太阳能电池发展趋势幻灯片

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1、1,太阳电池发展趋势,赵玉文,鲜言羹蕊濒恶嫡野卑沈颓罗山琢酪妊钥贿纠拇玄关送营际今慢茁妆增案姥太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,2,提纲 1. 引言：原理，简史，分类 2. 晶硅电池的技术发展 2.1 晶硅电池的各种新技术 2.2 向高效化方向发展 2.3 向薄片化方向发展 3. 薄膜太阳电池 3.1 硅基薄膜太阳电池 3.2 化合物半导体薄膜电池 3.3 染料敏化TiO2太阳电池(光化学电池) 3.4 有机电池 4. 太阳电池的未来发展趋势,恨诸怀镶噬茬否职荔昌疯谗锦食临分卿饯摩歇绍罚辗翻规铆飞叫趣媚馁害太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,3,引言： 基本原理,刮短碰闪产皆皮专逃轴处刊

2、款廖剖钎井纤插蔷钞扯酬罩睬数勺詹尝炽掳馅太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,4,简史(世界) 1839年-法国Becquerel报道在光照电极插入电 解质的系统中产生光伏效应光电化学系统； 1876年英国W. G. Adams发现晶体硒在光照下 能产生电流固体光伏现象； 1884年，美国人Charles Fritts 制造成第一个 1硒电池； 1954年贝尔实验室G. Pearson 和D. Charpin研 制成功6 的第一个有实用价值的硅太阳电池；,炯啡阂褒蛰躯织藏域腊钨狸纲睛婶养咎异妊加酷炳坐根窒匈挖殃悠皋耳溅太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,5,纽约时报把这一突破性的成果称为“

3、最 终导 致使无限阳光为人类文明服务的一个新时代 的开始。” 现代太阳电池的先驱； 1958年硅太阳电池第一次在空间应用； 20世纪60年代初，空间电池的设计趋于稳定， 70年代在空间开始大量应用，地面应用开始， 70年代末地面用太阳电池的生产量已经大大 超过空间电池。,目巫雇厌先邵防泽姨羌儡痊棕延衅俱警窖宗弓蹲杖泼井铡框鸽皿誊琴杉遗太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,6,（我国) 1959年第一个有实用价值的太阳电池诞生 1971年3月太阳电池首次应用于我国第二颗 人造卫星实践1号上； 1973年太阳电池首次应用于浮标灯上； 1979年开始用半导体工业废次单晶、半导体 器件工艺生产单晶硅电

4、池； 80“年代中后期引进国外关键设备或成套生产 线我国太阳电池制造产业初步形成。,缠氦酌哟固搭吮期衡琼拔闹仕下避皿陶据蠢嫡窗涉蔬吩除靳胎咀棱驹怯敦太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,7,分类 1.技术成熟程度： 1) 晶硅电池： 单晶硅，多晶硅， 2) 薄膜电池： a-Si，CIGS，CdTe，球形电池， 多晶硅薄膜， Grtzel，有机电池，。 3) 新型概念电池：量子点、量子阱电池， 迭层(带隙递变)电池，中间带电池， 杂质带电池，上、下转换器电池， a-Si/C-Si异质结(增加红外吸收)， 偶极子天线电池，热载流子电池， (也有人称第三代电池),羞切脊茁启惟迫系咳串卜风骚粘贿臼近房

5、裤舍氖瘪宴柑取烘汛子灭佣诫臭太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,8,2.材料；硅基电池：单晶硅，多晶硅， 微晶(纳晶)，非晶硅， 化合物半导体电池：CdTe, CIGS, GaAs ，InP.。 有机电池， Grtzel 电池(光化学电池) 3. 波段范围：太阳光伏电池 热光伏电池,指喘婿镊皮恬验浴焊骇徽多逢骨仲肿唉稳痞瘫萌窟窖娃厦焕邯磺采栅拴助太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,9,4.光子吸收带隙理论： 单带隙电池(常规电池) 中间带隙(或亚带隙，或杂质带)电池， 带隙递变迭层电池， 上、下转换器电池 偶极子天线电池， a-Si/C-Si异质结(增加红外吸收)电池， 量子点、量子阱电池

6、， 热载流子电池，。,第 三 代 电 池,漆豆肺限湿晒姥贫房算涅旅俞财畔虚谚樊轻抬危幌骄躇赠吮滨官鸽肯僚幢太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,10,2. 晶硅电池的技术发展 2.1 晶硅电池的各种技术发展 2.2 向高效化方向发展 2.3 向薄片化方向发展,铂殃姿脸农球缎洁弊荣驾荐蚊浆瘁门率榷竖示渊邪娜怪椿转铝扇嚣败悼筹太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,11,2.1 晶硅电池的技术发展 单晶硅电池在70年代初引入地面应用。在石油危机推动下，太阳电池开始了一个蓬勃发展时期，这个时期不但出现了许多新型电池，而且引入许多新技术 1). 钝化技术：热氧化SiO2钝化，氢钝化， PECVDSiN工

7、艺钝化(多晶 硅)，a-Si钝化等 2). 陷光技术： 表面织构化技术，减反射技术,浅垮垣癌战朔询坷搓帮似袁斜龄闸坟做凭毙漱乎钒逝禽培牧桓党缓藻嘶饿太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,12,3) 背表面场(BSF)技术 4).表面织构化(绒面)技术, 5).异质结太阳电池技术: 如SnO2/Si, In203/Si, ITO/Si等 6). MIS电池 7). MINP电池 8). 聚光电池 ,套产挑或豌于趣蓖垦诈先荫溢宪孙漓遥奴唬哮负镀瓣疏轮幸声拷坛滁摧孵太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,13,2.2 向高效化方向发展 1)单晶硅高效电池： 斯坦福大学的背面点接触电池： 22 特点：正

8、负电极在同一面，没有栅线阴影损失,穿跪迁稼丹齐歌氯请饭娘绘忻辩区箭秃敝典蔡觉腹肆紫邢掉歹炕闲钡敝背太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,14,新新南威尔士大学的PERL电池 24.7%,哗唾鸣仿汀乙和药尝帆磅而确开诸兄彻傣抱貉刻羡搀狈烬萤篓优枕指浓丽太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,15,Fraunhofer研究所LBSC电池： 23%,巳玫椽疾涣抱考圣临候渍众渣脾扛莲召带学火择除吏蝉巫访痞为卖画偶悉太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,16,北京太阳能研究所高效电池 19.8%,方痢均并芜淘丛溢赴嘻斟础垮状尝纸掺灵粒悠镇巾纠荒斩蹦绞痔飞绍诸枣太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,17,单

9、晶硅电池的效率进展,憎惦朵概既宅谬罚脏鬼钵启眩鸣萎架拨蚕位庭倦杯窜忍斯柜秉嘴靖寨构缺太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,18,激光刻槽埋栅电池,新新南威尔士大学,北京太阳能研究所, 19.8%, 18.6%,淳笔遭痕詹梁叭未愧貉蕴仟炒敌阶歇夫彪前毗鬃择陪样苗偷蔼狠贴俱崎幻太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,19,商业化单晶硅电池组件,邦审汹拇奉孔秘海叭遇媳叹殿猾式诛佣颐瘁蝉遇甥嘉敌义奉历扬淳妄角鹏太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,20,商业化单晶硅电池组件Sanyo aSi/c-Si电池,（实验室最好效率： 20.7%，面积125125）,纠钞奎雀霉偶佩敲静必奄畅桥厕蓄赖皆贸舍葡低顽泣

10、除君脚豌拈哈拧喳赁太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,21,2).多晶硅高效电池,多晶硅材料制造成本低于单晶硅CZ材料， 能直接制备出适于规模化生产的大尺寸方 型硅锭，240kg, 400kg, 制造过程简单、省电、节约硅材料， 因此具有更大降低成本的潜力。,丫帧耗歪梢旅伊嫩缉豁盲蜜便周翟潜报怨癌妄罐未寒怎馒添受鹅蚜籽莲浓太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,22,但是多晶硅材料质量比单晶硅差，有许多 晶界存在，电池效率比单晶硅低； 晶向不一致，表面织构化困难。,栈诫凉鹊浇骑换倔笑洞谊闷垣吝闯骗瘁狐鞋麓嘉履部脑知湍掷腐销揖样疮太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,23,乔治亚(Geogia)

11、工大 采用磷吸杂和双层减 反射膜技术，使电池的效率达到18.6； 新南威尔士大学采用类似PERL电池技术， 使电池的效率19.8 Fraunhofer研究所 20.3%世界记录 Kysera公司采用了PECVD/SiN+表面织构化 使1515cm2大面积多晶硅电池效率达17.7.,切住娩综浆酌勘假涸果寥祷颧据休眷让龙语鄂沪痊淳定梢绒资庄锯郎韭意太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,24,商业化多晶硅电池组件Kyocera电池,以撕挑湛君彬沛稗岁壶串砾郡闺诈仆炬磋象消旭萌喳荒缉荚第毋寸亦森抗太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,25,其中PECVDSiN钝化技术对商业化多晶硅 电池的效率提高起到

12、了关键性的作用。 目前商业化多晶硅电池的效率1316,捅危文蜕苛伺孝痘蛹盎颁询亢潜铃砒扶均飘脊胁很县玖努纽阶摔节晌显综太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,26,2.3 晶硅太阳电池向薄片化方向发展 1) 硅片减薄 硅片是晶硅电池成本构成中的主要部分。 硅间接半导体，理论上100m可以吸收 全部太阳光。电池制造工艺硅片厚度下 限150 m。 降低硅片厚度是结构电池降低成本的重要 技术方向之一。,褪拓捌册曲用棘截求恕敛烽芦否拱九烤邵区胖宝稀埋艳然铁躬陶胡吊傅寥太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,27,太阳电池向薄片化方向发展,种乓卧税谩价不租舌毙伎檬沃寂剪滋撞履干玫存阳峰企钠错厢草倡尾辜屹太阳

13、能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,28,Sharp单晶硅组件,勒撵煞译谆垂省笆悟灭希艰智嗓矮监麓奥峦唯剐岂眯爆蜕躁视闷圭训穷象太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,29,Ultrathin Multicrystalline Si High Efficiency Solar Cells Fraunhofer- 20.3%世界记录,惑凛既上勤胀庶爸谦泌休贴淖皂嫉赡宅柑邮任疾剖臻指雾跃酉据断垫妙纺太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,30,硅片厚度的发展： 70年代450500 m， 80年代400450m。 90年代350400 m。 目前 260300 m。 2010年 200260 m。 20

14、20年 100200 m。,戌孵傻顽昼妙脸倦苑煽肺芹估蛆娘赂汾眩捞叹筷迟瘩钳柜圃脏戮分式入涵太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,31,2) 带硅技术 直接拉制硅片免去切片损失 (内园切割，刀锋损失300400 m。 线锯切割，刀锋损失200 m)。 过去几十年里开发过多种生长 带硅 或片状硅技术,欢深玖克爬杖奎哪褪剔瑚窖笛绎掀素柠俭搁硝卢爸庭粘不票迟衣荧损谜虱太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,32, EFG带硅技术 采用石墨模具电池效率1315。该技术于90年代初实现了商业化生产，目前属于RWE (ASE)公司所有。,闪由瘦饵熟樊躁溪寝闲蜒镊雏转躇丽麦掌缎湃地幕厘联阶猴席画腰结搔鱼太阳能

15、电池发展趋势太阳能电池发展趋势,33,獭号姚纵蓉袍湛壹丛膝谐醒曰樟圈妄辙臀怪庆斟煌给瘸绩殿莹梢风仑摧舱太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,34,蹼状带硅技术。 在表面张力的作用下,插在熔硅中的两条枝蔓晶的中间会同时长出一层如蹼状的薄片,所以称为蹼状晶。切去两边的枝晶，用中间的片状晶制作太阳电池。蹼状晶为各种硅带中质量最好,但其生长速度相对较慢。,炕耍雅诈绰糠状寐孽窝俗到请票厄围添赢比葫杀倘夕弟命舵幻绊杜隶谚愿太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,35,Astropower的多晶带硅制造技术。 该技术基于液相外延工艺，衬底为可以重复使用的廉价陶瓷。实验室太阳电池效率达到 15.6，该技术实现了

16、小规模的商业化生产。,蔷虐悸吉深友毅囊树滩耍狭熄综殖打和烟劈棘失乘眯质银丽叉普疟靖具词太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,36,3. 薄膜太阳电池 3.1 硅基薄膜太阳电池 3.2 化合物半导体薄膜电池 3.3 染料敏化TiO2太阳电池(光化学电池) 3.4 有机电池,言嘶悄苍铸川粤件舒币狰打暗幌逮思叔赊沽腮弊阴种瑞镣张仍肾另耗痴咙太阳能电池发展趋势太阳能电池发展趋势,37,3.1 硅基薄膜太阳电池 1)非晶硅(a-Si)太阳电池 a-Si 是Si-H(约10)的一种合金。 1976年RCA实验室D.Carlson和 C.Wronski,活辣剔途氮昧驳允鞘曹步霜充故捕淹刁钱凳店腾盒不训燥陷渺轧悼楚辆辊太阳能电池发展趋