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1、太阳能电池报告人 Gary Huang主要内容v太阳能电池的发展历史 v太阳能电池市场状况及趋势 v太阳能电池定义和分类v太阳能电池的结构及工作原理v太阳能电池的生产工艺v太阳能电池的应用 1.太阳能电池的发展历史1954年世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实验室问世，幷首先应用于空间技术。当时太阳能电池的转换效率为8。1973年世界爆发石油危机，从此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近10几年来，随着世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，太阳能电池的清洁性、安全性、长寿命，免维护以及资源可再生性等优点更加显现。一些发达国家制定了一系列鼓舞光伏发电的优惠政策，幷实施庞大的光伏工程计划，为太阳
2、能电池产业创造了良好的发展机遇和巨大的市场空间，太阳能电池产业进入了高速发展时期，幷带动了上游多晶硅材料业和下游太阳能电池设备业的发展。在19972006年的10年中，世界光伏产业扩大了20倍，今后10年世界光伏产业仍以每年30以上的增长速度发展。世界太阳能电池发展的主要节点v1954 美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为6v1955 第一个光伏航标灯问世，美国RCA发明Ga As太阳能电池v1958 太阳能电池首次装备于美国先锋1号卫星，转换效率为8。v1959 第一个单晶硅太阳能电池问世。v1960 太阳能电池首次实现并网运行。v1974 突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到18。
3、v1975 非晶硅及带硅太阳能电池问世v1978 美国建成100KW光伏电站v1980 单晶硅太阳能电池效率达到20多晶硅为14.5，Ga As为22.5v1986 美国建成6.5KW光伏电站v1990 德国提出“2000光伏屋顶计划”v1995 高效聚光Ga As太阳能电池问世，效率达32。v1997 美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划，日本提出“新阳光计划”v1998 单晶硅太阳能电池效率达到24.7，荷兰提出“百万光伏屋顶计划”v2000 世界太阳能电池总产量达287MW，欧洲计划2010年生产60亿瓦光伏 电池并网发电系统及工作原理光伏航标灯2.太阳能电池市场状况及趋势2.1 太阳
4、能电池的市场状况 1998年以前，单晶硅电池占世界光伏生产的主导地位 其次是多晶硅电池。从1998年开始，多晶硅电池开始 超过单晶硅跃居第一。非晶硅从20世纪80年代初开 始商业化生产，但由于效率低和光衰减问题，市场 份额增加不快。CdTe电池从20世纪80年代中期开 始商业化生产，市场份额增加缓慢，除技术因素外 ，人们对Cd的毒性的疑虑也是原因之一。 CIS电池 的产业化进程比较缓慢，原因是生产过程中化学剂 量比难以控制，大面积均匀性和重复性较差。2.2太阳电池的未来发展趋势2.2.1 商业化趋势v 1998年以前，单晶硅电池占市场主导地位，其次是多晶硅 电池。v 从1998年起，多晶硅电池
5、开始超过单晶硅跃居第一。v非晶硅从80年代初开始商业化，由于效率低和光衰减问题， 市场份额先高后低。v CdTe电池从80年代中期开始商业化生产，市场份额增加缓 慢，Cd的毒性是原因之一； vCIS电池的产业化进程比较缓慢，生产工艺难于控制，In是 稀有元素；v Sanyo公司a-Si/c-Si电池商业化仅两三年，发展迅速2001、2002年各种电池的市场份额和开始商业化时间.电池技术市场份额 %商业化时间单晶硅35.1329.46 70初(地面应用)多晶硅47.3354.44 70年代末非晶硅8.625.580年代初A-Si/c-Si(n)4.615.990年代末带硅3.483.380年代中
6、薄硅/陶瓷0.260.390年代中CdTe0.390.380年代中CIS0.18/00年代初2001、2002年太阳电池的产量及份额2001 2002v mc-Si 184.85 47.33% 278.9 54.44% v Sc-Si 137.18 35.13% 150.91 29.46%v a-Si 33.68 8.62% 28.01 5.5%v a-Si/Cz 18.0 4.61% 30.0 5.9%v RibbonSi 13.6 3.48 % 16.9 3.3% v CdTe 1.53 0.39% 1.6 0.3%v CIS 0.7 0.18% -v Si/LCS 1.0 0.26% 1
7、.7 0.3%v C-Si/Sc-Si 3.7 0.7% 2.2.2 技术发展趋势 2.2.2.1 硅基电池:v 硅是地球上丰度第二大元素，资源丰富(以石英砂 形式存在)；v 环境友好；v 电池效率高，性能稳定；v 工艺基础成熟。v 硅基电池是目前光伏界研究开发的重点、热点晶硅 电池的产业化技术 硅基薄膜电池研究开发方向：晶硅电池: 提高电池/组件效率 高效钝化技术：TiO2，SiNx, H、SiO2, a-Si 。 高效陷光技术：减反射，表面织构化，背反射等， 选择性发射区(前)， 背表面场(BSF)， 细栅或者单面技术， 高效封装技术最佳封装材料的折射率等。简化、改进工艺自动化、环保、低成
8、本； 如硅片 薄化及其工艺，材料的国产化和提高性能； 硅基薄膜电池低温过程(PECVD) 900,多晶硅基薄膜电池，廉价衬底； 2.2.2.2 化合物电池v CIGS 电池：提高效率，大面积重复性，S代Sev CdTe电池：提高效率，大面积重复性v Gratzel电池 高效染料，固体或准固态电 解质 ，提高效率，大面积重复性v 有机电池 高效电子受体 和给体以及材料，提高 效率3.新型概念电池：量子点、量子阱电池，中间带光伏电池，带隙递变迭层电池等，尚处在理论探索 、概念研究和验证阶段。3.太阳能电池定义和分类太阳能电池，又称光伏器件，是一种利用光生 伏特效应把光能转变为电能的器件。它是太 阳
9、能光伏发电的基础和核心。太阳能电池分类按结构 分类同质结 太阳电池异质结 太阳电池肖特基 太阳电池按材料 分类硅太阳 电池敏化纳米晶 太阳电池有机化合物 太阳电池塑料 太阳电池无机化合物 半导体 太阳电池按光电转换 机理传统 太阳电池激子 太阳电池4.太阳能电池的结构及工作原理太阳能电池的结构太阳能电池发电原理5.太阳能电池的生产工艺导电玻璃 膜切割 清洗检测 镀铝电极 沉积PN结老化 检测 封装 成品检测太阳能电池组件生产工艺组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没 有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池 的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的
10、抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键， 所以组件板的封装质量非常重要。流程：1、电池检测2、正面焊接并检验3、背面串接并检验4、 敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）5、层压 6、去毛边（去边、清洗）7、装边框（涂胶、装角键、冲 孔、装框、擦洗余胶）8、焊接接线盒9、高压测试10、 组件测试外观检验11、包装入库工艺简介v电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池 性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组 合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通 过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类 。以提高电池的利用率，做出质量合格的
11、电池组件。v正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上 ，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多 点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利 用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多 出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连v背面串接：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件 串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个 膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的 大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不 同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面 电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极
12、）上，这 样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。v层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃 和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好 ，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和 EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位 置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次： 由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。v组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组 件内的空气抽出，然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板 粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关 键一步，层压温度层压时间根据EV
13、A的性质决定。我们使用 快速固化EVA时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为 150。v修边：层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边 ，所以层压完毕应将其切除。v装框：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加 组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命 。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键 连接。v焊接接线盒：在组件背面引线处焊接一个盒子，以 利于电池与其他设备或电池间的连接。v高压测试：高压测试是指在组件边框和电极引线间 施加一定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度， 以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损 坏。v组件测试：测试的目的是对电池的
14、输出功率进行标 定，测试其输出特性，确定组件的质量等级。 组件高效和高寿命如何保证：v高转换效率、高质量的电池片 ；v高质量的原材料，例如：高的交联度的EVA、高粘结强度的 封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等 ；v合理的封装工艺v员工严谨的工作作风；由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题， 一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂 而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理 的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。6.太阳能电池的应用上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术 通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程 中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲 切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳 能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光 伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护 、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公 路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及 边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建 筑系统的结合已经形成产业化趋势 v用户太阳能电源 1.小型电源10-100W不等，用于边远无电地区如高原、 海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、 电视、收录机等太阳能电源 太
