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苏州， 2009.03.14-15

薄膜太阳电池发展现状及其前景. 赵 颖. 苏州， 2009.03.14-15. 薄膜太阳电池 : 厚度在微米量级的材料制备的电池 ; 特点 : 材料对太阳光的吸收系数高 , 可以在很薄的厚度下吸收大部分太阳能量 分类 : 硅基薄膜太阳电池 , 包括 : 非晶硅薄膜太阳电池和微晶硅薄膜太阳电池等 ; 铜铟镓锡系列薄膜电池 (CIGS); 碲化镉系列薄膜电池 (CdTe); III-V 族系列薄膜叠层太阳电池 ; 纳米染料二氧化钛薄膜太阳电池 ; 第三代新型太阳电池 ---- 上转换 , 等离子体共振 , 有机薄膜太阳电池 ;. 可实现产业化的电池.

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苏州， 2009.03.14-15

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  1. 薄膜太阳电池发展现状及其前景 赵 颖 苏州，2009.03.14-15

  2. 薄膜太阳电池: 厚度在微米量级的材料制备的电池; • 特点:材料对太阳光的吸收系数高,可以在很薄的厚度下吸收大部分太阳能量 • 分类: • 硅基薄膜太阳电池,包括:非晶硅薄膜太阳电池和微晶硅薄膜太阳电池等; • 铜铟镓锡系列薄膜电池(CIGS); • 碲化镉系列薄膜电池(CdTe); • III-V族系列薄膜叠层太阳电池; • 纳米染料二氧化钛薄膜太阳电池; • 第三代新型太阳电池----上转换,等离子体共振,有机薄膜太阳电池; 可实现产业化的电池

  3. 一 . 硅基薄膜太阳电池 • 原材料丰富，无毒、无污染 • 节省材料(硅烷，晶体硅1/100消耗) • 制造温度低(~200℃，能量回收期短) • 材料器件同步完成，便于大面积连续生产（~m2） • 应用范围广(柔性、半透明、BIPV)

  4. 非晶硅薄膜太阳电池发展历史: 非晶硅太阳电池技术-----最早,美国RCA公司的D. E. Carlson制备,1983年以前世界记录6%左右,一直由该公司保持. 单室技术分界线---三个阶段: 1. Chronar (1982-1991),单室4片,1英尺*3英尺,15W, 5%效率, 1MW; 2. APS (1991-1994),单室48片,61英寸*31英寸,60W, 5%效率, 5-10MW; 3. EPV (2001年至今), 单室48片,25英寸*49英寸(63.5cm*124.5cm),单片功率40W, 5.5%, 双结,5MW;

  5. 五代硅薄膜太阳电池-----按硅薄膜材料特性分 第一代: 非晶硅单结太阳电池, 稳定效率5%, 电池衰退30% (深圳拓日等) 第二代: 非晶硅/非晶硅双结叠层太阳电池, 稳定效率6%,电池衰退15%(EPV, Bangkok Solar, 普乐新能源, 津能等) 第三代: 非晶硅/非晶硅锗三叠层太阳电池,稳定效率7-8%,电池衰退10-15%(美国Uni-Solar);非晶硅/非晶硅锗双叠层太阳电池,稳定效率7-8%,电池衰退10-15%(日本的富士和佳能); 第四代: 非晶硅/微晶硅叠层,稳定效率7-8%,电池衰退小于10%(日本的Kanaka, Sharp, Mitsubishi, Oerlikon等); 第五代: 非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三叠层太阳电池,目标效率10%(美国Uni-Solar, 日本Kanaka, Sharp等);

  6. 硅薄膜太阳电池-----生产设备制造商 • 列支敦士登的Oerlikon公司 • 美国的Applied Material 公司 • 日本的Ulvac公司(日本真空) • 日本的Evatech公司 • 德国的Leybold Optics 公司 • 美国的NanoPV公司 • 美国的EPV公司 • 匈牙利的Energosolar公司 • 匈牙利的BudaSolar公司 • 香港宏威公司 • 香港华基光电公司 • 北京北仪创新公司 • 上海思博露科技 • 安徽普乐新能源 • 福建泉州钧石能源有限公司 (GS Solar)

  7. 生产硅薄膜太阳电池技术—类型 • 单室多片型: 美国的EPV, Donarsolar等; • 多室单片型: 每一个沉积室中只有一片或两片,Ulvac, Applied Material; • 单多室组合型: Oerlikon; • 多室连续卷绕镀膜: 柔性衬底, UniSolar, MVSystem, MwoE;

  8. 1. 单室多片型---代表EPV, Donarsolar 适用范围:非晶硅单结;非晶硅双结;非晶硅/微晶硅双结;非晶硅/非晶硅锗

  9. 2. 多室单片型---- UlVAC, AM

  10. 3. 单室与多室组合----瑞士Oerlikon

  11. 4. 连续卷绕镀膜---美国 United solar

  12. Ag/Al ZnO n - mc-Si (Hot wire) i - mc-Si:H Thickness~1.1 mm p - mc-Si (Hot wire) ZnO textured Glass Substrate Sunlight 硅薄膜电池结构: 单结 双结 三结

  13. 硅薄膜电池投资大增---国外状况 • 日本Sharp公司，利用其在液晶产业的技术优势，大举进军硅薄膜光伏电池(a-Si/c-Si)领域，宣布2010 年硅薄膜太阳电池产能达1GW，2013年达到6 GW； • 日本Kaneka公司计划2008年要使非晶硅和非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的产能达到70MW； • 三菱重工2007年非晶硅电池达到50MW； • 富士电机公司非晶硅电池，2008年达到30MW； • 欧洲Schott Solar公司2007年达到30MW； • 美国Uni-solar公司2010年的目标是300MW。

  14. 硅薄膜电池投资大增---国内状况 • 天津津能公司计划到2010年具备年产30MW电池生产能力及20MW组件封装能力； • 山东威海蓝星泰瑞光电公司2010年扩大产能至100MW； • 深圳创益规划从2006年到2010年，分三期建成拥有年产100至150MW薄膜太阳电池生产能力的产业化基地； • 福建钧石能源计划2010年扩产至400MW; • 新奥集团投资引进美国AM公司的Sunfab薄膜太阳电池全套自动化生产线，生产8.5代超大型5.7平方米太阳电池板。该技术可以大大降低太阳电池生产成本，提高光电转化率。项目计划总投资140亿元，分三期建设，到2010年年产非晶硅薄膜太阳电池500MW;

  15. 百世德(Best Solar)公司宣布，将从美国AM公司引进生产线，2010年建成1GW的硅薄膜电池生产线; • 2008年4月，保定天威薄膜与Oerlikon 公司签订生产线采购合同，引进一条产能46MW的非晶硅薄膜电池组件生产线，2009年中期将进入试生产阶段; • 2006年，尚德电力在上海投资1亿美元开始建造硅薄膜太阳电池生产基地，并且从设备生产商美国AM公司公司定购生产设备，一期产能50MW; • 烟台China Solar Power（25MW）、深圳杜邦公司(50MW)、杭州天裕(25MW)、河北常源(25MW)等和日本Ulvac 签订了设备购买合同，采用第5代（1.1m×1.4m）玻璃底板，最初将生产非晶硅单层模块，之后导入微晶硅制造装置，向制造高发电效率的非晶硅/微晶硅叠层电池组件过渡。 由于金融危机，硅薄膜电池扩产计划： 1）暂缓状态；2）产能缩减。

  16. 特点： • 已建和正在建设的非晶硅电池厂，20余家; • 我国生产线：全部为非晶硅电池生产线; • 国产化情况：基于EPV的单室PECVD制造非晶硅电 池技术已实现国产化，并且技术有所提升; • 新生产技术引进：AMAT、Oerlikon、Ulvac生产线，正在建设中; • 技术来源多元化：生产线国外引进、海外华人创业、EPV技术国产化; • 企业规模：30MW以上;

  17. 面临问题： • 尽快使生产线投产、达产 • 高成品率下稳定运营 • 技术人员紧缺 • 设备和工艺本土化 • 降低生产成本

  18. 科研角度--前景分析--降低成本 • 提高电池效率和稳定性 • 多结叠层电池(双结、三结叠层。非晶/微晶叠层电池) 光管理（限光结构、中间层优化） • 提高产率 高沉积速率 降低粉尘技术 高效腔室清洗技术 • 降低材料消耗 提高反应气体利用率 其它材料

  19. 多结叠层电池

  20. 国际现状： • 国际上从1994年开始非晶硅/微晶硅叠层电池研究 • 欧洲Oerlikon公司、美国Applied Materials公司，正研发产品级非晶/微晶硅电池关键制造技术 • 日本三菱重工，2008年非晶硅/微晶硅叠层太阳电池实现产业化 • 日本Sharp公司2008年9月实现非晶硅/微晶硅叠层太阳电池产业化生产（25MW，效率8-8.5%）

  21. 国内现状: 南开大学 • “十五”和“十一五”973项目“低价长寿命新型光伏电池的基础研究”和“大面积低价长寿命太阳电池关键科学和技术问题的基础研究”，任务之一是开展新型高效高稳定微晶硅材料和非晶硅/微晶硅叠层电池的研究。 • a-Si:H/c-Si:H tandem cells • ~11.8% (0.253cm2) • ~9.7% (100cm2)

  22. 总结： • 硅薄膜电池技术：具有低成本优势 • 生产上：通过提高电池效率、成品率和沉积速率，0.5$/Wp (Prof. M. Kondo ) • 技术上：通过多结和光管理等措施，电池效率＞18% (Prof. M. Kondo )

  23. 二 铜铟镓硒薄膜太阳电池发展现状 铜铟镓硒薄膜太阳电池基本结构:

  24. 投入的研发公司:

  25. 国外大面积CIGS薄膜太阳电池组件技术与产业化国外大面积CIGS薄膜太阳电池组件技术与产业化

  26. 目前Cu(In,Ga)Se2太阳电池和组件的记录

  27. 南开大学研制铜铟硒薄膜太阳电池转换效率 • 如北京大学、清华大学、上海大学、中国电子科技集团公司第十八研究所等; • 另外，国内一些企业声称要引进CIGS薄膜太阳电池生产线，如威海蓝星、合肥荣事达等，但最后都是引进了非晶硅薄膜太阳电池生产线; • 近日山东孚日纺织公司首期投资18.6亿元，引进德国Johanna Solar公司60MW CIGSSe（溅射后硒化、硫化工艺制备铜铟镓硒硫薄膜）电池生产线项目 • 北京安泰科技股份有限公司与德国Ordersun公司合作研发铜铟硫太阳电池（CISCuT）。

  28. 三 碲化镉薄膜太阳电池 • 碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池: • 历史短; • 美国的First Solar具有原创性技术; • 欧洲Antech公司也发展了该种电池的产业化技术

  29. 近空间升华法

  30. 欧洲的Antech公司CdTe电池生产线

  31. First Solar 电池结构和生产线示意图

  32. 碲化镉薄膜太阳电池组件的性能参数和四川大学组件的比较碲化镉薄膜太阳电池组件的性能参数和四川大学组件的比较 各生产线研制的大面积碲化镉薄膜太阳电池组件的最高效率

  33. 薄膜电池：具有低成本的优势 问题： 设备和工艺紧密联系，不可分割 薄膜电池发展历程相对较短，技术尚未达到成熟 低成本、高效电池新技术不断涌现，争相产业化 设备投资高 技术人员缺乏

  34. GreenTech Media预测，到2012年世界太阳电池年产能力将达24GW，薄膜电池产能8GW，占总产能三分之一。 产业发展前景：

  35. 大规模生产的晶体硅电池效率要20%以上，薄膜电池10%以上，电池成本降至1美元/峰瓦。大规模生产的晶体硅电池效率要20%以上，薄膜电池10%以上，电池成本降至1美元/峰瓦。 • 晶体硅太阳电池、硅基薄膜电池、CIGS电池、碲化镉电池、染料敏化电池等------各种电池动态评估，市场导向，择优发展。

  36. 感谢！ 苏州，2009.03.14-15

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