硅薄膜太阳电池技术及其应用.pdf

2 0 0 8 年第 2 期 上 海 电力 硅薄膜太阳电池技术及其应用 王 永谦 ( 尚德太阳能电力有限公司 ， 江苏无锡2 1 4 0 2 8 ) 摘要 ： 太 阳能光伏发 电是清 洁能源领域 的热点 ， 继晶体硅太阳电池技术与产业在 2 O世纪末 、 2 1 世 纪初 得到 飞速发展之后 ， 以硅薄膜太 阳电池技术 的快步 升级及 大规模产业 化为 特征 的新 一轮光 伏能源技 术发展 高潮 正在到来。文章对硅薄膜太阳电池的技术特点 、 应用优势 、 基础研究 、 产业化现状及发展趋势等方面作 了简要 介 绍 。 关键词 ： 太 阳能发 电； 太阳电池技 术 ； 薄膜光伏技术 ； 硅薄膜 中图分类号 ： T K5 1 3 文献标识码 ： B 1 太阳 电池技术发展概况 太 阳能 发 电是利用 半导 体光 生伏 特效 应_ 1 把 太 阳光能直接 转 化 为 方便 使 用 的 电能 ， 在 所 有 的 清 洁 、 可 再 生 能 源 技 术 中最 受 瞩 目也 最 可 信 赖 。 发展太 阳能光 伏 发 电是 缓解 当前 存在 的能 源危机 以及 由于过 度使 用煤 、 石油 、 天然 气等 传统 化石燃 料 所造 成 的全 球灾 难性 的气 候变 暖和 环境 污染 的 重要 手段 。 太 阳能发 电系统 的核心部 件是 太 阳 电池 。太 阳电池在 其发 展过程 中先后形 成 三代技 术 ： 第 一 代 太 阳 电池 主 要 是 指 晶 体 硅 片 电 池 ， 1 9 5 4年 由美 国 贝尔 实 验 室 C h a p i n等 发 明 2 ， 其 发展 最 为成熟 ， 较早 获得 规模 应用 ， 但是 由于需要 使用大量价值不菲的体硅材料 ， 其制造成本难 以 很快 降低 到与传 统燃 煤发 电相 当 的水平 。 第二代太阳电池是以硅薄膜电池为代表的薄 膜 型 太 阳 电 池 。2 O世 纪 6 O年 代 辉 光 放 电 法 ( g l o w d i s c h a r g e ) 薄膜 制备 技 术 的一 系列 重 大 进 展 ， 使 人们 意识 到 可 以将 同样 具 有 光伏 效 应 的非 结晶 状态 的硅 以薄膜 形式镀 制 在廉 价 的玻 璃 基板 上 。在美 国 R C A 实 验 室 C a r l s o n和 Wr o n s k i _ 3 的共 同努力 下 ， 第一块 硅薄 膜太 阳电池于 1 9 7 6年 问世 ， 从 此 拉 开 了薄 膜 光 伏 技 术 研 究 与 发 展 的 序 幕 。 薄膜 光伏 技 术 的拓 展 呈 现 出多 样 化 的 特 点 ， 现 已 形 成包 括 硅 薄膜 电池 、 碲化 镉 ( C d Te ) 、 铜 铟 镓 锡 ( Cu l n Ga S e ) 以及 染 料敏 化 ( DS C) 电池 、 有 机 薄膜 电池等 在 内的多 种类 型 。其 中 C d Te电池 所 用 的 Te元 素 是 一 种 有 限 的 资 源 ， 决 定 这 种 电 池 技术 的 发 展 和 应 用 无 法 得 到 长 远 的 保 障 ， 而 C u l n Ga S e 电池 所用 的 I n元 素更 是一 种稀 有资 源 ， 此外 C d Te电池 本体 及 C u l n G a S e电池 的窗 口 层 ( C d S ) 都要 用 到剧 毒 的 金属 元 素 C d ， 尽管 这 个 问题 在研 发 与生 产 环节 中正 在 得 到逐 步 解 决 ， 不 再 如从 前 那 样 备 受 争 议 ， 但 从 C d元 素 的提 炼 一 直 到最终 产 品的 安 全 回 收 ， 都 是 这 两 种 电 池技 术 不得 不额 外谨 慎 之 处 。与 此 同时 ， 这 两 种 电池 技 术 的工艺 复杂 性及 控制 难 度 较 高 ， 其 核心 技 术 及 产业 化经 验 目前 只掌 握 在 少 数 几个 公 司 手 中 ； 染 料敏 化 电池和有 机薄膜 电池总 体上还 处在 基础研 究 阶段 ， 工 艺稳 定性 、 光 电转换 效率 及使用 寿命还 有待 于大 幅度 提 高 ， 这 两种 电池 技术 的 特点 是 成 本低 廉 、 方 便制 作 ， 但 要 满 足太 阳电池 至 少 2 O年 使 用 寿命 的要求 仍 需 做 出长期 的努 力 ， 其 产 业化 进 程不 容乐 观 ； 硅 薄膜 电池 的原料 组 分 与 晶 体硅 片 电池 一样 ， 是 无 毒 无 害 、 储 量 丰 富 的硅 ， 不 存在 资源 与环 境方 面 的 限制 和 压 力 ， 并且 作 为 无 机半 导体 可 以充 分满 足太 阳 电池长 寿命设 计对 于原材 料 的 基本要求 ， 因 而始 终 被 认 为 是薄 膜 光 伏技 术 发展 的主 流。硅 薄膜太 阳电池 目前正在 进入 显著 的技术进步和规模化应用阶段 。 第 三代 太 阳 电池 是指 超 高 效 率 电池 ， 包 括 全 硅 量子 点叠层 结 构 电池 以 及热 光 伏 电 池等 ， 目前 尚处在基本模型的建立和基础材料的探索研究阶 段 。 除 了 以上介 绍 的这 些 电池类 型之 外 ， 还 应 提 到 由 I I I V 族 半 导 体 材 料 为 基 体 制 作 的太 阳 电 池 ， 如 Ga As A1 G a As 、 Ga As I n P等单结或多结 电 池 ， 其 特 点是 光 电转 换 效率 高 、 抗 辐 射 能力 强 ， 作 一 1 1 5 维普资讯 上 海 电力 2 0 0 8 年第 2 期 为性 能优 异 的空 间太 阳 电池 可在航 空航 天等特 殊 领域 中得 到适量 应用 ， 但 由于制造 成本极 其 昂贵 ， 不具 有大 规模地 面应用 的前 景 。 2 硅薄膜太阳电池技术 硅薄膜 电池 依 据材 料 微 结 构 的不 同， 可 分 为 单 晶硅 ( mo n o - S i ) 、 多 晶 硅 ( p o l y S i ) 、 非 晶硅 ( a S i ： H) 和 微 晶 硅 ( “ c S i ： H) 薄 膜 电 池 。依 赖 于 l a y e r t r a n s f e r或 s ma r t c u t等工艺 手段 的单 晶硅 薄膜 电池造 价 昂贵且难 以大 面积制 作在 非硅衬 底 上 ， 目前仅 限于实 验室 学术研 究 ； 多晶硅 薄膜 电池 性能 稳定且 转换 效 率 较 高 ， 但 通 常 需要 采 用 长 时 间热 处理工 艺 ， 需 要 能 够 耐受 高 温 的 硼硅 玻 璃 或 陶瓷 材料作 为衬 底 ， 同时还 面临 材 料性 能 改 善 的 技术挑 战 。尽管 由澳大 利亚 新南威 尔士 大学 和太 平太 阳 电力有 限公 司联 合开 发 的玻 璃基底 多 晶硅 薄膜 电池在 制备 技 术 上获 得 了难 能可 贵 的 成功 ， 并 已在德 国 C S G I 公 司实施 了产业 化 ， 但 基 于 制 造成本 等多 方面 的 考 虑 ， 多 晶硅 薄 膜 电池 现 阶段 尚不足 以作 为商 业 化 薄膜 太 阳 电 池 的最佳 选 择 ； 非 晶硅 薄 膜 电池 工 艺 最 为 成 熟 且 可 以大 面 积 制 造 ， 单 位面 积的制 造 成 本 远低 于 晶体硅 电池 及 晶 硅薄膜 电池 。 非 晶硅薄 膜也 存 在 不 足 之处 ： 非 晶硅 薄膜 的 微结构及 光 电特性 存在着 光致 亚稳 变 化 ( S t a b l e r Wr o n s k i 效应 4 ) ， 由此 带来 非 晶硅 薄膜 电池 光 电 转换效率 在一 定程 度上 的光致 衰减 ， 但 衰 减稳 定 后 的大 面积 非晶硅 薄膜 电池仍 具有 适 中的转 换效 率 ( 5 7 ) 。非晶硅薄膜电池在现阶段仍然是 薄膜光伏 市场 上 的主流产 品 和薄膜光 伏产业 发展 的主要 方 向 ； 微 晶硅 薄 膜 电池 转 换效 率 较 非 晶硅 薄膜 电池 初始 效率 稍低 ， 但 其 光 电稳 定 性 高且 与 非晶硅 薄膜低 温 制 备工 艺 完 全兼 容 ， 同时 在对 太 阳光谱 不 同波段 的有效光 电转换 方 面又可 与非 晶 硅 薄膜 电池形 成很 好 的互 补 。 目前 ， 高效 硅 薄膜 电池 技 术 的一 种很 好 的解 决方案是 ： 以宽带 隙 的非 晶硅作 为顶 电池 、 窄 带 隙 的微 晶硅 作为 底 电池 ， 形成 a - S i ： H c S i ： H 双结 叠层结构 。采用叠层结构不仅有效地拓宽了电池 的光谱响应， 而且可以适度减薄非晶硅顶电池本 征吸收层 的厚度， 这样在确保获得较高初始转换 效率 的同时， 光电稳定性获得很大的改善。为 了 充分 吸收 和转换 太 阳光谱 的长 波 部分 能 量 ， 还 可 一 1 1 6一 以采用 在薄 膜 制 备 过 程 中掺 入适 量 锗 ( Ge ) 的 办 法 ， 由此 制得 的非 晶硅 锗 ( a S i Ge ： H) 薄膜 光 学带 隙在 1 O 1 7 e V 范 围 内可 调 ， 藉 此 形 成 a S i ： H a S i Ge ： H 异质 结构 是非 晶硅 基 叠层 结 构 薄膜 电池 的另 一种 高效 设计方 案 。 3 硅薄膜太 阳电池的应用 晶体 硅 电池 与硅 薄 膜 电池 分 别 作 为第 一 、 第 二 代商业 化太 阳 电池 技 术 之 主 流产 品 ， 其 各 自的 技术 优势 与应 用领域 不 同 。晶体 硅 电池单位 面积 光 电转换 效率 较高 ， 但 光敏 性 差 且存 在 致 命 的 热 斑效 应 ， 主要用 于较 小 占地 面积 、 直接 面对 阳光且 无 阴影遮 蔽 的区域 。晶体 硅 电池 使用硅 晶片作为 基体 材 料 ， 由于硅 原 料供 应 紧 张 、 制造 成 本高 ， 生 产规 模 的进一 步扩 大 在 当前受 到制 约 ； 硅 薄 膜 电 池转 换效 率稍 低但 可大面 积制造 、 成 本低 ； 其主 要 原料 不是 硅片 ， 而是 相对廉 价 的玻 璃 ， 硅 的用量不 到 晶体硅 电池 的 l ， 且 完 全排 除 了对 硅 片 的依 赖 。玻璃 衬底 上 的薄 膜 电池 ， 既有 玻 璃 的 结 构特 点 和功 能 ， 又 能发 电 ， 因此又 可 称 为光 伏玻 璃 ， 还 可根 据需 要设 计成不 同的透光类 型 。 薄膜光伏玻璃组件结构完整、 美观、 弱光发 电 效果好 ， 除用 于大 型 光伏 电站 ( 参 见 图 1 ) 外 ， 还 可 安装于建 筑物任何部位并 与建 筑融为 一体 ， 完美 演 绎建筑光伏 一体 化 ( B I P V) 的绿 色建 筑 理 念 ( 参 见 图 2 ) 。建筑能源 占世 界各 国总 能耗 的 5 O 左 右 ， 发展硅薄膜 电池技术 ， 以硅薄膜 电池 代替普 通 的建 筑玻璃作 为玻 璃幕墙 ( 参见 图 2 、 3 ) ， 光伏屋 顶 ， 实现 建筑物本身 的能源 自给 、 零污 染 、 零能耗 ， 对 于今 天 广泛提倡 的开发 和利 用新 能 源 、 实 现节 能减 排 ， 建 设资源节 约型 、 环境友好型 的 自然 生态及 和谐社会 具有十分重要 的意义 。 图 1 大型地面光伏 电站 5 4 硅 薄膜太 阳电池基础研 究 维普资讯 2 0 0 8 年第2 期 上 海 电力 一 一 图 2 光 伏 玻 璃幕 墙 ( 内视 ) 5 J 图 3 光 伏 玻 璃 幕 墙 ( 外观 ) J 历经 3 0年 的发 展 ， 非 晶硅基 薄膜 电池无 论 在 实验 室基 础研 究 ， 还 是在 产业 化发 展上 ， 都取 得 了 长 足的 进 步 。 电池 结 构 由最 初 的单 结 发 展 到 双 结 、 三结 ， 电池 效率 也 由最 初 的 2 4 提 高 到发 明 人 当时预 料 的最 高 1 4 9 6 1 5 | 3 。在 此 过程 中 ， 取得 的一 系列 重大 进展 ， 例 如 ： ( 1 )1 9 9 4年 日本 Mi t s u i To a t s u Ch e mi c a l s ， I n c的小 面积 a S i ： H 单 结 薄 膜 电池 的 初 始 效 率 达 到 1 3 2 | 6 。 ( 2 )1 9 9 6年 瑞 士 Ne u c h a t e l大学 I MT 研 究 所 的小 面积 ( 1 c m ) “ mi c r o mo r p h ”( a S i ： H “ c S i ： H)双结 薄膜 电池 的初 始效 率达 到 1 3 1 l_ 7 。 ( 3 )1 9 9 7 年 美 国 Un i t e d S o l a r公司 的小 面积 ( 0 2 5 c m。 ) a S i ： H a S i Ge ： H a - S i Ge ： H 三 结 薄 膜 电池 的初 始 效 率 和 稳 定 效 率 分 别 达 到 1 4 6 和 1 3 | 8 。 ( 4 )2 0 0 1年 日本 K a n e k a公 司 的 小 面 积 ( 1 c m。 ) a S i ： H l , c S i ： H l , c S i ： H 三 结 薄 膜 电 池 稳 定 效率达 到 1 2 。 ( 5 )2 0 0 2年瑞 士 I MT 的小 面积 ( 1 c m ) “ mi c r o mo r p h ”( a S i ： H l , c S i ： H)双 结 薄 膜 电池 稳 定效 率达 到 l 1 ， 小组 件 ( 2 3 3 c m。 ) 稳 定 效 率达 到 9 1 。 ( 6 )2 0 0 2年 日本 S a n y o公 司 的大 面积 ( 8 2 5 2 c m ) a S i ： H a S i G e ： H 双 结 薄 膜 电池 的 初 始 效 率和稳 定 效率分 别达 到 l 1 2 和 1 0 ” 。 ( 7 )2 0 0 2年 由美 国 To l e d o大学 创造 并 经 美 国再生 能 源 国家 实 验 室 ( NRAI ) 确 认 的小 面 积 ( 0 2 5 c m ) a S i ： Ha S i Ge ： H a S i Ge ： H 三结 薄 膜 电池 初始效 率世 界记 录 为 1 2 5 。 ( 8 )2 0 0 3年 美 国 Un i t e d S o l a r 公 司 的小 面积 ( 1 c m ) a S i ： H c S i ： H 双结 薄 膜 电池 的初 始效 率 和稳定 效率 分别 达 到 1 3 和 l 1 1 ” 。 ( 9 )2 0 0 4年 日本 Mi t s u b i s h i He a v y I n d u s t r i e s ( MHI )公 司 的大 面积 ( 4 0 5 O c m。 ) a - S i ： H u c - S i ： H 双结薄 膜电池 的初始效 率达到 1 1 1 。 ( 1 0 )2 0 0 4年 日本 K a n e k a公 司 的小 面积 ( 1 c m ) “ Hy b r i d P l u s ” ( a S i ： H Z n O c S i ： H) 双结 薄 膜 电池 的初 始 效 率 达 到 1 4 7 1 5 ， 大 面 积 ( 9 14 5 c m ) “ Hy b r i d Pl u s ”( a S i ： H Zn o u C S i ： H)双结 电池 的初 始效 率 达 到 1 3 5 ， 小组 件 “ Hy b r i d ” ( a S i ： H U c S i ： H) 双 结 薄 膜 电 池 稳 定 效率 达 到 1 2 E l 5 。 ( 1 1 )2 0 0 5年 美 国 Un i t e d S o l a r公 司 的小 面 积 ( 0 2 5 c m ) a - S i ： Ha S i Ge ： H n c S i ： H 三 结 薄膜 电池 的初 始效率 和稳定效 率分 别达 到1 4 6 和 1 2 6 E 1 6 。 ( 1 2 ) 2 0 0 5年 日 本C a n o n 公 司 的 大 面 积 ( 8 0 1 6 c m ) a - S i ： H U c S i ： H U c S i ： H 三结 薄 膜 电 池初始 效率 达 到 1 3 1 _ 】 。 我 国硅薄 膜太 阳 电池 的应 用基 础研 究起 步较 早 ， 并 在 “ 七 五 ” 期 间 ( 1 9 8 6 1 9 9 0年 ) 初 具规 模 。 1 9 9 0年 中科 院半 导体研 制 的小 面积 a S i ： H 单 结 电池初 始效 率达 到 l 1 2 ， 接 近 于 当时 的 国际 最 高 水平 。此 后 ， 由于相 关 领 域 科 技政 策 的一 些 调 整 ， 研究 队伍 的规 模 、 支持 面及经 费额 度 大幅度 压 缩 ， 走过 了近 1 0年 的萎缩 、 低 迷期 。与此 同时 ， 西 方 发达 国家 硅薄 膜 电 池技 术 则 在 其各 自国家 “ 阳 光 计划” 、 “ 新 阳光 计划 ” 的持 续支 持下 取得 了突 飞 猛进 的发 展 。 2 0世 纪末 ， 日益 加剧 的 能源 危 机及 国际光 伏 技术 的加 速发 展 ， 一再 地 启 示 人 们 决 定 人 类 未来 的能 源发 展 之路 究竟 应 何 去 何 从 。直 到 “ 十 五” 期 间 ( 2 0 0 0 - 2 0 0 5年 ) ， 在 几番 努 力 下 ， 最终 获 得批 准 的国家 “ 9 7 3 ” 项 目的支 助下 ， 我 国硅薄膜 电 池 的研 究 重新受 到 重视并 得 到 了恢 复性 的发展 。 由南 开大学 和 中科 院牵 头 ， 近年 来 在 重 新 组 织和锻 炼研 究 队伍 的 同时 取得 了 多项 进 展 ， 其 中 小面积 a S i ： H 2 c - S i ： H 叠 层 电池 初 始 效 率 达 到 l 1 8 ， 1 01 0 c m 面积 的 a S i ： H U c S i ： H 叠 层 电池初 始 电池 效 率 达 到 9 7 ， 2 02 O c m。 面积 的 a S i ： H 单 结 电 池 平 均 初 始 电 池 效 率 达 到 8 6 8 | 】 ； 上海 交通 大学 自主研 制 的小 面 积 渐变 能 隙硅薄 膜 电池初 始效率 达 到 l 1 4 3 。 5 硅薄膜太 阳电池技术 的产 业化进程 硅薄 膜太 阳 电池在其 被发 明不 久 即成功地 进 入了产业化发展阶段 ， 很快涌现 出一批 以非 晶硅 薄膜 太 阳电池作 为 主 要 产 品 的 国 际著 名 企业 ( 如 一 1 1 7 维普资讯 上 海 电力 2 0 0 8 年第2 期 美 国的 C h r o n a r 、 S o l a r e x 、 E C D 等 ) ， 在 实 现从 实 验室 技 术 向 生 产 力 快 速 转 化 方 面堪 称 典 范 。到 2 0世纪 8 0年 代 中期 ， 世 界 上 太 阳 电池 的总 销 售 量 中非 晶硅 占有 4 0 ， 开 始 形 成 非 晶 硅 电池 、 多 晶硅 电池 和单 晶硅 电池 三 足鼎立 之势 。在接下 来 的 1 0余年 中 ， 增 幅缓慢 的市 场需 求被证 明不 足 以 使硅 薄膜太 阳电池 的规模 效 益 充 分 展 现 ， 其产 业 化发展势头放缓 ， 市场份额渐次走低， 但其学术研 究及 技术研发 热 度丝 毫未减 ， 新 思想 、 新 工艺层 出 不穷 ， 电池效 率记 录 、 生产线 的 自动化程 度 和产能 记 录不断刷 新 ， 目前单 条 生 产 线 的生 产 能 力 已达 到 2 5 5 0 MW 。 2 0世纪末 、 2 1世 纪初对 光伏 太 阳能事业 来说 是一 个重要 的转 折 点 ， 在 世 界 主要 经 济 强 国 大力 扶持 和优先 发展 新能 源产业 的政 策和法 规 的带 动 下 ， 一 场 以太 阳能光 伏 发 电为 主线 的能 源 战 略性 结构 调整 正在全 球 范 围内 迅速 展 开 ， 光 伏产 业 在 最近 5年 以年均 4 5 E z o 3 的速度 快步增 长 ， 呈 现 出 井喷状 态 。巨 大的能 源缺 口以及 日臻完 善 的生产 工艺 和有望 接近 常规 电力 的产 品价格使 得硅 薄膜 电池 在今 天 更 加 受 到青 睐并 提 前 进 入 黄 金 发 展 期 。世界各国的薄膜电池生产商纷纷制定了雄心 勃勃 的扩产 计划 E 2 1 3 ， 就 连一 些原 本 未 曾涉 足太 阳 能领 域 的企 业 也 开 始 嗅 到 了 薄膜 电 池 的无 限 商 机 ， 不 惜 巨资 、 争 先恐后 地参 与进来 。 依据 国际权 威 能 源研 究 机 构 的预 测 ， 硅 薄 膜 太 阳电池 的市 场 份 额 将 由过 去 几 年 的 1 0 左 右 迅速 突 进 到 2 0 1 0年 的 3 0 ， 并 很快 形 成 与晶 体 硅太 阳 电池 平分 秋色 的市场格 局 。鉴 于空前扩 大 的市 场需求 与关 键 技 术瓶 颈 的陆 续 突破 ， 全 球 硅 薄膜 电 池 的产 能 将 由 2 0 0 6年 的 实 际 不 到 1 0 0 Mw 迅速 提高 到 2 0 1 0年 的将 近 3 0 0 0 Mw 。其 中， 日本 K a n e k a将 由 目前 的 4 2 Mw 扩 展到 2 0 0 8 年 的 7 0 Mw ； MHI将 由 目前 的 3 7 Mw 扩 展 到 2 0 0 8年 的 2 2 8 MW ； S h a r p宣布 到 2 0 1 0年 硅 薄膜 电池 产能将 达 到 1 0 0 0 Mw ； 美 国 Un i t e d S o l a r 计 划 到 2 0 1 0年 其产 能达 3 0 0 MW ； 德 国 S c h o t t 公司 计划 2 0 0 7年秋 天建 成 3 0 MW 的非 晶硅 薄 膜 电 池生 产线 ， E r s o l 公 司的非 晶硅薄 膜 电池生产 线将 在 2 0 0 7年 达到 4 0 MW 的生产 能力 、 2 0 0 8年达 到 8 0 Mw 的生 产 能力 。在 国 内 ， 深 圳 拓 日、 深 圳 创 益 、 深 圳 日月环 、 天津津 能 的非晶 硅薄膜 电池产 能 均 已达到 5 MW 。2 0 0 7年 2月 7日天津 津能与 美 一 1 8一 国 Un i t e d S o l a r Ov o n i c签 订 协 约 ， 计 划 于 2 0 0 8 年 在 天津共 同 出资建立 3 0 Mw 的非 晶硅 基薄 膜 电池组 件封 装 厂 ； 蚌 埠 普 乐 新 能源 技 术 有 限公 司 正在 建设年 产 2 0 MW 的非 晶硅 太 阳能 薄 膜 电池 项 目； 无 锡 尚德规 划 中的 3 6 0 Mw 薄膜 太 阳能 项 目 2 0 0 7 年 正式 启动 ， 到 2 0 0 8年底 一期 4 0 MW 将 建 成投 产 。位 于上海浦 东 的 尚德 电力薄 膜光伏 技 术 研发 中心及 产业 化基 地如 图 4所 示 。 图 4 尚 德 电力 薄 膜 光 伏 技 术 研 发 中 心 及产 业 化 基 地 继 无锡 尚德 之后 ， 又有 廊 坊 新 奥 、 保 定 天威 、 南通强生 、 浙江正泰 、 福建金太阳等 8家公司， 先 后 宣 布启 动百兆 瓦级 的硅薄膜 电池 建设 项 目。凭 借 国内光伏 产业 如 火 如荼 的发 展 形 势 、 良好 的投 资环境及廉价的劳动力等优势 ， 我 国有希望成为 当今世 界上 头号 硅薄膜 太 阳电池 生产 大 国。 归 因于连续 的新 能源计 划滚 动项 目的支 持和 未 曾 间 断 的基础 研 究 ， 以美 国 、 日本 、 德 国为代 表 的西方 发达 国家 ， 不 仅 掌 握 了较 高 水 平 的硅 薄 膜 太 阳电池制 造工 艺 ， 还 能 够 配套 生 产 技 术 先进 的 专 业 制造设 备 及 相关 设 施 。相 比之下 ， 我 国硅 薄 膜电池的研究此前却走过了一段曲折的历程 。产 学 研相 脱节 且顾 此 失彼 ， 使 得有 限 的实 验 室资 源 与学术 研究 的初 始成果 始终 未能 转化 为行之 有效 的产业 化技术 ， 几 乎 所 有 的 薄膜 电池 生 产企 业 都 不 得不 首先 考虑 花费 巨资从 国外 引进生 产线 。尽 管 在 当前太 阳电池 薄 膜化 的技 术 革命 浪潮 中 ， 我 国企业 已大胆介 入 ， 但 要 真 正保 持 技 术 的 先进 性 及 发 展后劲 ， 就 必须 在 引 进 与 消化 的基 础 上进 行 二 次创 新 ， 通 过 自主研 发 真 正 获得 具 有 自主知 识 产 权 的核心 工艺 技术 和关键 的制 造设 备设计 或集 成 技术 ， 仅仅 依靠 对 于 落 后 工艺 和 设 备 的借 鉴 和 仿制 ， 走单纯依靠低端设备加工与劳动力成本的降 低来 参与竞争 的道 路从长远来看是 十分不足 的。 国内光伏 业 界一些 领军企 业 以及一 些重要 的 研究 机 构 ， 正 在进 一 步 抓 紧 调 整和 加 强 这方 面 的 维普资讯 2 0 0 8 年第2 期 上 海 电力 工作 ， 相信 真正 属 于中 国制造或 创造 的 ， 真正 具有 产业 化应用 前 景 的薄 膜太 阳电池先 进制 造工 艺和 设备 集成技 术 ， 能够 在不 远 的将 来 ， 在我 国光 伏产 业 的发展进 程 中不 断涌现 并真 正发 挥作 用 。 6硅薄膜太阳 电池产业化的发展趋势 从 国内外 的情 况 来 看 ， 硅 薄 膜太 阳 电池 技 术 正处 在一个 技术 与规 模快 步升 级 的关 键 时期 。硅 薄膜太 阳电池 当前 的技术 发展 趋势 ： ( 1 )玻 璃 衬 底 上 的硅 薄 膜 太 阳 电池 向 大 面 积 、 高品质方 向发展 ， 其相对 于 与 晶体 硅 电池及 其 他 类 型薄膜 电池 的应 用优 势进 一步得 到加 强 。 ( 2 ) a S i ： H c S i ： H高效稳定叠层硅薄膜 电 池高 速制备 技术 开始 步人产 业 化进 程 。 ( 3 )单 条 生 产 线 产 能 和 自动 化 程 度 迅 速 提 高 ， 开 始呈现 注 重规 模 效 益 和 规模 化 竞 争 的产业 发 展态 势 。 从 当前 的光伏 市场 对 于薄膜 电池 产 品的 品质 要 求 和规模化 生产 要求 来看 ， 大 面积 、 高质 量硅 薄 膜 的制 备是硅 薄膜 太 阳 电池 制造 技术 发展 迫切 需 要 解决 的首 要 问题 。通 常用 于玻 璃衬 底上 硅薄 膜 制 备 的 等 离 子 体 增 强 化 学 气 相 沉 积 方 法 ( P E C VD ) 从 薄膜 沉 积 方 式 上 可 分 为 单 室 沉 积 和 分室沉积； 从反应气体分布模式上可分为平行布 气 和垂直 布气 。 传统 的 E P V 或 T e r r a s o l a r 技 术 属 于单 室沉 积 技术 ， 这种技 术 可 在 一 个 生长 室 同时 沉 积 多 片 薄 膜 ， 但存 在 着反 应 气 氛 的交 叉 污 染 和 不 均 匀分 布 问题 ， 电池 光 电转 换 效 率 和 面积 停 留在 较 低水 平 ( 全面 积组 件效率 5 、 电池 面 积 0 8 m ) ， 并且用 于非 晶 硅 微 晶硅 ( a S i ： H c S i ： H) 高效 叠层 电池 的制 造 还存 在 着 难 以克 服 的技 术 障碍 。 如何 在沉 积方 式 、 布气 模 式 及 设 备 利 用 率 三方 面 做 出优 化 选 择 ， 是 太 阳 电池 制 造 技 术 的关 键 环 节 硅 薄膜 制备技 术发 展 的努力 方 向 。 近年来 ， 一 些在 硅薄 膜 TF T I C D平板 显示 技术 制造设 备领 域拥 有先 进设 计能 力和 丰 富经验 的 国际知名 厂商 如 AMAT、 Oe r l i k o n 、 UI VAC等 开始介 人薄 膜 电池专用 设备 P E C VD乃 至 整条 生 产 线 的 Tu r n k e y业 务 ， 并 各 自拥有 多家 正在 新建 的大规 模硅 薄膜 电池 生 产 线 客 户 。AMAT 公 司 生产 的大 面 积 ( 5 7 2 m。 ) 硅 薄 膜 电 阳 电池 卫 ， 最 大输 出功率 为 3 4 0 W ， 如图 5所示 。 图 5 AMA T大面积( 5 7 2 m ) 硅薄膜太阳电池 这 些从 TF T行 业 转 移 过 来 的设 备 技 术 能 否 很 好 的用 于薄膜 太 阳 电池 的 制造 、 各 自具 有 哪些 比较优 势 和需要 改 进 之 处 ， 即将 在 今后 的数 年 中 得 以展 现 。先 进 的 电池工 艺技术 与顶 级 的半导体 薄 膜制备 设备 技 术 相 结合 ， 将使 得 硅 薄 膜 太 阳 电 池技 术 的发展 与 应 用 真正 进 入 一 个 大 规模 、 高 品 质 的崭新 时代 ， 对 于未 来 新 能 源领 域 的技 术拓 展 乃 至整 个能 源系 统 的战略性 结构 调整 发挥不 可估 量 的作用 。 参 考 文 献 ： 1 A E B e c q u e r e l ， C o mp t R e n d Ac a d S c i 9 ，5 6 1( 1 8 3 9 ) 2 D 、 MC h a p i n ， C S F u l l e r ，G I P e a r s o n ， J Ap p 1 P h y s 2 5 ，6 7 6 (1 9 5 4 ) 3 D E C a r l s o n， C RWr o n s k i ， Ap p 1 Ph y s L e t t 2 8 ， 6 7 1 ( 1 9 7 6 ) 4 D L S t a b l e r a n d C RWr o n s k i ，Ap p 1 P h y s L e t t 3 1 ， 2 9 2 ( 1 9 7 7 ) 5 b b s s o l a r z o o m e o m 6 Y As h id a ， S o l a r E n e r g y Ma t e r i a l s a n d S o l a r C e l l s 3 4 ， 2 9 1 ( 1 9 9 4) 。 7 J Me i e r e t a l ，Ma t Re s S o c S y mp P r o c 4 2 0 ， 3 ( 1 9 9 6 ) E 8 J Ya n g ，AB a n e r j e e ，a n d S Gu h a ， Ap p 1 P h y s L e t t 7 0 ， 2 9 7 5 ( 1 9 97 ) 9 KYa ma mo t o e t a l ， S o l a r En e r g y Ma t e r i a l s a n d S o l a r C e l l s 6 6，ll 7 ( 2 0 0 1 ) 1 O J Me ie r ，e t a l ，S o l a r E n e r g y Ma t e r i a l s a n d S o l a r C e l l s 7 4，45 7 ( 2 0 0 2) 1 1 E Ma r u y a ma e t a l ，S o l a r E n e r g y Ma t e r i a l s a n d S o l a r Ce l l s 7 4， 3 3 9 ( 2 0 02 ) 1 2 h t t p： www p h y s i c s u t o l e d o e d u d e n g x h i g h e f f i c i e n e y p d f 1 3 J Ya n g e t a l ，NC P V a n d S o l a r P r o g r a m R e v i e w Me e t i n g 5 5 6 ( 2 0 03 ) 1 4 HTa k a t s u k a e t a l ， S o l a r E n e r g y ，7 7 ，9 5 1 ( 2 0 0 4 ) ( 下转 第 1 4 1页) 一 1 1 9 维普资讯 2 0 0 8 年第2 期 上 海 电力 表 1不 同供 电方案 比较分 析 月平均 2 0 3 0 k W 4 0 k W 9 0 k W 月份 辐射量 风速 用电量 风光复合发电站 光伏发电站 风力发电站 M J m 一 2 m S 一 1 k W h 月发电量估算 k W h l 3 8 0 4 1 4 2 4 7 3 0 6l 3 1 07 3 6 2 l 2 4 2 8 4 8 4 2 4 7 3 7 4 5 3 5 0 0 4 9 6 0 3 5 8 8 5 6 4 2 4 7 5 2 8 7 4 8 08 7 4 7 8 4 6 5 3 5 5 4 2 4 7 5 6 0 5 5 3 4 0 7 05 7 0 7 0 9 4 6 4 2 4 7 5 4 6 9 5 7 98 4 9 7 8 6 6 9 2 4 3 4 2 4 7 5 l 7 5 5 6 59 4 l 2 0 7 6 7 0 3 9 4 2 4 7 4 8 l 0 5 4 7 9 3 0l 4 8 6 3 5 3 5 4 2 4 7 4 43 5 5 l 9 3 2 3l 9 9 5 2 4 3 6 4 2 4 7 3 7 7 4 4 2 85 2 4 78 l 0 4 88 3 8 4 24 7 3 65 3 3 9 9 l 2 9 0 0 11 3 93 4 5 4 2 47 3 4 4l 3 2 1 4 4 5 5 2 l 2 3 33 4 6 4 2 47 3 l 6 3 2 7 2 3 4 9 7 8 发电站投资 7 元 3 6 0 4 2 0 3 9 0 由表 1 计算结果 分析 ， 风力发 电系统在 各月所 发电量 的稳定性 差 ， 在风力 资源较好 的 3 月 份其 能 量 输 出较大 ， 高 出用 电需求 量 的 7 6 ， 这 部分 能量 会 被 白白浪费 ； 在 风能资源较 差的 8月份能 量输 出 也较 差 ， 仅能满足 用 电需求 量 的 5 5 9 6 ， 远 远不 能满 足用 电需求 。光伏 发 电系统其 供 电保 证率 最好 ， 能 量输 出较 风力 发 电系 统要 稳定 许 多 。风 光 复 合发 电系统虽 然供 电保证率要 比光伏 发 电系统 略低 ， 但 由于太 阳能 、 风能 资 源 的互 补 ， 使 得输 出能量 品质 相对最 好 。从 电站 投 资 分 析 ， 风 光 复 合 发 电站 最 低 ， 其次是风 力发 电站 ， 光伏 发 电站最 高 。 3风光复合发 电的应用 目前 ， 国 内陆地 大型风 电场 兴建 项 目较 多 ， 海 上 风 电场项 目也 在逐 步上 马 。风机 布置 间距 一般 在 3 0 0 1 0 0 0 r n ， 各风 电投 资 开发 公 司 圈 下来 的 地 域面 积相 当大 。风机 之 间的 空地可 用来 安 置光 伏发 电设备 ， 充 分 利用 风 电场 地块 ， 并 且可 以稳定 电场 的电能输 出 ， 保证 电能年 度 内的稳 定 。甚 至一 些 已经 投运的风 电场 也可二次 规划增设 光伏发 电， 如 图 5 所 示 。另外 ， 海 上风 电场 中还可 以考虑 采用 光伏发 电作 为风 电场 的场用 电和保安 电源考 虑 。 4 结语 图 5 风光 复合发 电 随着 各种 新 型 能源 的不 断 开 发 ， 对 于 电网 冲 击也 越来 越大 ， 稳 定 的输 出将 对 电 网 的运 行 和调 度起 到很 好 的 帮 助 。风 光 复合 发 电 ， 甚 至 是 风光 燃料 复合 发 电 ， 多 种 能 源 混 合 发 电将 是 今 后 的发 展趋 势 。 参考文献 ： 1 中国投资咨询 网 2 0 0 7 -2 0 0 8年 中国风力发 电行业分析 及 投资 咨询报告 ( 上 中下卷 ) ， 2 0 0 7 ， 8 E 2 3 郑诗 程 葛芦生 ，