《薄膜太阳能电池--《材料导报》2006年09期》由会员分享，可在线阅读，更多相关《薄膜太阳能电池--《材料导报》2006年09期（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、非晶硅薄膜太阳能电池1， 前言 2， 薄膜太阳能电池分类 3， 太阳能电池的未来市场需求 4， 为何要发展薄膜非晶硅太阳电池 5， 非晶硅太阳电池的发展及趋势 6， 非晶硅薄膜太阳能电池的优点 7， 非晶硅薄膜太阳能电池存在的问题 8， 非晶硅薄膜太阳能电池的主要市场 9， 世界主要非晶硅太阳电池生产厂家 10，中国非晶薄膜电池产业现状及存在问题 11，中国应当抓住的机遇*1前言n新能源和可再生能源是21世纪世界经济发展中最具决定性影响的技术 领域之一。光伏电池是一种重要的可再生能源，既可作为独立能源， 亦可实现并网发电，而且是零污染排放。n硅太阳能电池由于成本原因，最初只能用于空间，随着技术
2、发展和工 艺成熟，应用也逐步扩大。面对今天的能源供应状况和日益严重的环 境污染，以至危及人类自身生存的现实，开发新能源和可再生能源的 理念已被世界各国广泛接受。n大力发展薄膜型太阳能电池不失为当前最明智的选择，但也有其不利 的一面，为何如此而言请听下面分解。Date2薄膜太阳能电池分类n非晶硅薄膜太阳能电池n微(多)晶硅薄膜太阳能电池n铜铟硒薄膜太阳能电池n铜铟镓硒薄膜太阳能电池n碲化隔薄膜太阳能电池n染料敏化薄膜太阳能电池n有机薄膜太阳能电池n其他Date3太阳能电池的未来市场需求n进入21世纪以来，全球范围内对太阳能电池的需求 快速增长，每年以40%以上的速度递增。国内外也 分别实施了上网
3、电价补贴法，进一步促这一产业的 增长步伐。n中国已于2005年通过了“可再生能源法”2006年将 采用“一案一议”的办法实施上网电价补贴法。可以 预计，世界范围内光伏产业的新的可持续发展阶段 即将到来。表1列出了到2030年世界光伏市场的年 需求量。到2010年，年需求量为14000兆瓦，而目 前，全世界光伏工业的总产能约为1500兆瓦，在4 年内要达14000兆瓦，可见其发展速度十分惊人。Date4表1 国际光伏市场需求及预测年 国别2000201020202030美国(GWp) 0.142.136200欧洲(GWp) 0.153.041200日本(GWp) 0.254.830205总计(G
4、Wp) 1.014.02001850Date5为何要发展非晶硅薄膜太阳电池？n光伏工业的高速发展和关键原材料高纯硅短缺的矛盾n按照目前全世界年产1500兆瓦晶体硅太阳能，约需16500吨高纯硅，近几 年全世界高纯硅的产能仅为25000吨，70%左右回用于制造集成电路，二 极管，三极管等半导体器件，绝对满足不了光伏工业的需求，供需矛盾十 分突出，并导致全球范围内高纯硅从25美元/公斤上升至200美元/公斤以 上，使得2003年前国际市场每瓦太阳能电池2美元左右上升到3.5美元。n中国情况更加严重，市场价达到人民币33元，且有价无市。这一情况在3- 5年内是得不到根本解决的，必定会严重影响光伏产业
5、的健康发展。n提高单位硅材料的发电量，现在存在转换效率，成品率的制约。此2项技 术是否能突破，直接影响其与其他薄膜太阳能电池的竞争。但硅材短缺问 题要从根本上解决十分困难。Date6非晶硅太阳电池的起源n非晶硅薄膜太阳能电池由Carlson和Wronski在20世纪70年代中期开发成功 ，80年代其生产曾达到高潮，约占全球太阳能电池总量的20左右，但由 于非晶硅太阳能电池转化效率低于晶体硅太阳能电池，而且非晶硅太阳能电 池存在光致衰减效应的缺点：光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减， 其发展速度逐步放缓。n目前非晶硅薄膜太阳能电池产量占全球太阳能电池总量的10左右。但由 于晶体硅的短缺及价格
6、上涨将是长期存在的事实，即使晶体硅瓶颈突破，能 源节省优势仍然能保障非晶硅太阳能电池的生存空间。Date7非晶硅薄膜太阳能电池的优点n低成本n能量返回期短n大面积自动化生产n高温性好n弱光响应好(充电效率高)n其他Date8n低成本n单结晶硅太阳电池的厚度0.5um。n主要原材料是生产高纯多晶硅过程中使用的硅烷，这种气体，化学工业 可大量供应，且十分便宜，制造一瓦非晶硅太阳能电池的原材料本约 RMB3.5-4（效率高于6%）n且晶体硅太阳电池的基本厚度为240-270um，相差200多倍，大规模生产 需极大量的半导体级，仅硅片的成本就占整个太阳电池成本的65-70%， 在中国1瓦晶体硅太阳电池
7、的硅材料成本已上升到RMB22以上。n从原材料供应角度分析，人类大规模使用阳光发电，最终的选择只能是 非晶硅太阳电池及其它薄膜太阳电池，别无它法！Date9n能量返回期短n转换效率为6%的非晶硅太阳电池，其生产用电约1.9度电/瓦，由它发电 后返回的时间约为1.5-2年，这是晶硅太阳电池无法比拟的。n大面积自动化生产n目前，世界上最大的非晶硅太阳电池是Switzland Unaxis的KAI-1200 PECVD 设备生产的1100mm*1250mm单结晶非晶硅太阳电池，起初是效率 高于9%。其稳定输出功率接近80W/片。n商品晶体硅太阳电池还是以156mm*156mm和125mm*125mm
8、为主。Date10n短波响应优于晶体硅太阳电池n上海尤力卡公司曾在中国甘肃省酒泉市安装一套6500瓦非晶硅太阳能电 站，其每千瓦发电量为1300KWh，而晶体硅太阳电池每千瓦的年发电量约 为1100-1200KWh。非晶硅太阳电池显示出其极大的使用优势。下图为该 电站的现场照片，第一代非晶硅太阳电池的以上优点已被人们所接受。 2003年以来全世界太阳能市场需求量急剧上升，非晶硅太阳电池也出现 供不应求的局面。Date11非晶硅太阳能电池存在的问题n效率较低n单晶硅太阳能电池，单体效率为14%-17%(AMO)，而柔性基体非晶硅太阳 电池组件（约1000平方厘米）的效率为10-12%，还存在一定
9、差距。n相同的输出电量所需太阳能电池面积增加，对于对太阳能电池占地面积 要求不高的场合尤其适用，如农村和西部地区。n我国目前尚有约28000个村庄、700万户、大约3000万农村人口还没有用 上电， 60%的有电县严重缺电；光致衰减效应也可在电量输出中加以考 虑，我们认为以上缺点已不成为其发展的障碍，非晶硅太阳能电池已迎 来新的发展机遇。Date12n稳定性问题n非晶硅太阳能电池的光致衰减，所谓的W-S效应，是影响其大规模 生产的重要因素。目前，柔性基体非晶硅太阳能电池稳定效率已 超过10%，已具备作为空间能源的基本条件。n成本问题n非晶硅太阳能电池投资额是晶体硅太阳能电池的5倍左右，因此项
10、目投资有一定的资金壁垒。且，成本回收周期较长，昂贵的设备 折旧率是大额回报率的一大瓶颈。Date13非晶硅太阳电池的市场n大规模地成本发电站n1996年美国APS公司在美国加州建了一个400千瓦的非晶硅电站,引起光伏 产业振动。nMass公司(欧洲第三大太阳能系统公司)去年从中国进口约5MWp的非晶硅 太阳能电池。n日本CANECA公司年产25MWp的非晶硅太阳能电池大部分输往欧洲建大型发 电站(约每座500KWp-1000KWp)。n德国RWESCHOOTT公司也具有30MWp年产量,全部用于建大规模太阳能电站 。Date14n与建筑相配合,建造太阳能房n非晶硅太阳能电池可以制成半透明的，如
11、作为建筑的一部分，白天既 能发电又能使部分光线透过玻璃进入室内，为室内提供十分柔和的照 明(紫外线被滤掉)能挡风雨，又能发电;美国，欧洲和日本的太阳能电 池厂家已生产这种非晶硅瓦。Date15n太阳能照明光源n由于非晶硅太阳能电池的技术优势，同样功率的非晶硅太阳能灯具，其照 明时间要比晶体硅太阳能路灯的照明时间长20%，而其成本每瓦要低约10 元人民币。上海尤利卡公司于2003年-2005年已为松江区的太阳能路灯提 供了400多个非晶硅太阳能路灯电源，其冬天的发电效果明显优于晶体硅 。n弱光下使用n由于非晶硅太阳能电池在室内弱光下也能发电，已被广泛用于太阳能钟， 太阳能手表，太阳能显示牌等不直
12、接受光照等场合下。Date16世界主要非晶硅太阳电池生产厂家n MWp/年 生产品种n日本kaneka 25 910*910mm电池组件 ,玻璃衬底n德国RWE Schottsolar 30 最大组件100*605mm,玻璃衬底n日本三菱电机 10 玻璃衬底非晶太阳电池n日本富士通 10 聚合物为衬底柔性非晶太阳电池n日本TDK 5 不锈钢为衬底,效率高于8%n日本三洋太阳能 5 聚酰亚胺为衬底,效率高于8.5%n美国ECD 15 研究单位n美国联合太阳能 25 不锈钢,聚酰亚胺为衬底,效率高于10%n英国Intersolar 5 305*915mm玻璃衬底,效率大于7%n德国Esole 明年
13、投产,约40MWp生产线Date17中国非晶硅太阳电池产业现状及存在问题n目前中国已有的非晶硅太阳能电池生产线n存在问题：产量少；效率低；稳定性差；面积小；外观不均匀。序号 单位名称产能备注 1天津津能5MWp 2哈尔滨克罗拉太阳 能1MWp3深圳拓日1 4深圳创益1 5深圳日月潭1 6北京世华筹建中 7泉州筹建中Date18中国应当抓住的机遇n自主大规模生产技术n自主核心设备技术*PECVD/溅射设备/专用激光/APCVD高效率大面积低成本生产实现每瓦USD1的目标下表为年产20MWp生产线非晶硅电池组件的成本，稳定效率6%，组件面积100mm*100mm材料各种 气体5mm浮法玻 璃及导电
14、膜电极材料及 封装材料工具五金材 料备品 备件其它 材料劳防用品其它每瓦 成本( 元/瓦 )3.71 2.67 3.910.0350.050.310.02 0.013.12小 计12.58Date19谢 谢！Date20THANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSTHANKSDate21
