薄膜太阳能电池及制造工艺.

1、薄膜太阳能电池及制造工艺I.太阳能电池技术及光伏产业背景知识地球天然资源有限，物以稀为贵，原油价格将持续飕涨全球能源短缺，而且分布不均匀，尤其是发展中国家能源匮乏。NASA拍摄的地球夜晩卫星图片温室效应使地球平均气温持续升高1928年与2004年阿根廷的冰川消退对照京都议定书的实施，世界各国降低温室气体排放，实行减碳 措施，重视地球环保，开发洁净新能源刻不容缓。能源消费结构不合理一煤炭比例过高69.7%气 炭油电然电他 煤石水天核其2006年中国一次能源消费构成Z1电力缺口逐年增加2.3% 7.7%2.4% 匚一2010#14.6%煤电 大水电核电气电 铁口4.8严 82%15.3%2020年

2、中国未来电力发展的预测（中国电力科学院）能源 水 食物 环境 贫穷 战争 疾病 教育 民主政治 人口人类未来50年面临的十大问题，以“能源”问题为首。我们可以怎样解決能源危机?1 增加及改善能源（煤、石油、天然气）的生产2. 节约及保护能源3.利用其它能源（町再生能源）A.煤非再生能源(Non-renewable energy)B.石油缺点：有限资源；价格昂贵；环境破坏。节约及保护能源把不需要的电器用品关掉。减少在夏季使用冷气的机会。尽量使川公共交通工貝。使用节省能源的汽車或机器。寻找新型清洁能源是解决问题的唯一途径可再生能源 不断补充(Constantly replenishing) 用Z不

3、竭(Inexhaustible)分类太阳能、风能、生物能、地热能、水利发电、氢能、海洋能使用其它能源(再生动力资1i)水力发电(H.E.P)风力发电(Wind Power)地热能发电太阳能发电潮汐发电可再生能源的优点环保(Environmental benefits) 可持续(Sustainability) 能源安全(Energy security)140010006002002000 202020402100太阳能的优点:1、数量巨大：太阳能够给地球提供惊人的能量。太阳给地球15天提供的能量相当于全球可 供开釆石油的总最（3万亿桶）。太阳给地球1小时的能量可供全球人类使用 一年。太阳提供给地

4、球1秒钟的能量，相当于2008 年汶川&U级地震所释放的能量。地球上几乎所有地方都能使用太阳能。 太阳能：唯一的兆兆瓦量级再生能源!2、时间长久：太阳能发电在全球未来能源结构中扮演着重要的地位。 太阳能：取之不尽，用之不竭！能潭年消费量EJ/a地热能撷K它可再牛能滋太阳能供热 太阳能发电14.力生物质能（规代）生伤质能（传统）I水力榜能天然气 煤炭 石油世界能源发展趋势3、普照大地太阳辐射能“送货上门”，既不需要开采和挖掘，也不需要运 输。普天之下，无论大陆或海洋，无论高山或岛屿，都一视同仁“。 既无”专利“可言，也不可能进行垄断，开发和利用都极为方便。世界太阳能资源地图4、清洁安全对防止地球

5、温暖化，减轻对地球环境的贡献从太阳能发电系统 排放的二氧化碳，即使是考虑其生产过程的排放量，也绝对少于 传统的燃料发电设备，是防止地球温暖化的环保设备。同时在发 电时，不排放氧化硫，氧化氮等污染物，减轻了对环境的压力。太阳能素有“干净能源”和“安全能源”之称.它不仅毫无污染，远比常规 能源清洁；也毫无危险，远比原子核能安全.例：3 k W太阳能发电系统对环境污染物的削减量石油替代量：729L/年V丿减排放CO?能力：540kg-C/年森林面积换算:5544m2WpPcnverYieldThroughputUptime对能源和节能的贡献太阳能电池2. 2年的发电量即可收回制造太阳能电池时使用的电

6、力Moneyall%Matenal Cost三分之二的国土面积年日照小时数在2200小时以上 年太阳辐射总量大于每平方米5000兆焦.中国太阳能资源分布1W况中国有12%国土面积为沙漠或戈壁滩，这些地区年日照小时数在 3200小时以上，如果在这些地区全部安装太阳能电池发电，其电力 足于供给全球使用.其发展潜力远远没有挖掘出来.a3心疇Z d/U,& 2込丁注叫睜严JU科诈砂j中国沙漠戈壁分布情况太阳能的利用太阳能的利用可以分为两种：即光-热转化利用和光-电转化利用。太阳能集热器太阳能热水系统暖房太阳能灶太阳能热水器太阳能电池原理太阳能电池(英文为Solar Cell)是一种利用太阳光直接发电的

7、 光电半导休薄片.它只要被光照射，瞬间就可输出电流。在物理学 上称为光伏(Photovoltaic )。简单的说，太阳光电的发电原理，是利用太阳电池吸收一定波 长的太阳光，将光能直接转变成电能输出的一种发电方式。电势1IJ太阳能电池技术发展: 第一代太阳能电池：结晶硅类，单晶硅、多晶硅太阳能电池。”第二代太阳能电池：薄膜太阳能电池，如硅基薄膜电池，C1GS薄膜等。尸第三代太阳能电池：量子点型新槪念，新结构的电池，如染料敏化电池，有机薄膜电池，纳米结构电池 等。”第四代太阳能电池：热电子型。107519801851&901&G5200020062010J来源:NREL,东北址券金融与产业研究所4

8、4太阳能电池转换效率世界记录高效太阳电池榜单岛睦电池：理论上限23%.实脸蚩最務效率25%,工业化丸规構生产效率1819%多晶戌电池：实脸童歳為效丰22%、 工业化大规槟主产效率1618%.非岛怪电池：卖脸童畝率14.5%工业化大规校生产效率5.59.5%.GaA$阳电池:实脸室效年32.2%.聚光条件下目询最為於平 42%.CdTe太阳电池：卖验圭木平16.8%,枇壹生8-10%CIGSt阳电池：卖脸臺放丰19.8%机董生A8-10%三种主要光伏发电技术比较技术路线实脸室最高 转换效率批童生产 效率组件成本 （美元/W）优缺点晶体硅太 阳能电池单晶硅24. 70%17%2.29硅耗大、成本高

9、多晶硅20. 30%16%2.25硅耗大.成本高薄膜太阳 能电池非晶硅薄膜电 池12. 80%6%-7%1. 0-1. 5硅耗小、投资大、有衰 减其他聚光太阳能电池40.70%30%3效率离、成本髙太阳能光伏术语：光伏(Photovoltaic, PV)光能到电能的直接转换太阳能电池(Solarcells)太阳能电池模组(Solar modules)太阳能电池板(Solarpanels)建筑光伏一体化(Building Integrated Photovoltaics, BIPV) 非品硅 (amorphous Silicon, a-Si )多晶硅(polycrystalline silico

10、n, p-Si)单晶硅(crystalline silicon, c-Si)铜锥I谏硒(Copper Indium Gallium Diselenide, CIGS)电池!组阵列 (Ol)TUV:德国菜茵技术监护顾问公司的简称，它的总部位于德国，是专门测试电子 产品安全的研究机构，TUV的测试依据是按照IEC与VDE所订的安规测试规范条例 测试，因其产品必须先取得TUV的安全认证后，才能在欧洲市场上销售.UL是英文保险商试验所(Underwriter Laboratories Inc.)的简写.UL安 全试验所是美国最有权威的，也是界上从事安全试验和鉴定的较大的民间机构. 它是一个独立的、非营

11、利的、为公共安全做试验的专业机构.在美国，对消费者 来说UL就是安全标志的象征。全球，UL是制造厂商最值得信赖的合格评估提供 者之一.“CE”标志是一种妥全认证标志，被视为制造商打开并进入欧洲市场的护照.CE代 表欧洲统一(CONFORMITE EUROPEENNE ) 凡是贴有“CE”标志的产晶就 可在欧盟各成员国内销售，无须符合每个成员国的要求，从而实现了商品在欧盟 成员国范围内的自由流通.在欧盟市场“CE”标志属强制性认证标志，不论是欧 盟内部企业生产的产品，还是其他国家生产的产品，要想在欧盟市场上自由流通, 就必须加贴“CE”标志，以表明产品符合欧盟技术协调与标准化新方法指令 的基本要

12、求.这是欧盟法律对产品提出的一种强制性要求.必须由总部位于欧盟 成员国的认证机构才可以签发证书.自80年代末以来，已有一批外资认证机构进 驻中国。系统简介部件名称：太阳能电池：吸收太阳能，将A阳能转换成直流电能； 控制器：控制希电池的充放电深度，延长萧电池使用寿命； 蓄电池：储存太阳能电池板产牛的电能，必要时，向负荷提供直流电力; 逆变器：将直流输入电力转换成交流电力输出。History - 1975Watered silicon too expensiveBreakthroughneeded1 11 1_ Thin filmsuJJConcentrationJ 丨 、1Remote1habi

13、tati onJSolar farmsHistory - 1975Wafered silicon too expensiveBreakthroughneeded,1zr1i11 1 11V iThin films11Conce ntrationLJU.S. D.O.E. wafered silicon programjWhat actually happenedISolar farmsResidential/commercial grid connectedRemotehabitationIssues today Silicon panels一 Past: 4accidentaP techno

14、logy一 Present: clear technology of choice, continued cost reduction一 Future: crossroads, but not going away Thin filmEfficiencies finally becoming competitiveBut there9s more to the story than just efficiencies 一 Best on big, commercial roofs with lots of space? Concentration一 No longer just thermal

15、-only一 But installers dont want moving parts一 Predicated on silicon being expensiveBenefits and drawbacksSilicon PVThin FilmConventional ConcentrationLow silicon consumpti on区00Low cost冈00High efficiencyE0Low main tenance00区All climates0Cost Development 2002 -2010fl Silicon fl Wafer fl Cell fl Modul

16、e44%20103403303003303002702702702702/0240240240210210210210210210180180400100125156156156156/210 mmlength of wafer edge199520002004200520062007pmdrhwpvcheatrqSSFfibtXjnsurfxe meetingsilicon pcnder pouringString RibbonEdge defined Film-fed Growthautxndled feeding of quartz pUtesSilicon Sheet from Pow

17、derRibbon Growth on SubstrateReduced wafer thickness overWafer thickness, produced industrially pm main thicknessSilicon foil technology developmentProcess to Product1 Thin-Film deposition of 10() meter plus rolls2. Cell / Submodule Manufacturing3. Module Finishing4. DeploymentProducts to MarketRugg

18、ed EnvironmentStandard Solar ModulesCommercial ProductsSilicon Cell Replacement一、非晶硅薄膜太阳能电池结构.制造技术简介1、电池结构分为：单结、双结、三结2、制遥技术三种类型： 单室，多片玻璃衬底制遗技术该技术主要以美BChronar. APS. EPV公司为代表 多室，双.片（或多片）玻璃衬底制逍技该技术主要以日本KANEKA公司为代表 卷绕柔性衬底制造技术（衬底：不锈钢、聚.酰亚胺） 该技术主要以美圉Un i -So I a r公司为代岚非晶硅薄膜太阳能电池结构、制造技术简介所谓“单室，多片玻璃衬底制造技术”就

19、是指在一个真空 室内，完成P、1、N三层非品硅的沉积方法.作为工业生产的设 备，重点考虑生产效率问题，因此，工业生产用的“单室，多片 玻璃衬底制适技术的非晶硅沉积，其配笠可以由X个真空室组 成（为1的正整数），每个真空室可以放Y个沉积夹具（Y为 1的正整4丈），例如：非晶硅薄膜太阳能电池结构、制造技术简介 1986年哈尔滨哈克公司、1988年深圳宇康公司从美国Ch rona r公司引进的内联式非晶硅太阳能电池生产线中非晶硅沉积 用6个真空室，毎个真空室装1个分立央具，毎1个分立夹具装4片 昼片，即生产线一批次沉积6x 1 x 4 = 24片基片，毎片基片面积 305mm * 915mm。 19 9 0年美国A PS公司生产线非晶硅沉积丿和个真空室