太阳能电池介绍课件

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1、太阳能电池介绍太阳能电池介绍太阳能电池介绍太阳能电池介绍世界和中国主要常规能源储量预测世界和中国主要常规能源储量预测太阳能电池介绍我国几种可再生能源量和发电潜力我国几种可再生能源量和发电潜力太阳能电池介绍太阳能电池发展瓶颈太阳能电池发展瓶颈u 转换效率转换效率u 稳定性稳定性u 成本成本太阳能电池介绍太阳光谱图太阳光谱图太阳光谱图太阳光谱图UV Visible Infrared48%48%太阳能电池介绍太阳电池分类太阳电池分类1.1.技术成熟程度（三代电池）：技术成熟程度（三代电池）： 1) 1) 晶硅电池：晶硅电池： 单晶硅，多晶硅单晶硅，多晶硅 2) 2) 薄膜电池：薄膜电池： a-Si

2、a-Si，CIGSCIGS，CdTeCdTe，球形电池，球形电池 多晶硅薄膜，多晶硅薄膜， Grtzel Grtzel，有机电池，有机电池 染料染料敏化电池敏化电池 3) 3) 新概念电池新概念电池太阳能电池介绍新概念电池（第三代电池）新概念电池（第三代电池） 中间带隙中间带隙( (或亚带隙，或杂质带或亚带隙，或杂质带) )电池电池 带隙递变迭层电池带隙递变迭层电池 上、下转换器电池上、下转换器电池 偶极子天线电池偶极子天线电池 量子点、量子阱电池量子点、量子阱电池 热载流子电池热载流子电池太阳能电池介绍所需材料所需材料硅基电池：单晶硅，多晶硅，硅基电池：单晶硅，多晶硅， 微晶微晶( (纳晶纳

3、晶) )，非晶硅，非晶硅， 化合物半导体电池：化合物半导体电池：CdTe, CIGSCdTe, CIGS，GaAs GaAs ，InPInP有机电池：有机电池：酞菁锌、聚苯胺、聚对苯乙炔等酞菁锌、聚苯胺、聚对苯乙炔等 染料敏化电池：染料敏化电池：TiO2TiO2， 染料等染料等太阳能电池介绍有机太阳电池有机太阳电池工工作作原原理理: 有有机机半半导导体体产产生生的的电电子子和和空空穴穴束束缚缚在在激激子子之之中中,电电子子和和空空穴穴在在界界面面(电电极极和和导导电电聚聚合合物物的的结合处结合处)上分离。上分离。研究进展研究进展: 美国加州伯克利分校科学家在美国加州伯克利分校科学家在2002年

4、利年利用塑料纳米技术研制出第一代塑料太阳能电池，可用塑料纳米技术研制出第一代塑料太阳能电池，可以安装在一系列便携式设备及可穿戴式电子设备上。以安装在一系列便携式设备及可穿戴式电子设备上。提供提供07V的电压。的电压。特点：价格低、易成型，通过化学修饰调控性能特点：价格低、易成型，通过化学修饰调控性能太阳能电池介绍染料敏化太阳电池（染料敏化太阳电池（DSSC）太阳能电池介绍什么是染料敏化太阳电池？什么是染料敏化太阳电池？v全称为全称为“染料敏化纳米薄膜太阳电池染料敏化纳米薄膜太阳电池 ” ” v模拟自然界中的光合作用原理模拟自然界中的光合作用原理v采用吸附染料的纳米多孔二氧化钛半导体采用吸附染料

5、的纳米多孔二氧化钛半导体膜作为光阳极，并选用适当的氧化还原膜作为光阳极，并选用适当的氧化还原电解质，用镀铂的导电玻璃作为光阴极，电解质，用镀铂的导电玻璃作为光阴极，只要太阳光一照到电池上，它就会源源不只要太阳光一照到电池上，它就会源源不断的开始发电了。断的开始发电了。太阳能电池介绍在染料敏化半导体太阳能电池中，由于一些在染料敏化半导体太阳能电池中，由于一些宽隙的半导体（如宽隙的半导体（如TiO2）的禁带宽度相当于）的禁带宽度相当于紫外区的能量，因而捕获太阳光的能力非常紫外区的能量，因而捕获太阳光的能力非常差，无法将其直接用于太阳能的转换。差，无法将其直接用于太阳能的转换。若寻找一些可以与这些宽

6、隙半导体的导带和若寻找一些可以与这些宽隙半导体的导带和价带能量匹配的染料，使其吸附在半导体的价带能量匹配的染料，使其吸附在半导体的表面上，利用染料对可见光的强吸收从而将表面上，利用染料对可见光的强吸收从而将体系的光谱响应延伸到可见区，这种现象就体系的光谱响应延伸到可见区，这种现象就叫做半导体的染料光敏化作用，而具有这种叫做半导体的染料光敏化作用，而具有这种特性的染料就光敏化染料特性的染料就光敏化染料 。染料敏化染料敏化太阳能电池介绍(1) 能紧密吸附在能紧密吸附在TiO2表面，要求染料分子中含有羧表面，要求染料分子中含有羧基、羟基等极性基团；基、羟基等极性基团； (2) 对可见光的吸收性能好，

7、在整个太阳光光谱范围对可见光的吸收性能好，在整个太阳光光谱范围内都应有较强的吸收；内都应有较强的吸收； (3) 染料在长期光照下具有良好的化学稳定性，能够染料在长期光照下具有良好的化学稳定性，能够完成多次循环反应；完成多次循环反应； (4) 染料的氧化态和激发态要有较高的稳定性；染料的氧化态和激发态要有较高的稳定性；(5)激发态能级与激发态能级与TiO2导带能级匹配，激发态的能级导带能级匹配，激发态的能级高于高于TiO2导带能级，保证电子的快速注入；导带能级，保证电子的快速注入； (6) 染料分子能溶解于与半导体共存的溶剂。染料分子能溶解于与半导体共存的溶剂。高性能的敏化剂需要具有的特点高性能

8、的敏化剂需要具有的特点太阳能电池介绍染料敏化太阳电池的工作原理染料敏化太阳电池的工作原理v当当太太阳阳光光照照射射到到电电池池表表面面时时，吸吸附附在在二二氧氧化化钛钛光光电电极极表表面面的的染染料料分分子子受受到到激激发发由由基基态态S S跃跃迁迁到到激激发发态态S*,S*,然然后后将将一一个个电电子子注注入入到到二二氧氧化化钛钛导导带带内内，此此时时染染料料分分子子自身转变为氧化态自身转变为氧化态S S+ +. .v注注入入到到二二氧氧化化钛钛层层的的电电子子富富集集到到导导电电基基底底，并并通通过过外外电电路路流流向向电电极极, ,形形成成电电流流。处处于于氧氧化化态态的的染染料料分分子

9、子氧氧化化溶溶液液中中的的电电子子给给体体( (此此种种在在电电解解质质溶溶液液中中的的电电子子给给体体),),自自身身恢恢复复为为还还原原态态，使使染染料料分分子子得得到到再再生生。被被氧氧化化的的电电子子给给体体扩扩散散至至电电极极, ,在在电电极极表表面面被被还还原原, ,从从而而完完成成一一个光电化学反应循环。个光电化学反应循环。太阳能电池介绍 染料敏化太阳电池（染料敏化太阳电池（DSSC）电池结构电池结构阳极：染料敏化半导体薄膜染料敏化半导体薄膜 TiO2、染料、染料阴极：镀铂的导电玻璃镀铂的导电玻璃电解质：I3-/I-太阳能电池介绍染料敏化太阳电池的结构染料敏化太阳电池的结构染料敏

10、化纳米薄膜太阳电池电池主要由以下几部分组染料敏化纳米薄膜太阳电池电池主要由以下几部分组成：透明导电玻璃、纳米多孔成：透明导电玻璃、纳米多孔TiOTiO2 2膜、染料光敏化剂、膜、染料光敏化剂、电解质和反电极电解质和反电极 太阳能电池介绍染料敏化太阳电池的工作原理简图染料敏化太阳电池的工作原理简图太阳能电池介绍染料敏化太阳电池的工作原理染料敏化太阳电池的工作原理太阳能电池介绍S + h S*S* S+ + e- CB(TiO2)S+ + A- S + AA + e-(CE) A-染料敏化太阳电池的工作原理染料敏化太阳电池的工作原理太阳能电池介绍染料敏化太阳电池的研究历史染料敏化太阳电池的研究历史

11、v1、1991年年, M.Grtzel等等提提出出了了一一种种新新型型的的以以染染料料敏敏化化二二氧氧化化钛钛纳纳米米薄薄膜膜为为光光阳阳极极的的光光伏伏电电池池, 以以羧羧酸酸联联吡啶钌吡啶钌()配合物为敏化染料。配合物为敏化染料。v2、1993年年M.Grtzel等等人人再再次次报报道道了了光光电电转转换换效效率率达达10%的的染染料料敏敏化化纳纳米米太太阳阳能能电电池池，2001年年效效率率达达到到了了10%11%，短短路路电电流流密密度度为为20.53mA/cm2,开开路路电电压压为为720。v3、1997年年,这这种种M.Grtzel电电池池已已经经应应用用于于电电致致变变色色器器件

12、。件。v4、1998年年, M. Grtzel等等人人进进一一步步研研制制出出全全固固态态M. Grtzel电电池池,使使用用固固体体有有机机空空穴穴传传输输材材料料替替代代了了液液体体电电解解质质,单单色色光光光光电电转转换换效效率率最最大大达达到到33%,从从而而引引起起了全世界的关注。了全世界的关注。太阳能电池介绍 Grtzel M., 2004, 12%染料敏化电池的进展染料敏化电池的进展太阳能电池介绍1.1.对入射光的角度敏感度小，因此更适合散射和反射光对入射光的角度敏感度小，因此更适合散射和反射光源。由于钛膜表面的源。由于钛膜表面的“光海绵光海绵” ” 性质，电池可在大性质，电池可

13、在大范围不同光源条件下工作，可用于非常弱的光源。范围不同光源条件下工作，可用于非常弱的光源。2.晶体硅电池适合于充足阳光条件，而晶体硅电池适合于充足阳光条件，而DSSC则特别适则特别适用于光间接照射，例如阴天或有临时或长期的部分遮用于光间接照射，例如阴天或有临时或长期的部分遮挡的条件。挡的条件。 3.DSSC可提供室内稳定的电压输出。可提供室内稳定的电压输出。4.4.适合于大的温度范围。适合于大的温度范围。5.5.可选择透明模式，用于日光，屋顶及显示器。可选择透明模式，用于日光，屋顶及显示器。6.6.由于由于DSSCDSSC的制备只需通常普遍使用的非真空设备，所的制备只需通常普遍使用的非真空设

14、备，所以只需很少资金就可建立生产设备。以只需很少资金就可建立生产设备。染料敏化太阳电池的优点：染料敏化太阳电池的优点：太阳能电池介绍戴老师戴老师教你制作染料敏化太阳电池教你制作染料敏化太阳电池太阳能电池介绍 染料敏化太阳电池作为新型的绿色能源，您一定非常感兴趣吧？那么你是不是想自己动手制作一块自己的太阳能池呢？其实，做电池并不难，那就让戴老师手把手教你制作电池吧！Lets go!Lets go!太阳能电池介绍第一步：二氧化钛膜的制备 第二步：利用天然染料把二氧化钛膜着色第三步：制作反电极第四步：组装电池 第五步：注入电解质染料敏化太阳电池的制作主要分为五个步骤：染料敏化太阳电池的制作主要分为五

15、个步骤：太阳能电池介绍第一步：二氧化钛膜的制备第一步：二氧化钛膜的制备 二氧化钛的制备有两种方法： 一种方法是：称取适量二氧化钛粉(Degussa P25) 放入研钵中，一边研磨，一边逐渐加入硝酸或乙酸(pH 值为3 4) ，研磨均匀。 另一种方法是：取适量二氧化钛粉，加入乙酰丙酮水溶液，然后边研磨边逐渐加入水使之研磨均匀。太阳能电池介绍二二二二氧氧氧氧化化化化钛钛钛钛浆浆浆浆料料料料制制制制备备备备太阳能电池介绍取一定面积的导电玻璃，用万用表来检测判断其导电面。用透明胶带盖住电极的四边，其中3边约盖住12mm宽，而第四边约盖45mm宽。胶带的大部分与桌面相粘，有利于保护玻璃不动，这样形成一个

16、约4050m深的沟，用于涂敷二氧化钛。在上面几滴TiO2溶液，然后用玻璃棒徐徐地滚动，使其涂敷均匀。太阳能电池介绍二二氧氧化化钛钛涂涂敷敷太阳能电池介绍待二氧化钛薄膜自然凉干后，再撕去胶带，放入炉中，在450下保温半小时。可选用电热枪或管式炉，也可用酒精灯或天然气灯在有支撑下加热10min。然后让其自然冷却至室温，储存备用。烧结后得到二氧化钛膜。其类似于类囊体膜，呈多孔状，多孔膜有利于吸收太阳光和收集电子。太阳能电池介绍用用用用酒酒酒酒精精精精灯灯灯灯烤烤烤烤干干干干太阳能电池介绍第二步：利用天然染料把二氧化钛膜着色第二步：利用天然染料把二氧化钛膜着色 在新鲜的或冰冻的黑莓、山莓和石榴籽上滴3

17、4滴水，再进行挤压、过滤，即可得到我们所需要的初始染料溶液；也可以把TiO2膜直接放在已滴过水并挤压过的浆果上，或在室温下把TiO2膜浸泡在红茶(木槿属植物)溶液中。有些水果和叶子也可以用于着色。如果着色后的电极不立即用，必须把它存放在丙酮和脱植基的叶绿素混合溶液中。太阳能电池介绍二二二二氧氧氧氧化化化化钛钛钛钛薄薄薄薄膜膜膜膜着着着着色色色色太阳能电池介绍第三步：制作反电极第三步：制作反电极 电池既需要光阳极，又要一个对电极才能工作。对电极又叫反电极。 取与正电极相同大小的导电玻璃，利用万用表判断玻璃的导电面（利用手指也可以作出判断，导电面较为粗糙）。把非导电面标上+，然后石墨棒或软铅笔在整

18、个反电极的导电面上涂上一层碳膜。这层碳膜主要对I-和I3-起催化剂的作用。整个面无需掩盖和贴胶带。因而整个面都可以涂上一层催化剂。可以通过把碳膜在450下烧结几分钟来延长电极的使用寿命。电极必须用乙醇清洗，并烘干。也可以利用化学方法沉积一层通明的、致密的铂层来代替碳层作为反电极。太阳能电池介绍反反反反电电电电极极极极制制制制备备备备太阳能电池介绍第四步：组装电池第四步：组装电池小心地把着色后的电极从溶液中取出，并用水清洗。烘干之前再用乙醇或异丙醇清洗一下，以确保将着色后的多孔TiO2膜中的水份除去。把烘干后的电极的着色膜面朝上放在桌上，再把涂有催化剂的反电极放在上面，把两片玻璃稍微错开，以便于

19、利用未涂有TiO2的电极部分和反电极作为电池的测试用。太阳能电池介绍电电电电池池池池的的的的封封封封装装装装太阳能电池介绍第五步：注入电解质第五步：注入电解质 用两个夹子把电池夹住，再滴入两滴含碘和碘离子的电解质溶液，由于毛细管原理，电解质很快在两个电极间均匀扩散。太阳能电池介绍电电电电解解解解质质质质的的的的注注注注入入入入太阳能电池介绍恭喜你恭喜你 染料敏化太阳电池制作成功了！染料敏化太阳电池制作成功了！ 太阳能电池介绍晶硅电池晶硅电池太阳能电池介绍u晶硅电池的各种新技术u向高效化方向发展u向薄片化方向发展太阳能电池介绍SiliconThinFilmsPolymorphous(pm-Si:

20、H)Nanocristalline(nc-Si:H)Micro&polycristallineVerre1m太阳能电池介绍基本原理基本原理太阳能电池介绍 晶硅电池的技术发展晶硅电池的技术发展 单晶硅电池在单晶硅电池在70年代初引入地面应用。在石油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。引入许多新技术。 1). 钝化技术：热氧化钝化技术：热氧化SiO2钝化，氢钝化，钝化，氢钝化， PECVDSiN工艺钝化工艺钝化(多晶多晶 硅硅)，a-

21、Si钝化等钝化等 2). 陷光技术：陷光技术： 表面织构化技术，减反射技术表面织构化技术，减反射技术太阳能电池介绍3) 背表面场背表面场(BSF)技术技术 4) 表面织构化表面织构化(绒面绒面)技术技术 5) 异质结太阳电池技术异质结太阳电池技术 6) MIS电池电池 7) MINP电池电池 8) 聚光电池聚光电池 太阳能电池介绍向高效化方向发展向高效化方向发展1)单晶硅高效电池：单晶硅高效电池：斯坦福大学的背面点接触电池：斯坦福大学的背面点接触电池： 22特点：正负电极在同一面，没有栅线阴影损失特点：正负电极在同一面，没有栅线阴影损失 太阳能电池介绍新南威尔士大学的新南威尔士大学的PERL电

22、池电池 24.7%太阳能电池介绍Fraunhofer研究所研究所LBSC电池：电池： 23%太阳能电池介绍北京太阳能研究所高效电池北京太阳能研究所高效电池 19.8%太阳能电池介绍单晶硅电池的效率进展单晶硅电池的效率进展太阳能电池介绍激光刻槽埋栅电池激光刻槽埋栅电池新南威尔士大学新南威尔士大学北京太阳能研究所北京太阳能研究所 19.8% 18.6%太阳能电池介绍商业化单晶硅电池组件商业化单晶硅电池组件太阳能电池介绍商业化单晶硅电池组件商业化单晶硅电池组件Sanyo a-Si/c-Si电池电池（实验室最好效率：（实验室最好效率： 22.3%）太阳能电池介绍多晶硅高效电池多晶硅高效电池多晶硅材料制

23、造成本低于单晶硅多晶硅材料制造成本低于单晶硅CZ材料，材料，能直接制备出适于规模化生产的大尺寸方能直接制备出适于规模化生产的大尺寸方 型硅锭，型硅锭，240kg, 400kg, 制造过程简单、省电、节约硅材料，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。因此具有更大降低成本的潜力。 太阳能电池介绍但但是是多多晶晶硅硅材材料料质质量量比比单单晶晶硅硅差差，有有许许多多晶晶界界存存在在，电电池池效效率率比比单单晶晶硅硅低低, 晶晶向向不不一一致致，表面织构化困难。表面织构化困难。太阳能电池介绍乔治亚乔治亚(Geogia)工大工大 采用磷吸杂和双层减采用磷吸杂和双层减 反射膜技术，

24、使电池的效率达到反射膜技术，使电池的效率达到18.6； 新南威尔士大学采用类似新南威尔士大学采用类似PERL电池技术，电池技术， 使电池的效率使电池的效率19.8 Fraunhofer研究所研究所 20.3%世界记录世界记录 Kysera公司采用了公司采用了PECVD/SiN+表面织构化表面织构化 使使15 15cm2大面积多晶硅电池效率达大面积多晶硅电池效率达17.7.多晶硅高效电池多晶硅高效电池太阳能电池介绍商业化多晶硅电池组件商业化多晶硅电池组件Kyocera电池电池太阳能电池介绍其中其中PECVDSiN钝化技术对商业化多晶硅钝化技术对商业化多晶硅 电池的效率提高起到了关键性的作用。电池

25、的效率提高起到了关键性的作用。目前商业化多晶硅电池的效率目前商业化多晶硅电池的效率1316太阳能电池介绍晶硅太阳电池向薄片化方向发展晶硅太阳电池向薄片化方向发展u硅片是晶硅电池成本构成中的主要部分硅片是晶硅电池成本构成中的主要部分u 硅硅是是间间接接带带隙隙半半导导体体，理理论论上上要要求求厚厚度度大大于于100 m才可以吸收足够多的太阳光才可以吸收足够多的太阳光u电池制造工艺硅片厚度电池制造工艺硅片厚度下限下限150 mu 降低硅片厚度是结构电池降低成本的重要降低硅片厚度是结构电池降低成本的重要 技术方向之一技术方向之一 太阳能电池介绍太阳电池向薄片化方向发展太阳电池向薄片化方向发展太阳能电

26、池介绍Sharp单晶硅组件单晶硅组件太阳能电池介绍Ultrathin Multicrystalline Si High Efficiency Solar Cells Fraunhofer- 20.3%世界记录世界记录太阳能电池介绍70年代年代450500 m 80年代年代400450 m 90年代年代350400 m 目前目前 230300 m 2010年年 200230 m 2020年年 100200 m硅片厚度的发展硅片厚度的发展太阳能电池介绍u带硅技术带硅技术 直接拉制硅片直接拉制硅片免去切片损失免去切片损失 (内园切割，刀锋损失内园切割，刀锋损失300400 m。 线锯线锯切割，刀锋损

27、失切割，刀锋损失200 m)。 过去几十年里开发过多种生长过去几十年里开发过多种生长 带硅带硅 或片状硅技术或片状硅技术太阳能电池介绍带硅技术带硅技术 采用石墨模具电池效率采用石墨模具电池效率1315。该。该技术于技术于90年代初实现了商业化生产，目前属年代初实现了商业化生产，目前属于于RWE (ASE)公司所有。公司所有。太阳能电池介绍蹼状带硅技术蹼状带硅技术在表面张力的作用下，插在熔硅中的两条枝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，用中间所以称为蹼状晶。切去两边的枝晶，用中间的片状晶制

28、作太阳电池。蹼状晶为各种硅带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。中质量最好，但其生长速度相对较慢。太阳能电池介绍Astropower的多晶带硅制造技术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复使用的廉价陶瓷。实验室太阳电池效率达到达到 15.6，该技术实现了小规模的商业，该技术实现了小规模的商业化生产。化生产。太阳能电池介绍薄膜太阳电池薄膜太阳电池 太阳能电池介绍薄膜太阳电池分类薄膜太阳电池分类u非晶硅薄膜太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池u微微( (多多) )晶硅薄膜太阳能电

29、池晶硅薄膜太阳能电池u铜铟硒薄膜太阳能电池铜铟硒薄膜太阳能电池u铜铟镓硒薄膜太阳能电池铜铟镓硒薄膜太阳能电池u碲化隔薄膜太阳能电池碲化隔薄膜太阳能电池u染料敏化薄膜太阳能电池染料敏化薄膜太阳能电池u有机薄膜太阳能电池有机薄膜太阳能电池u其他其他太阳能电池介绍非晶硅薄膜太阳电池非晶硅薄膜太阳电池太阳能电池介绍非晶硅薄膜太阳电池结构非晶硅薄膜太阳电池结构太阳能电池介绍非晶硅薄膜太阳电池三结结构非晶硅薄膜太阳电池三结结构太阳能电池介绍实验室效率：实验室效率： 初始初始 稳定稳定 单结：单结： 12 68 双结：双结： 13 10 三结：三结： 15.2% 1313 商业化电池效率：商业化电池效率：

30、单结：单结： 34 双结：双结： 6 三结：三结： 7 8 8 太阳能电池介绍太阳能用非晶硅和多晶硅薄膜的制备技术太阳能用非晶硅和多晶硅薄膜的制备技术化学气相沉积化学气相沉积反应溅射法反应溅射法离子镀法离子镀法易实现制备大面积的硅膜；易实现制备大面积的硅膜；非晶硅非晶硅与与电池电池的制作同时完成；的制作同时完成；电池的制作成本较低。电池的制作成本较低。特点：特点：电子束蒸发沉积镀膜电子束蒸发沉积镀膜镀膜制镀膜制备方法备方法太阳能电池介绍v低成本低成本v能量返回期短能量返回期短v大面积自动化生产大面积自动化生产v高温性好高温性好v弱光响应好弱光响应好( (充电效率高充电效率高) )v其他其他非晶

31、硅薄膜太阳能电池的优点非晶硅薄膜太阳能电池的优点太阳能电池介绍u单结非晶硅太阳电池的厚度约单结非晶硅太阳电池的厚度约1um1um。u主要原材料是硅烷，这种气体可由化学工业大量主要原材料是硅烷，这种气体可由化学工业大量供应，比较便宜，制造一瓦非晶硅太阳电池的原供应，比较便宜，制造一瓦非晶硅太阳电池的原材料本约材料本约RMB3.5-4RMB3.5-4（效率高于效率高于6%6%）。）。u晶体硅太阳电池的基本厚度约为晶体硅太阳电池的基本厚度约为200um200um，大规模生，大规模生产需大量的半导体级硅片，仅硅片的成本就占整产需大量的半导体级硅片，仅硅片的成本就占整个太阳电池成本的个太阳电池成本的65

32、-70%65-70%，在中国，在中国1 1瓦晶体硅太阳瓦晶体硅太阳电池的硅材料成本已上升到电池的硅材料成本已上升到RMB22RMB22以上。以上。非晶硅薄膜太阳能电池的优点非晶硅薄膜太阳能电池的优点低成本低成本太阳能电池介绍沉积温度低，衬底可选择：沉积温度低，衬底可选择：如玻璃等廉价衬底，如玻璃等廉价衬底， 不锈钢和塑料等柔性衬底。不锈钢和塑料等柔性衬底。非晶硅薄膜太阳能电池的优点非晶硅薄膜太阳能电池的优点衬底的灵活选择衬底的灵活选择太阳能电池介绍非晶硅薄膜太阳电池的优点非晶硅薄膜太阳电池的优点能量返回期短能量返回期短非晶硅薄膜太阳电池的优点非晶硅薄膜太阳电池的优点大面积自动化生产大面积自动化

33、生产转换效率为转换效率为6%的非晶硅太阳电池，其生产用电约的非晶硅太阳电池，其生产用电约1.9度电度电/瓦，由它发电后返回的时间约为瓦，由它发电后返回的时间约为1.5-2年，这是年，这是晶硅太阳电池无法比拟的。晶硅太阳电池无法比拟的。v目前，世界上最大的非晶硅太阳电池是目前，世界上最大的非晶硅太阳电池是Switzland Unaxis的的KAI-1200 PECVD 设备生产的设备生产的1100mm*1250mm单结晶非晶硅太阳电池，起初是单结晶非晶硅太阳电池，起初是效率高于效率高于9%。其稳定输出功率接近。其稳定输出功率接近80W/片。片。太阳能电池介绍Recentexamplesoflar

34、geareareactorsApplied materialsOerlikonGlass sizes up to 5 m2 ! a-Si:H and c-Si:H太阳能电池介绍非晶硅薄膜太阳电池的优点：非晶硅薄膜太阳电池的优点：短波响应优于晶体硅太阳电池短波响应优于晶体硅太阳电池上上海海尤尤力力卡卡公公司司曾曾在在中中国国甘甘肃肃省省酒酒泉泉市市安安装装一一套套6500瓦瓦非非晶晶硅硅太太阳阳能能电电站站，其其每每千千瓦瓦发发电电量量为为1300KWh，而而晶晶体体硅硅太太阳阳电电池池每每千千瓦瓦的的年年发发电电量量约约为为1100-1200KWh。非晶硅太阳电池显示出其极大的使用优势。非晶硅

35、太阳电池显示出其极大的使用优势。该电站的现场照片该电站的现场照片太阳能电池介绍非晶硅太阳电池存在的问题非晶硅太阳电池存在的问题效率较低效率较低单晶硅太阳电池，单体效率为单晶硅太阳电池，单体效率为14%-17%而柔性基体非晶硅太阳电池组件的效率为而柔性基体非晶硅太阳电池组件的效率为10-12%。太阳能电池介绍非晶硅太阳电池存在的问题非晶硅太阳电池存在的问题稳定性稳定性非非晶晶硅硅太太阳阳电电池池的的光光致致衰衰减减，所所谓谓的的W-S效效应应，是是影影响响其其大大规规模模生生产产的的重重要要因因素素。目目前前，柔柔性性基基体体非非晶晶硅硅太太阳阳能能电电池池稳稳定定效效率率已已超超过过10%，已

36、具备作为空间能源的基本条件。已具备作为空间能源的基本条件。a-Si H薄膜经较长时间的强光照射或电流通过薄膜经较长时间的强光照射或电流通过, 在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降, 称为称为Steabler-Wronski效应。效应。光致衰退效应光致衰退效应太阳能电池介绍非非晶晶硅硅太太阳阳电电池池投投资资额额是是晶晶体体硅硅太太阳阳能能电电池池的的5倍倍左左右右，因因此此项项目目投投资资有有一一定定的的资金壁垒。资金壁垒。成成本本回回收收周周期期较较长长，昂昂贵贵的的设设备备折折旧旧率率是大额回报率的一大瓶颈。是大额回报率的一大瓶颈。非晶硅太阳电池

37、存在的问题非晶硅太阳电池存在的问题设备成本设备成本太阳能电池介绍我我国国非非晶晶硅硅电电池池研研究究在在上上世世纪纪80年年代代中中期期形形成成了了高高潮潮，30多多个个研研究究组组从从事事研研究究。实实验室初始效率验室初始效率8 81010； 8080年年代代后后期期哈哈尔尔滨滨和和深深圳圳分分别别从从美美国国ChronaChrona公公司司引引进进了了1MW1MW生生产产能能力力的的单单结结非非晶晶硅硅生产线，稳定效率生产线，稳定效率3 34 4之间。之间。 20002000年年，以以双双结结非非晶晶硅硅电电池池为为重重点点的的硅硅基基薄薄膜膜太太阳阳电电池池研研究究被被列列入入国国家家“

38、973”“973”项项目目，我我国国非非晶晶硅硅电电池池的的又又进进入入一一个个新新的的研研究究阶阶段段。目前双结初始实验室效率目前双结初始实验室效率8 810 10 。太阳能电池介绍多晶硅薄膜电池多晶硅薄膜电池太阳能电池介绍u多晶硅薄膜电池多晶硅薄膜电池 高温技术路线高温技术路线以以RTCVDRTCVD为代表为代表优点；薄膜结晶质量好，晶粒尺寸大，容易优点；薄膜结晶质量好，晶粒尺寸大，容易 作出高效率电池，作出高效率电池，缺点：工艺温度高缺点：工艺温度高10001000，衬底难解决。，衬底难解决。 衬底材料：陶瓷，石墨，硅片等衬底材料：陶瓷，石墨，硅片等太阳能电池介绍Fraunhofer研究

39、所研究所SiO2和和SiN包覆陶瓷或包覆陶瓷或SiC包包覆石墨为衬底，覆石墨为衬底，RTCVDZMR，效率分别达到，效率分别达到9.3和和11。RTCVDZMR non-active Si substrate =15.12% (北太所北太所) modelling ceramic substrate =10.21% (北太所北太所)Particle ribbon Si =8.25% (广州能源所北广州能源所北太所太所) 太阳能电池介绍低温技术路线以低温技术路线以PECVD为代表为代表 优点：工艺温度低，优点：工艺温度低，200300， 衬底容易获得：玻璃，不锈钢等；衬底容易获得：玻璃，不锈钢等；

40、 缺点：薄膜质量低，晶粒小，纳米极。缺点：薄膜质量低，晶粒小，纳米极。日本日本Kaneka公司公司PECVD玻璃衬底玻璃衬底pin结构的多晶硅薄膜电池，效率结构的多晶硅薄膜电池，效率10；南开大学结合南开大学结合“973” 项目项目PECVD实验室小面积电池正在研制实验室小面积电池正在研制(6%)。太阳能电池介绍澳大利亚澳大利亚Pacific Solar 公司公司PECVD玻璃衬玻璃衬底迭层多晶硅薄膜电池，效率底迭层多晶硅薄膜电池，效率6。(1)玻璃衬底，玻璃衬底，(2)多层薄膜，多层薄膜，(3)第一次电极刻第一次电极刻槽槽(4)第二次电极刻槽，第二次电极刻槽，(5)金属化金属化太阳能电池介绍

41、 这种电池是由在铝箔上形成连续排列的这种电池是由在铝箔上形成连续排列的硅球所组成的，硅球的平均直径为硅球所组成的，硅球的平均直径为1.2mm，每，每个小球均有个小球均有p-n结，小球在铝箔上形成并联结结，小球在铝箔上形成并联结构。实验室效率达到构。实验室效率达到10%。 硅硅球球电电池池在在技技术术上上有有一一定定的的特特色色，但但规规模化生产仍存在许多技术障碍。模化生产仍存在许多技术障碍。硅球太阳电池硅球太阳电池太阳能电池介绍化合物半导体薄膜电池化合物半导体薄膜电池太阳能电池介绍u化合物半导体薄膜电池化合物半导体薄膜电池 GaAs, CdTe, CuInGaSe等的禁带宽度在等的禁带宽度在1

42、1.5eV，与太阳光谱匹配较好。同时这些半导，与太阳光谱匹配较好。同时这些半导体是直接带隙材料，对阳光的吸收系数大，只体是直接带隙材料，对阳光的吸收系数大，只要达到微米厚就能吸收阳光的绝大部分，因此要达到微米厚就能吸收阳光的绝大部分，因此是制作薄膜太阳电池的优选活性材料。是制作薄膜太阳电池的优选活性材料。 GaAs电电池池主主要要用用于于空空间间，CdTe 和和CIS电电池池被被认认为为是是未未来来实实现现低低于于1美美元元/峰峰瓦瓦成成本本目目标标的的典型薄膜电池，因此成为最热的两个研究课题。典型薄膜电池，因此成为最热的两个研究课题。 太阳能电池介绍1)CdTe电池电池 CdTeII-VI族

43、化合物，族化合物，Eg1.5eV, 理论理论效率效率28%，性能稳定，一直被光伏界看重。，性能稳定，一直被光伏界看重。工艺和技术：近空间升华工艺和技术：近空间升华(CSS)，电沉积，溅，电沉积，溅射、真空蒸发，丝网印刷等；射、真空蒸发，丝网印刷等；实验室电池效率实验室电池效率16.4%；商业化电池效率平均商业化电池效率平均810； CdTe电池电池90年代初实现了规模化生产，年代初实现了规模化生产，2002年市场份额为年市场份额为0.3。太阳能电池介绍我国我国CdTe电池的研究工作开始于电池的研究工作开始于80年代初。年代初。内蒙古大学蒸发技术内蒙古大学蒸发技术北太所电沉积技术，北太所电沉积技

44、术，1983年效率年效率5.8%。 90年代后期四川大学近空间升华，年代后期四川大学近空间升华， “ 十五十五 ”期间，列入国家期间，列入国家“ 863”重点项重点项目，并要求建立目，并要求建立0.5兆瓦兆瓦/年的中试生产线。年的中试生产线。 电池效率达到电池效率达到 13.38。太阳能电池介绍2) CIGS电池电池 CIGS是是-族三元化合物半导体，族三元化合物半导体， 带隙带隙1.04eV。 70年代中后期波音公司真空蒸发，年代中后期波音公司真空蒸发， 电池效率达到电池效率达到9；80年代开始，年代开始，ARCO Solar 公司处领先地位；公司处领先地位； 90年代后期，年代后期，NRE

45、L保持世界记录，保持世界记录，19.5%；90年代初起，许多公司致力实现商业化生产年代初起，许多公司致力实现商业化生产 该电池目前处在兆瓦级中试生产阶段，该电池目前处在兆瓦级中试生产阶段， ARCO Solar Simens Shell公司。公司。太阳能电池介绍我我国国南南开开大大学学、内内蒙蒙古古大大学学和和云云南南师师大大等等单单位位于于80年年代代中中期期先先后后开开展展了了CIS薄薄膜膜电电池池研研究究，南南开开大大学学蒸蒸发发硒硒化化法法电电池池效效率率9.13%。“ 十十五五 ”列列入入“ 863”重重点点项项目目，并并要要求求建建立立0.3兆兆瓦瓦/年年的的中中试试生生产线。目前

46、效率产线。目前效率12.1%太阳能电池介绍几种薄膜电池的效率进展几种薄膜电池的效率进展太阳能电池介绍u热光伏热光伏 (TPV)电池电池 红外辐射红外辐射 TPV 电能电能 应用：工业废热回收等。应用：工业废热回收等。 典型器件：典型器件：GaSb (Eg 0.67eV), InP, Si, 系统：热源辐射器电池系统：热源辐射器电池 效率：效率：1000K 23，目前。目前。 12001700K，10， 未来未来 太阳能电池介绍太阳电池的未来发展趋势太阳电池的未来发展趋势太阳能电池介绍商业化趋势商业化趋势 1998 1998年以前，单晶硅电池占市场主导地位。年以前，单晶硅电池占市场主导地位。 从

47、从19981998年起，多晶硅电池开始超过单晶硅跃居第一。年起，多晶硅电池开始超过单晶硅跃居第一。 非晶硅从非晶硅从8080年代初开始商业化，由于效率低和光衰年代初开始商业化，由于效率低和光衰减问题，市场份额先高后低。减问题，市场份额先高后低。 CdTe CdTe电池从电池从8080年代中期开始商业化生产，市场份额年代中期开始商业化生产，市场份额增加缓慢，增加缓慢，CdCd的毒性是原因之一；的毒性是原因之一； CIS CIS电池的产业化进程比较缓慢，生产工艺难于控制，电池的产业化进程比较缓慢，生产工艺难于控制，InIn是稀有元素；是稀有元素； SanyoSanyo公司公司a-Si/c-Sia-

48、Si/c-Si电池商业化仅两三年，发展迅电池商业化仅两三年，发展迅速。速。太阳能电池介绍技术发展趋势技术发展趋势1.1.硅基电池硅基电池: : 硅是地球上丰度第二大元素，资源丰富硅是地球上丰度第二大元素，资源丰富 ( (以石英砂形式存在以石英砂形式存在) )； 环境友好；环境友好； 电池效率高，性能稳定；电池效率高，性能稳定； 工艺基础成熟。工艺基础成熟。 硅基电池是目前光伏界研究开发的重点、热点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晶硅电池的产业化技术 硅基薄膜电池硅基薄膜电池太阳能电池介绍结晶完美化程度电池效率增加趋势电池状况/技术实验室商业化单晶硅(体)商业化生产

49、,280-350m24.71517多晶硅(体)商业化,280-350m19.81315带硅,AES商业化,八面体,300,400m161214带硅Evergrn中试,单面,300-400m16.21214带硅中试,EBARA,单面,300-400m17.3薄层硅/衬底中试,Austropower,300-600m1510多晶硅薄膜(高温过程9001200),RTCVD15多晶硅薄膜(中温过程500900),CVD?多晶硅薄膜多晶(低温过程500),PECVD10微晶(低温过程300),PECVD10纳晶(低温过程300),PECVD10非晶硅/纳晶(低温过程300),PECVD10非晶硅电池三

50、结(低温过程300),PECVD15268两结(低温过程300),PECVD1257单结(低温过程300),PECVD1057太阳能电池介绍研究开发方向研究开发方向晶硅电池晶硅电池: : 提高电池提高电池/ /组件效率组件效率 高效钝化技术：高效钝化技术：TiOTiO2 2，SiNSiNx x, H, H、SiOSiO2 2, a-Si, a-Si 高效陷光技术：减反射，表面织构化，背反射高效陷光技术：减反射，表面织构化，背反射 选择性发射区选择性发射区( (前前) )， 背表面场背表面场(BSF)(BSF)， 细栅或者单面技术，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。高效封装

51、技术最佳封装材料的折射率等。 简化、改进工艺自动化、环保、低成本；简化、改进工艺自动化、环保、低成本； 如硅片薄化及其工艺，如硅片薄化及其工艺， 材料的国产化和提高性能。材料的国产化和提高性能。 太阳能电池介绍世界世界世界世界Top 10Top 10Top 10Top 10太阳电池生产厂产量太阳电池生产厂产量太阳电池生产厂产量太阳电池生产厂产量公司公司2005年产量年产量排名排名2006年预测产量年预测产量排名排名夏普夏普428 MW1500 MW1Q-Cells166 MW2234 MW2京瓷京瓷142 MW3175 MW3三洋三洋125 MW4150 MW4三菱三菱100 MW5125 M

52、W6肖特肖特95 MW6110 MW7BP太阳能太阳能86 MW7105 MW10尚德尚德82 MW8150 MW4茂迪茂迪60 MW9110 MW7Detsche cell包括壳牌太阳能包括壳牌太阳能 96 MW壳牌太阳能壳牌太阳能5910110 MW7太阳能电池介绍晶体硅太阳电池继续保持领先地位，占据了90%以上的份额。其中：多晶硅太阳电池的份额为52.3%，单晶硅为38.3%，带硅/片硅电池2.9%。预计今后十年内晶体硅仍将占主导地位。太阳能电池介绍阻碍光伏产业发展的三大因素阻碍光伏产业发展的三大因素1、太阳级硅材料紧缺。2、光伏发电成本较高。3、还未完全实现市场化，产业和市场的发展依赖

53、于政府制订的光伏激励政策和相关法律。太阳能电池介绍硅基薄膜电池硅基薄膜电池 低温过程低温过程(PECVD) 300(PECVD) 300， 非晶、微晶、非晶、微晶、 微非迭层效率、稳定性微非迭层效率、稳定性 ，柔性衬底，廉价，柔性衬底，廉价衬底；衬底；太阳能电池介绍化合物电池化合物电池 CIGS CIGS 电池：提高效率，大面积重复性电池：提高效率，大面积重复性 CdTeCdTe电池：提高效率，大面积重复性电池：提高效率，大面积重复性 GratzelGratzel电池电池 高效染料，固体或准固态电高效染料，固体或准固态电 解解 质，提高效率，大面积重复性质，提高效率，大面积重复性 有机电池有机

54、电池 高效电子受体高效电子受体 和给体以及材料，和给体以及材料， 提高效率提高效率新型概念电池：量子点、量子阱电池，中间带新型概念电池：量子点、量子阱电池，中间带 光伏电池，带隙递变迭层电池等，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。尚处在理论探索、概念研究和验证阶段。太阳能电池介绍高效薄膜硅高效薄膜硅/ /单晶硅单晶硅异质结太阳电池的研究异质结太阳电池的研究 太阳能电池介绍薄膜硅薄膜硅/晶体硅太阳电池结构晶体硅太阳电池结构薄膜硅薄膜硅吸收层：单晶硅吸收层：单晶硅吸收层：单晶硅吸收层：单晶硅发射极：薄膜硅发射极：薄膜硅发射极：薄膜硅发射极：薄膜硅 非晶薄膜硅非晶薄膜硅

55、非晶薄膜硅非晶薄膜硅 纳米晶薄膜硅纳米晶薄膜硅纳米晶薄膜硅纳米晶薄膜硅 低温外延薄膜硅低温外延薄膜硅低温外延薄膜硅低温外延薄膜硅前电极：透明导电薄膜前电极：透明导电薄膜前电极：透明导电薄膜前电极：透明导电薄膜背电极：铝膜背电极：铝膜背电极：铝膜背电极：铝膜太阳能电池介绍1. 1. 成本低成本低成本低成本低l l 结构简单结构简单结构简单结构简单 耗材少耗材少耗材少耗材少 高输出功率高输出功率高输出功率高输出功率/ / / /面积比面积比面积比面积比 节省材料节省材料节省材料节省材料 承重小承重小承重小承重小l l 工艺周期短，耗时少工艺周期短，耗时少工艺周期短，耗时少工艺周期短，耗时少 上下层

56、膜上下层膜上下层膜上下层膜40nm40nm，ITOITO膜膜膜膜180 nm 180 nm CVD CVD 及溅射工艺及溅射工艺及溅射工艺及溅射工艺 1 1小时小时小时小时l l 低温工艺过程低温工艺过程低温工艺过程低温工艺过程 20016% (p)16% (p)Univ LjubljanaUniv LjubljanaNetherlandNetherland14.01% (mc-Si)14.01% (mc-Si)NRELNRELUSAUSA20.02% (FZ-p-Si)20.02% (FZ-p-Si)SanyoSanyoJapanJapan22.3% (CZ-n-Si) 22.3% (CZ-

57、n-Si) GUCASGUCASChinaChina17.27% (CZ-p-Si)17.27% (CZ-p-Si)世界各研究小组的最好结果世界各研究小组的最好结果世界各研究小组的最好结果世界各研究小组的最好结果太阳能电池介绍SANYO的的22.3%新成果新成果（ 22th EU PVSEC ）短路电流：短路电流：39.09 mA/cm2开路电压：开路电压：725 mV填充因子：填充因子：79.1转换效率：转换效率：22.3电池面积：电池面积：100.5cm2 Sanyo计计划划在在此此基基础础上上，截截至至2010年年度度，将将HIT太太阳阳能能电电池池产产品品的的转转换换效效率率从从目目前

58、前的的19.7提提高高到到22以以上上。届届时时，将将力力争争使使转转换换效效率率在在研研究究时时达达到到23以上。以上。 太阳能电池介绍Sanyo的薄膜硅的薄膜硅/晶体硅太阳电池的发晶体硅太阳电池的发展展1990-1997： 七年研发之后投产七年研发之后投产 获得了巨大的经济效益和社会效益获得了巨大的经济效益和社会效益2002年：年：年产量年产量30 MW2003年：年：墨西哥建墨西哥建50 MW2005年：年：匈牙利建匈牙利建50 MW 达到占世界光伏市场达到占世界光伏市场6%份额份额2007年：年：日本本土达到日本本土达到260 MW 太阳能电池介绍研究生院的研究生院的HIT电池研究工作

59、电池研究工作太阳能电池介绍v新结构新结构纳米晶硅替代非晶硅纳米晶硅替代非晶硅p-type CZcrystalline siliconwaferITO front-side electrodeAl rear-side electroden-type nc-Si:Hi-type nc-Si:Hv新技术新技术HWCVD设备简单设备简单高气体分解率高气体分解率高原子氢含量高原子氢含量无离子轰击无离子轰击高沉积速度高沉积速度容易晶化容易晶化创新点创新点特点特点: * 高短路高短路电流电流* 结构相对简单结构相对简单真空泵系统真空泵系统真空泵系统真空泵系统 混气腔混气腔混气腔混气腔HH2 2 PH PH3

60、 3 SiH SiH4 4进气系统进气系统进气系统进气系统催化器催化器催化器催化器挡板挡板挡板挡板衬底加热器衬底加热器衬底加热器衬底加热器衬底衬底衬底衬底太阳能电池介绍* * 电池的结构相对简电池的结构相对简单单* * 界面处理，降低界界面处理，降低界面层面层 缺陷态密度缺陷态密度* * 无离子轰击工艺特无离子轰击工艺特点点* * 工艺简单，无织构工艺简单，无织构 未用未用FZFZ硅片硅片电池优点电池优点纳米晶硅代替非晶硅作为发射极和纳米晶硅代替非晶硅作为发射极和本征缓冲层本征缓冲层有效增加载流子收集有效增加载流子收集提高短路电流提高短路电流H, nc-Si有效降低界面缺陷密度及提高薄膜有效降

61、低界面缺陷密度及提高薄膜层的质量层的质量 CZ硅片，面积硅片，面积1.16cm2FF=74.6%；Voc= 559mV；ISC=48 mA； = 17.27%太阳能电池介绍电池照片电池照片电池照片电池照片中国科学院太中国科学院太阳光伏发电系阳光伏发电系统和风力发电统和风力发电系统质量检测系统质量检测中心测试结果中心测试结果太阳能电池介绍聚焦于：聚焦于：产业化产业化下的下的高效高效扩大产能的扩大产能的大面积大面积沉积沉积晶片减薄晶片减薄技术技术当前正处于进一步当前正处于进一步提高效率提高效率和和降低成本降低成本的关键的关键技术攻坚阶段。技术攻坚阶段。目前薄膜硅目前薄膜硅/晶体硅晶体硅HIT电池研发焦电池研发焦点点太阳能电池介绍世界各国相继投入了大量的人力物力到世界各国相继投入了大量的人力物力到HIT电池的研发当中，以期获得电池的研发当中，以期获得具有自主具有自主知识产权知识产权的高效大面积的高效大面积HIT电池产业化的电池产业化的技术路线。技术路线。研发的重点：自主知识产权的获得研发的重点：自主知识产权的获得太阳能电池介绍谢谢 谢谢太阳能电池介绍