从中国500强到世界500发展新一代先进技术薄膜太阳能光..

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1、从中国从中国500500强到世界强到世界500500强强打造中国的世界名牌打造中国的世界名牌 行者集团Sinocome group发展新一代先进技术薄膜太阳能光电池发展新一代先进技术薄膜太阳能光电池 产业的综合分析及产业化产业的综合分析及产业化马昕 Dr.Xin Ma 行者集团创始人首席科学家 中科院博士、清华大学博士后， 2008科技奥运委员奥运安保顾问2012伦敦奥运顾问 北京市市政府顾问中国科学技术协会第七次全国代表大会代表 国家标准委会委员,国家发改委欧洲货币基金组织2008新能源 论坛光伏论坛主席,2008年中国科博会新能源主题报告人 国家专利局北京市专利局太阳能专利申请冠军获资助第

2、一名 中国国家安全论坛CNSF大会报告人（综合安全，能源安全） 中国人民解放军军事统筹学会科技委委员 北京青联委员 科协委员20092009年先进发展年先进发展新一代薄膜太阳能电池产业的新一代薄膜太阳能电池产业的 建议建议 马昕博士马昕博士 行者集团行者集团我作为中国科协七大全国代表，见证了七大上胡主席,温总理非常重视新能源的 情形.七大代表中有不少人是在毛主席周总理带领下制定国家一五规划的专家科 学家，“一五”规划出了两弹一星，保证了中国37年和平稳定发展.新的一代领导 人的治国思路是建设创新型国家，尤其重视以太阳能为代表的新能源，更重视 中国对新能源核心技术的掌握和太阳能电池板的规模化生产

3、。这将实现国家领 导和国家发改委提出的中国成为世界最大能源输出国的伟大理想和目标。 作为2008年国家发改委和欧洲货币基金组织世界新能源大会光伏论坛主席 ， 我和与会的其他新能源分论坛有过深入交流，风能不稳定，生物质能原料不足 等难以大规模推广。先进市可以在全国首先树立集中发展非晶硅薄膜电池产 业，作为正在兴起的第二波太阳能光电池的产业化浪潮代表，低能耗，低成 本，完全绿色生产，这也是先进工业可以率先超越江苏等省金融危机下陷入颓 势的多晶硅高能耗高污染产业的机遇。措施是建立市政府支持，企业为主的产学研相结合研究中心、装备制造和大批量生产。以行者集团SinoSolar 等为代 表的掌握核心装备制

4、造和工艺技术的企业在第一轮光伏浪潮多晶硅投资1000亿 元的指标型多个大省迅速取代多晶硅，成为拉动内需的骨干项目。20092009年先进发展年先进发展新一代薄膜太阳能电池产业的新一代薄膜太阳能电池产业的 建议建议 马昕博士马昕博士 行者集团行者集团太阳光辐射是地球上光和热的主要源泉。太阳辐射的能量来源于太阳核心的热核聚变，4 个氢原子聚变成1 个氦原子。对于“质子质子”循环核聚 变，反应过程的质量亏损m4mHmHe，按照爱因斯坦质能关系 E=mC2 (C 为光速) 计算，相当于25MeV 的能量。在太阳核心，每秒 大约有700 亿吨氢聚变成氦，其质量亏损分数约为0.7，每秒释放的能 量大约相当

5、于3.91026 焦耳，主要以射线的形式放出。经过对流、辐射 和吸收、再发射等复杂而漫长的（以百万年计）能量传递过程，这一能量到达太阳表面，维持太阳表面光球温度约为5758K 。太阳从诞生至今大约 已经过了46 亿年，估计太阳寿命至少还有50 亿年。所以，太阳光辐射， 对于现今人类社会活动而言，实际上是无穷无尽的 薄膜太阳能电池是爱因斯坦光电效应的原理由光子直接和电子交换能量， 电子能级跳跃，通过薄膜材料的结构，产生光电压光电流，能量转化效率目前已经可达到63%；而且没有任何热和污染。光电转化中光是广义的，可见光，红外光，激光甚至核射线都可以通过光电池特别是 薄膜光电池发电，比如行者的专利技术

6、”稳定的B伏长寿命核电 池” 就是15年以上不用充电不用阳光能稳定发电的电池。来自量子电子学 理论的核能光子电子能量转换的效率是化学燃烧所不能比的。煤和石油都来自太阳能，是不可再生化石能源，传统煤电是化学燃烧温度 升高电子运动速度加快，金属锅炉电子和水分子电子交换能量带动水蒸汽升温推动汽轮机发电，这个过程能量转化率不足1%，而且产生没用的热量 和污染排放；20092009年先进发展年先进发展新一代薄膜太阳能电池产业的新一代薄膜太阳能电池产业的 建议建议 马昕博士马昕博士 行者集团行者集团光电产业和薄膜太阳电池物理基础光电产业和薄膜太阳电池物理基础。信息的载体一般是指光子、电子和声子，声子运动速

7、度很慢，主要考虑光子和电子。信息的载体一般是指光子、电子和声子，声子运动速度很慢，主要考虑光子和电子。 光伏太阳电池作为光电能量转换器件，主要研究光子和电子之间的相互作用，以及如光伏太阳电池作为光电能量转换器件，主要研究光子和电子之间的相互作用，以及如 何抑制声子（主要能量损失途径）对过程的参予何抑制声子（主要能量损失途径）对过程的参予 电子和光子在器件中的运动一般是在很薄的一层有源区内，材料中真正有用的部分是电子和光子在器件中的运动一般是在很薄的一层有源区内，材料中真正有用的部分是 在表面上，这就为制造薄膜器件提供了物理基础在表面上，这就为制造薄膜器件提供了物理基础 由于光子在晶体硅内需要由

8、于光子在晶体硅内需要100100100100umumumum以上才能充分吸收，而以非晶体硅为代表的薄膜在以上才能充分吸收，而以非晶体硅为代表的薄膜在 500500500500nmnmnmnm-1-1-1-1umumumum以内就可以吸收光子，材料消耗仅为以内就可以吸收光子，材料消耗仅为1%1%1%1%，具有根本的成本优势，低生产，具有根本的成本优势，低生产 能耗、低排放、低污染。能耗、低排放、低污染。 美国薄膜太阳电池从2006年起占优势，2008 三大家公司合并超200MW超过其他信息的载体信息的载体能量的载体能量的载体光伏太阳电池光伏太阳电池光子光子 电子电子 声子声子微电子和光电子微电子

9、和光电子20092009年先进发展年先进发展新一代薄膜太阳能电池产业的新一代薄膜太阳能电池产业的 建议建议 马昕博士马昕博士 行者集团行者集团科学分类：科学分类： 两类（外延和非单晶）薄膜电池技术两类（外延和非单晶）薄膜电池技术薄膜电池并不仅是非晶硅薄膜电池，科研规划必须有广阔的薄膜电池并不仅是非晶硅薄膜电池，科研规划必须有广阔的薄膜电池并不仅是非晶硅薄膜电池，科研规划必须有广阔的薄膜电池并不仅是非晶硅薄膜电池，科研规划必须有广阔的视野才能保证长久发展视野才能保证长久发展视野才能保证长久发展视野才能保证长久发展晶体衬底上外延生长单晶薄膜晶体衬底上外延生长单晶薄膜晶体衬底上外延生长单晶薄膜晶体衬

10、底上外延生长单晶薄膜： 有序度更高，完整性更好，迁移率高，少子寿命长，光谱尖锐。晶体衬底上外延晶体衬底上外延晶体衬底上外延晶体衬底上外延生长单晶薄膜生长单晶薄膜生长单晶薄膜生长单晶薄膜. . .应用举例: 高密度、高速度光电子器件和微电子器件; 高效III-V族 三结叠层太阳电池（40.7%）;低阻Si衬底外延薄膜太阳电池（15%）;理提纯Si 衬底外延薄膜太阳电池;介质衬底上淀积的非单晶薄膜介质衬底上淀积的非单晶薄膜介质衬底上淀积的非单晶薄膜介质衬底上淀积的非单晶薄膜大面积薄膜材料，一般是在低温下沉积在廉价的异质衬底上的，如玻璃、不锈钢 带、塑料薄膜等都是常用的薄膜电池衬底材料，从而成本低。

11、 这样制备的薄膜材料具有多晶、微晶或非晶态结构,大面积薄膜太阳电池,由于对 光电转换的速度没有高的要求，器件结构又相对简单，薄膜材料可以胜任。硅基薄膜太阳电池的极限效率硅基薄膜太阳电池的极限效率硅基薄膜太阳电池的极限效率硅基薄膜太阳电池的极限效率对于非聚光和全聚光6000 K 黑体辐射条件而言，电池极限效率分别约为31.0和40.7%；对于AM1.5G 光谱而言，电池极限效率在1.13eV 和1.35eV 处存 在两个十分相近的峰值，大约为32.8%。在具有Lambertian理想织构表面下，俄 歇复合限制的晶硅电池极限效率与厚度有关。80 微米时效率极大值29%；对于 硅基薄膜电池，厚度2微

12、米时26%； 20092009年先进发展年先进发展新一代薄膜太阳能电池产业的新一代薄膜太阳能电池产业的 建议建议 马昕博士马昕博士 行者集团行者集团目前全世界应用和研究最多的光伏材料主要包括单晶硅、多晶硅、砷化镓（ GaAs ） 以及非晶硅（ -Si ）薄膜、碲化镉（ CdTe ）、铜铟硒（ CuInSe2 ，或缩写为 CIS ）等薄膜材料等。砷化镓电池成本高，用于面积小的特种场合，原材料有毒。 CdTe 是剧毒制癌材料，生产和环保问题严重。镉处理技术最近有突破，将来。南非。 多晶硅/单晶硅：是最老的技术之一，二战后即出现，最近30年提高很慢，发展潜力很 小，现在随着欧元贬值投资多晶硅生产的各

13、省已经陷入颓势，国际上投资重心已经转移 到本技术的高效非晶硅薄膜电池上来。 铜铟镓硒：技术尚在实验阶段、原料稀缺、因用重金属做原料而严重污染环境， 30年 前即已发明，始终没能产业化，有3个致命缺点：1）所用铟材料，是地球上最短缺的材 料之一，若从小批量试验到大批量生产材料根本难以供应，现在仅仅是小规模1MW级 的小试验线已经带来材料价格飞涨）；2）所用材料中，硒也是剧毒材料，生产过程始 终有严重环保和排放问题，最早从事CIGS研究的德国西门子公司失败后把全部业务卖给更大的壳牌Shell 公司，壳牌公司Shell 也不能解决问题，最终关闭了在美国加州的 CIGS生产线。3）成本问题，CIGS的

14、电池需要的工作温度在600度以上，能耗高，设 备本身成本高，在真空系统中，能耗测算有一个简单公司，工作绝对温度之比的5次方 ，此CIGS的制造工作绝对温度为（600 +273= 873 K ）; 而不到200度制造工作温 度的更有希望的非晶硅+微晶硅薄膜电池工作绝对温度为 200+273=473K：所以CIGS 的能耗比非晶硅+微晶硅薄膜电池能耗比相差几十倍以上。CIGS系统实际成本是非常高 的。20092009年先进发展年先进发展新一代薄膜太阳能电池产业的新一代薄膜太阳能电池产业的 建议建议 马昕博士马昕博士 行者集团行者集团实验室效率和大面积组件效率难点，近期实验室效率和大面积组件效率难点

15、，近期发展硅基薄膜太阳电池的关键技术和装备，下发展硅基薄膜太阳电池的关键技术和装备，下 面发展的技术路线面发展的技术路线太阳能电池做大面积保持均匀性和效率比实验室的小面积产品是很大的难点。 高效非晶硅电池的技术路线是用高纯度99.999%以上硅烷 、磷烷、硼烷等电子特气在超大真空室（2.5立方米以上）超高真空（ 10-7torr以上）高温（200多度以上）作超大面积（8000平方厘米以 上）高均匀度高度可控等离子放电沉积，是当今前沿学科等离子体和 半导体材料物理的交叉学科，是各个国家巨额投入的战略性技术，难度巨大，如1970年东方红卫星上中科院就做出了太阳能电池，但是面 积很小，需要数以10年

16、计的积累中科院仍未能突破产业化技术；我们 现已实现了上述突破作出了拥有全部自主知识产权的装备和电池板生 产。从2006年完成全套图纸攻关和三百项专利申请后，仍花费了2年时间 ，可见从图纸到实现的技术难度之大。实验室小面积三结叠层a-Si/a-SiGe/a-SiGe或者a-si/nc-Si/nc-Si电 池稳定效率已达到13% ；我们已经科研攻关成功完全掌握的产业化 工艺而大面积商品a-Si/a-SiGe/a-SiGe或者a-si/nc-Si/nc-Si电池组 件稳定效率7-9% 生产线设备的改进; 掺杂层隔离;针孔密度的降低;衬底清洗; 避免聚合 物黄粉产生工艺条件; 趋肤效应、干涉驻波效应等经过这些年的努力，发展了一种新的高气压VHFPECVD沉积模式， 即用甚高频激励等离子体，