太阳能电池基础知识介绍.ppt

1,硅基薄膜太阳电池基础知识 介绍,部门: 技术部 2010年5月31日,2,太阳电池分类 硅基薄膜太阳电池的发展 硅基薄膜太阳电池的优缺点 薄膜电池的光照性能衰退现象 电池光电转换效率的计算 薄膜电池工艺基础简介,提 纲,3,薄膜太阳电池分类 硅基薄膜太阳电池的发展 薄膜电池的光照性能衰退现象 电池光电转换效率的计算 电池片的应用,一、太阳能电池分类汇总,薄膜太阳电池简介,硅薄膜,碲镉系(CdTe),染料薄膜和有机薄膜(TiO2),非晶,非晶/微晶(a-Si,a-Si/c-Si),First Solar， US,United Solar(8%) ,EPV(56%) US,Kaneka, Sharp ( 810%) Japan,LG, 周星(9.6%) 韩国,铜铟系(CIS,CIGS),金属薄膜,正泰(9.0%),天威(67%),新奥(88.5%),金太阳(8%),尚德(67%),百世德(88.5%) 中国,Leybold Optics(9.5%) German,JST German,山东孚日股份 中国,5,1975年Spear等在非晶氢硅中实现可控掺杂， 1976年美国RCA实验室制成了世界上第一个非晶硅太阳电池效率2.4% 1980年日本三洋电器公司利用非晶硅太阳电池制成袖珍计算器； 1987年掺C, 掺Ge,光陷阱工艺非晶硅电池转化效率达12%(Initial)；面积从0.1M2 发展到0.3M2 , Module 功率14W( stable Eff 5%) 1988年与建筑材料相结合的非晶硅太阳能电池投入应,二 、硅基薄膜太阳电池的发展,History,Today,实验室: Triple 电池 15.3% 产业化: 非晶硅/微晶硅叠层电池 G5 (1.1*1.3M2) 9.6% G8.5(2.2*2.6M2) 8.5%,6,硅基薄膜太阳电池的技术发展,EPV, Oerlikon, AMAT,EPV,EPV 泉州金太阳Unit-solar,Oerlikon AMAT Kanaka Sharp,?,BestSOLAR Confidential,三、硅基薄膜电池优缺点 优点: 耗材少: 硅薄膜太阳电池的厚度在2m左右其厚度只有晶硅电池的1% 能耗低:硅薄膜电池制备工艺200OC 左右，而晶体硅核心工艺需要1000OC 无毒，无污染 更多的发电量 a.良好的弱光性:使得在阴雨天比晶体硅电池有多10%左右的发电量 b.高温性能好:温度系数低,使得薄膜电池在高温工作状况下同样有比晶体硅电池 高的发电量 美观、大方 电池组件的颜色与建筑物的颜色比较容易匹配，美化室内外 环境，加 上精细、整齐的激光切割线，使建筑物更加美观、大方，更有魅力。 应用稳定性更好 由于非晶硅太阳电池的电流密度较小,热斑效应不明显，所以，使用起来更加方便、可靠。 能源回收期短 成本低且下降空间大,缺点 前期资金投资大 光致衰退(S-w效应) 效率偏低,设备、原材料国产化 减薄非晶硅层, 改善光衰 叠层电池如非晶硅/微晶硅,改善光衰,提高效率 改善各层材料间界面性能，提高功率 新产品的开发、新材料、新工艺,解决方案,硅基薄膜太阳电池缺点以及应对,四 、非晶硅的光照衰退(Staebler-Wronski效应),光致衰退现象：非晶硅电池在强光下照射数小时，电性能下降并逐渐趋于稳定；若样品在160下退火，电学性能可恢复原值(S-W效应) 非晶硅制造过程中Si-Si弱键的作用,薄膜太阳电池LID测试 ( IEC认证),资料来源:应用材料,光老化试验,测试环境,标准条件（STC） 光强：光功率密度为1000W/m2 光谱特征：AM1.5 环境温度：25,五、电池的光电转换效率计算,光谱特征：AM1.5,cos=2/3 (48.2o) AM1.5=1/cos,Light,Eff =Pm/（1000W/m2组件面积) 例如公司电池片输出功率为480W，面积为5.7m2 ， 则效率=480/(1000*5.7)=8.42% Stable Eff & Initial Eff 初始最大输出功率 稳定最大输出功率 (初始功率-稳定功率)/初始功率,组件效率Eff计算,Initial Eff,Stable Eff,LID,SOL: I-V曲线指标介绍(Q-size),名词解释,Pm：在标准环境下的输出功率，等于Vm*Im Voc：为电池片在不带任何负载下的电压 Isc：为电池片正负极短路条件的电流 Vm：为最大输出功率时对应的电压 Im：为最大输出功率时对应的电流 FF：为Pm/(Voc*Isc) Rs：表征电池内部的串联电阻 Rsh：表征电池元之间的并联电阻,六、 薄膜电池工艺简介,叠层电池结构,SiO2(2040nm),TCO(7001000nm),a-si(300nm),SiO2(100nm),c-Si(1.7m),AZO(100nm),Ag (130200nm),ITO(In2O3:Sn) 氧化铟(锡),FTO( SnO2:F) 掺氟氧化锡,ZAO (ZnO: Al) 掺铝氧化锌,其他 (GAO,ATO, ),TCO( transparent conductive oxide) 透明导电氧化物的分类,TCO简介,ITO(In2O3:Sn) 氧化铟(锡),1、应用范围,主要平板显示器、液晶显示、触摸屏,薄膜太阳能电池(CIGS、HIT),缺点: 成本高，热性能较差 (耐还原性差, 在等离子体下易被还原),2、制备方式,DC-磁控溅射,RF-磁控溅射,电子束蒸发,磁控溅射,FTO( SnO2:F) 掺氟氧化锡,1、应用范围,薄膜太阳能电池,缺点: Sn4+易被氢离子还原,2、制备方式: APCVD法,在线式APCVD(浮法线) AGC (Asahi float glass) , NSG,离线式APCVD(离线式),优点: 成本低,制备技术相对成熟,耐热性能好,ZnO:Al(ZAO)氧化锌,1 、应用范围,a-si; uc-si; a-si/uc-si,优点: 稳定性好;近红外高透过率,不受氢离子还原作用,2、制备方式,磁控溅射+制绒 ( leybold optics, PIA Nova, 信义玻璃 ),缺点：成本较高,产品有待验证,TCO与薄膜太阳能电池的关联,薄膜太阳能电池,Sunlight,glass,-,TCO用于薄膜电池的前电极,TCO作为薄膜电池前电极的性能要求,透光性: 可见光 (Transimission)80%,表面绒面度: (Roughness) 1215%,面电阻 R 913 ,更低的成本,薄膜太阳能电池的未来,TJ Cost: - 40%,26,更高的效率,非晶硅/微晶硅电池的未来结构,光捕获(Light Trapping)示意图,单位基础常识,微米 1um10-6 m（米） 纳米 1nm10-9 m（米） 埃米 1 10-10 m（米） 赫兹1Hz1/T （T