
6)与冷水机组(2
‑
7)连接，壳体的下端设置有废液收集槽(2
‑
2)，废液收集槽(2
‑
2)的底部...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴琼，李茂林，王淑娟，杨博，赵磊，郗航，程文姬，牛凯，康英，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：