《太阳能电池费用接近于普通电能》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能电池费用接近于普通电能（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、300 nm波段可有适中波长调谐性。 这个范 围对许多应用已足够。N dYA G激光器的四次谐波输出泵浦可调谐激光腔内的CeL iSA F晶体,然后CeL iSA F腔的输出再去泵浦CeL i L uF4晶体,在308 nm波长附近产生可调谐紫外输出脉冲CeL iSA F晶体的输出被双色高 反镜折向后再去泵浦CeL i L uF4平板晶 体。CeL i L uF4晶体装在由两块平面? 平面镜组成的25 cm长的激光腔内,可以在水平c轴或垂直c轴方向(分别相应于 和 偏 振)泵浦。 双色腔输入反射镜在300370 nm波 长范围有高反射( 99% ),在泵浦波长有高 透射( 95% )。泵浦光束
2、用一离输入双色镜约5 cm、 焦长为1815 cm的球面透镜在晶体 之后处聚焦。晶体上泵浦光束的光斑直径为015 mm量级。当晶体C轴水平安置时,也就 是作 偏振激发和发射时,获得最佳激光性 能。 原则上说,这些条件相应于比 偏振的更低吸收系数和更低发射强度。 试验表明,在使用 偏振泵浦和对308nm波长采用透射为23%和60%的输出耦合 镜时,透射60%的输出耦合镜获得最好性 能。使用23%透射输出耦合镜时,激光阈值约为015 mJ,用60%透射耦合镜时,阈值约 为0185mJ。该阈值相当低,激光器可在没有 腔镜下运转。达到的最大激光效率为55% , 据研究人员说,该效率是类似紫外固体激光
3、器报导的最高效率。输出波长可在两个发射峰附近的3071831315 nm和32432815nm波长范围调谐。激光线宽的典型半高全 宽值为0135 nm , 308 nm波长的最高输出能 量是2 J。 研究人员指出, CeL i L uF4似乎比CeL iSA F更有伸缩性,前者可承受约4 J?cm2能量密度而没有曝照作用损伤或明显效 应出现,而CeL iSA F的损伤通常出现在1J?cm2附近。另外, CeL i L uF4的热效应似 乎也小于CeL iSA F。因此,CeL i L uF4是非常引人的激光晶体,尽管在其整个发射范 围尚未获得激光发射。 这意味着,通过采用更 薄晶体或更低浓度的
4、掺杂以减少再吸收损 耗,而不是提供较特殊的激发态吸收过程和 解决曝照效应,预期可以获得进一步改善,当然,后一效应尽管还没有亲眼见到,但肯定存 在,因为它以前已经见过。(从 征供稿)太阳能电池费用接近于普通电能几种光伏技术制作方法的进展正在降低 制造商品化光伏组件的成本,同时也创造了 光伏光电池效率的新记录。光伏光电池组件 本身相对于它所产生的电能必须低成本。正 如许多商业化生产制造商正在扩大他们的产 量一样,制造技术的推进已使美国主要制造 商的光伏组件成本降低了约三分之一。但单靠实验室的研究并不能进行经济合算的太阳 能发电。 由于光伏光电池可用各自方法制造,几 乎不存在普适性的制造方法。所用材
5、料也有 好几类,但所有光伏光电池基本上都是大面 积的p2n结光电二极管。本文讨论商业化生 产中的普遍问题及每类光电池的制造技术。91激光与光电子学进展 1999年第4期(总第400期)光伏制造技术项目(PVM aT)是美国政 府和工业界共同承担费用的项目,针对商业 化光伏公司和预商业化光伏公司制造中存在 的问题。PVM aT项目由能源部投资和国家 能量更新实验室(NREL)运行。图1 制造能力和每瓦平均制造成本的比较,以美国12家制造商1996年的实际数据和到2003年估计为基础。各制造商的生产能力正在增长实验室项目经理E1W itt说,美国五个 主要光伏制造商中的四个以及8个较小制造 商都与
6、PVM aT项目有关。本项目的制造商制作一个光伏组件的平均成本已降低1?3, 最高输出时为每瓦3美元,而所有涉及公司的总制造能力已比过去3年翻一番。光伏工 厂的年生产能力以一年所制作的所有组件和光电池提供的最大功率Wp计算。制造商确信,成本还可进一步下降,市场将继续发展。1999年低,参加者预期,他们的平均成本将为1179美元?Wp,生产能力将提高18714MW ,为1996年全世界生产能力的2倍以上 (见图1)普通生产问题单晶硅片是一种成熟技术,并继续占据市场优势,其次是用浇铸法或条带生长法制 作的多晶硅(图2)。其它商品化光伏光电池用非晶硅薄膜或碲化镉(CdTe)薄膜制作。 有 些晶态硅电
7、池专供太阳能收集器组件使用。A stropow er公司跨在体块材料和薄膜材料 间,在低成本衬底上生长较厚的多晶硅厚膜。图2 1996年全世界生产的光伏光电池和组件总计为8816MW。其中5314%为单晶硅,27%为多晶硅, 1312%为无定形硅, 314%是带形多晶硅, 118%是碲化镉(其中3?4是用于室内,如计算器中), 018%是结晶硅,用于集光器组件, 013%是低成本衬底上的硅每种晶片材料都需用不同处理技术,但 所有类型的光伏光电池组件都要使材料费用最低。虽然组件的生产效率始终低于单个优 质光电池,各类组件必然存在效率降低的问 题,防止电池不受环境影响的包封必须做得 很牢,以便有效
8、应用和长寿命。 光电池之间以 及光电池到连接盒之间的电连接也必然要化一些劳力。 材料 晶体系统公司总经理F. Schm id说,对 于单晶和多晶光电池,硅片约占组件费用的 三分之一。研究薄膜硅的部分动力是它只使用几微米厚的硅层而不使用几百微米厚的独 立式硅片。 如果光伏光电池制造商不需使用半导体 级硅作初始材料,也可实现成本的某些节省。02激光与光电子学进展 1999年第4期(总第400期)半导体级硅不仅价格昂贵,纯度也比光伏应 用所需的高1000倍。较低级的冶金级硅为99%纯度,所含杂质约比光伏光电池多1000 倍。Schm id说,最近,存在生产太阳能电池级 硅的要求,这种硅可能比半导体原
9、料便宜。Schm id说,产业界每年需要10万吨左右较 低价格和添加较多杂质后光伏效率不致下降 的供货。为浇铸多晶硅制作提供炉子的晶体 系统公司已建议用他的炉子工艺来生产这种 级别的硅。除光伏材料的成本费用外,组件框架成 本也很可观,少数公司正在试验无框架组件。 麻省埃佛格林太阳公司正在开发使用聚合物 框架的组件,这种框架可作为封装工艺的一 部分通过加热而形成到组件上。公司B.Kanzer说,铝框架是组件第二昂贵的部件, 使用一种与发展中聚合物框架相同材料制成 的新型仿鞣式织物可比普通后部聚合物Tedlar更厚更坚韧。这种试验性聚合物框架 比典型铝框架更轻和更薄。它包括背部的铝安装横条。 研制
10、者预计,无框架组件可使组件 制作和安装成本节省015美元?W。 相互连结 为了提高输出电压,各光电池串联式连 接。 在晶态光电池中,导电接片把光电池上部的接触条附到下一个光电池的金属化底部。 在做这一步之前,每一光电池并不附着另一 个,因此,这步工艺需要对光电池作对准和使 导线相连,这是一个复杂的工艺。 对准调整和 接片机械已使这个过程部分自动化,正在开发把所有接触都安排在一侧的光电池结构的 研究,这将使相互连接工艺大为简化,使连接 操作成为一种平面工艺而不是三维工艺。 光电池相互连接是薄膜光电池可以胜过 晶态光电池的另一生产技术:薄膜光电池通过把淀积在大面积上的薄膜划分成段而制 成,虽然它仍
11、需要进行相互连接,但薄膜光电 池已经集成。 封装除了光电池实用材料的寿命外,组件寿 命大多还与其它因素有关。Kanzer指出,材 料可以持续很久,那就是金属化和封装。 晶态 组件的金属接片最后是氧化和腐蚀。工业标 准封装聚合物乙基乙烯酸酯(EVA)经高温和紫外辐照后变成黄色和褐色。EVA的替代 物正在国家能量更新实验室、 几家光伏光电 池制造商和聚合物公司中研究。理想封装物 应当能像EVA那样进行处理,而费用和光 学质量差不多,但要求在2030年时间里不太变黄。晶态硅的类型单晶硅 为了制作光电池,要用恰克拉斯基法生长出毛坯,并切割成晶片,然后通过形成结的 方法进行制作,镀上增透膜,再加上前(指
12、条 和母条)、 后(面)接触。 由于晶片是圆的,抛光 组件在晶片之间有很多空隙,有些晶片材料 因晶片做成方形而浪费掉。 然而,恰克拉斯基法的优点在于生长工艺的成熟,因此,半导体 晶片生长者也可利用。 世界最大的光伏光电池生产商是单晶硅 制造商西门子太阳能公司(在加州的卡 马里奥)。1996年,西门子生产了世界产量的约26%。E1W itt报导说,由于有了光伏制造 技术项目计划的支持,西门子可使它的单晶 硅组件成本降低50%以上,同时使它在美国 的制作能力翻一番。其中的改进是自动化和 改变毛坯锯成晶片的方法。采用丝锯法可把1英寸厚的毛坯片锯成45片晶片。 多晶浇铸硅 熔融硅熔化后再慢慢(在坩埚或
13、模具内) 冷却成矩形大颗粒半结晶铸锭,然后切成晶 片。 这种生长方法比单晶生长随便些,并且矩形晶片解决了晶片和组件的包装匹配问题, 留下较小空隙。制造商Solarex通过使组件 装配自动化(在不增加工人情况使产量翻 番)、 减小晶片厚度、 改变光电池背面的接触12激光与光电子学进展 1999年第4期(总第400期)提高了效率,并在光伏制造技术计划的帮助 下增大了铸锭尺寸。 增大铸锭尺寸可在较小切割下暴露出较 大面积。 晶体公司销售的自动热交换炉,可以 生产大至200 kg(约450磅)的浇铸多晶铸锭。Schm id指出,多丝划片技术减少了划片 期间材料的损耗量。 带形多晶硅 晶片割锯导致硅以锯
14、末形式的消耗。带 形生长法由于以单独带状形式生长硅而避免了割锯问题,然后将此带切割成可操作尺寸, 做成光电池。 美国A SE公司采用边缘限制馈 膜生长(EFG)法,模具在氩气氛下在熔融硅 中提拉。公司用8边形模具制作15英寸的8 边形多晶硅管,壁厚约为300m。整根管子生长时间只化4 h,可以做360个10 cm10cm的光电池衬底。 埃佛格林太阳公司也制作带状多晶硅 片,但带片是在两根通过熔融硅的高温绳之 间形成。国家能量更新公司的光伏光电池项目经理T. Surek入,该公司工艺 “非常振奋 人心” 。 薄膜多晶硅 避免锯铸锭的另一方法是把硅淀积到衬 底上。A stropow er公司制作了
15、较厚的多晶硅薄膜。国家能量更新实验公司薄膜合作经理K. Zw eibel说,这个方法提供了低成本材料 的薄膜。试验厂在软性衬底上制作了15 cm 宽的材料片。形成p2n结的多晶生长和n型 掺杂都是连续性工艺。光电池尺寸不受铸锭尺寸的限制(浇铸或单晶技术则不然),公司 已演示了尺寸为30 cm60 cm的光电池,公 司认为,这是世界上最大的光伏光电池)。薄膜Zw eibel说,薄膜有些方面还有待验证。 虽然薄膜是作为晶态硅的较廉价替代方法而 发展,但在商业上还没有得到证明。 薄膜淀积 在很大面积上,然后割开。 透明氧化物导体可用作前表面接触。 虽然薄膜已发展几年了,但 由于制造方面的问题,它们还
16、没有像预期那 样快速商业化。Zw eibel还说,薄膜光伏组件 的目标是在所有方面与晶态光伏光电池竞 争。Surek说,从论文情况看,所有大规模制造的薄膜看来都有希望,它们甚至可使成本 降到每瓦1美元以内。 非晶硅薄膜 然而, 1997年已有三个厂走向联机,薄 膜非晶硅已进入市场。单单这三个厂每年就提供1996年全世界硅2氢合金光电池总产量2倍多的组件。Solarex公司弗吉尼亚厂跃增 了10 MW ,日本佳能公司建立了一个10MW工厂,密执安州联合太阳能系统公司已 建立了一个5MW工厂,生产柔软衬底的光电池。Zw eibel告诫说,制造才刚刚开始,还 没有最佳化。虽然他没有预言硅光电池将压 倒光伏光电池市场,但他确实预言了今后5 10年制造方面的改进。 联合太阳能系统公司是佳能和能量转换器公司的合资企业,正在制作可作为屋面瓦 盖材料使用的非晶硅组件。组件不是玻璃作 阵面,而是由EVA和Tefgel聚合物作盖面 并衬有不锈钢衬底。制造厂采用逐卷连续淀 积工艺,把9层薄膜淀积在35 cm宽、762 m长的衬底上
