太阳能电池概况

1、太阳能电池太阳能电池 主要内容主要内容 v太阳能电池的发展历史太阳能电池的发展历史 v太阳能电池市场状况及趋势太阳能电池市场状况及趋势 v太阳能电池定义和分类太阳能电池定义和分类 v太阳能电池的结构及工作原理太阳能电池的结构及工作原理 v太阳能电池的生产工艺太阳能电池的生产工艺 v太阳能电池的应用太阳能电池的应用 1.太阳能电池的发展历史太阳能电池的发展历史 1954 1954年世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实验室问世，幷首先应年世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实验室问世，幷首先应 用于空间技术。当时太阳能电池的转换效率为用于空间技术。当时太阳能电池的转换效率为8 8。1973197

2、3年世界爆发石年世界爆发石 油危机，从此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近油危机，从此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近1010几年来，随着几年来，随着 世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，太阳能电池的清洁性、安全世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，太阳能电池的清洁性、安全 性、长寿命，免维护以及资源可再生性等优点更加显现。一些发达国家性、长寿命，免维护以及资源可再生性等优点更加显现。一些发达国家 制定了一系列鼓舞光伏发电的优惠政策，幷实施庞大的光伏工程计划，制定了一系列鼓舞光伏发电的优惠政策，幷实施庞大的光伏工程计划， 为太阳能电池产业创造了良好的发展机遇和巨大的市场空间，太阳能电为

3、太阳能电池产业创造了良好的发展机遇和巨大的市场空间，太阳能电 池产业进入了高速发展时期，幷带动了上游多晶硅材料业和下游太阳能池产业进入了高速发展时期，幷带动了上游多晶硅材料业和下游太阳能 电池设备业的发展。在电池设备业的发展。在1997199720062006年的年的1010年中，世界光伏产业扩大了年中，世界光伏产业扩大了2020 倍，今后倍，今后1010年世界光伏产业仍以每年年世界光伏产业仍以每年3030以上的增长速度发展。以上的增长速度发展。 世界太阳能电池发展的主要节点世界太阳能电池发展的主要节点 v1954 美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，

4、效率为6 v1955 第一个第一个光伏航标灯光伏航标灯问世，美国问世，美国RCA发明发明Ga As太阳能电池太阳能电池 v1958 太阳能电池首次装备于美国先锋太阳能电池首次装备于美国先锋1号卫星，转换效率为号卫星，转换效率为8。 v1959 第一个单晶硅太阳能电池问世。第一个单晶硅太阳能电池问世。 v1960 太阳能电池首次实现太阳能电池首次实现并网并网运行。运行。 v1974 突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到18。 v1975 非晶硅及带硅太阳能电池问世非晶硅及带硅太阳能电池问世 v1978 美国建成美国建成100KW光伏电站光伏电站 v1980

5、 单晶硅太阳能电池效率达到单晶硅太阳能电池效率达到20多晶硅为多晶硅为14.5，Ga As为为22.5 v1986 美国建成美国建成6.5KW光伏电站光伏电站 v1990 德国提出德国提出“2000光伏屋顶计划光伏屋顶计划” v1995 高效聚光高效聚光Ga As太阳能电池问世，效率达太阳能电池问世，效率达32。 v1997 美国提出美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划，日本提出克林顿总统百万太阳能屋顶计划，日本提出“新阳光计新阳光计 划划” v1998 单晶硅太阳能电池效率达到单晶硅太阳能电池效率达到24.7，荷兰提出，荷兰提出“百万光伏屋顶计划百万光伏屋顶计划” v2000 世界太阳能电

6、池总产量达世界太阳能电池总产量达287MW，欧洲计划，欧洲计划2010年生产年生产60亿瓦光伏亿瓦光伏 电池电池 并网发电系统及工作原理 光伏航标灯 2.太阳能电池市场状况及趋势太阳能电池市场状况及趋势 2.1 太阳能电池的市场状况太阳能电池的市场状况 1998年以前，单晶硅电池占世界光伏生产的主导地位 其次是多晶硅电池。从1998年开始，多晶硅电池开始 超过单晶硅跃居第一。非晶硅从20世纪80年代初开 始商业化生产，但由于效率低和光衰减问题，市场 份额增加不快。CdTe电池从20世纪80年代中期开 始商业化生产，市场份额增加缓慢，除技术因素外， 人们对Cd的毒性的疑虑也是原因之一。 CIS电

7、池的 产业化进程比较缓慢，原因是生产过程中化学剂量 比难以控制，大面积均匀性和重复性较差。 2.2太阳电池的未来发展趋势太阳电池的未来发展趋势 2.2.1 商业化趋势商业化趋势 v 1998年以前，单晶硅电池占市场主导地位，其次是多晶硅年以前，单晶硅电池占市场主导地位，其次是多晶硅 电池。电池。 v 从从1998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。 v非晶硅从非晶硅从80年代初开始商业化，由于效率低和光衰减问题，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。市场份额先高后低。 v CdTe电池从电池从80年代中期开始商业化生产，市场份

8、额增加缓年代中期开始商业化生产，市场份额增加缓 慢，慢，Cd的毒性是原因之一；的毒性是原因之一； vCIS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，In是是 稀有元素；稀有元素； v Sanyo公司公司a-Si/c-Si电池商业化仅两三年，发展迅速电池商业化仅两三年，发展迅速 20012001、20022002年各种电池的市场份额和开始商业化时间年各种电池的市场份额和开始商业化时间. . 电池技术市场份额 %商业化时间 单晶硅35.1329.46 70初(地面应用) 多晶硅47.3354.44 70年代末 非晶硅8.625.580年代初 A-Si/

9、c-Si(n)4.615.990年代末 带硅3.483.380年代中 薄硅/陶瓷0.260.390年代中 CdTe0.390.380年代中 CIS0.18/00年代初 2001、2002年太阳电池的产量及份额年太阳电池的产量及份额 2001 2002 v mc-Si 184.85 47.33% 278.9 54.44% v Sc-Si 137.18 35.13% 150.91 29.46% v a-Si 33.68 8.62% 28.01 5.5% v a-Si/Cz 18.0 4.61% 30.0 5.9% v RibbonSi 13.6 3.48 % 16.9 3.3% v CdTe 1.

10、53 0.39% 1.6 0.3% v CIS 0.7 0.18% - v Si/LCS 1.0 0.26% 1.7 0.3% v C-Si/Sc-Si 3.7 0.7% 2.2.2 技术发展趋势技术发展趋势 2.2.2.1 硅基电池硅基电池: v 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(以石英砂以石英砂 形式存在形式存在)； v 环境友好；环境友好； v 电池效率高，性能稳定；电池效率高，性能稳定； v 工艺基础成熟。工艺基础成熟。 v 硅基电池是目前光伏界研究开发的重点、热点晶硅硅基电池是目前光伏界研究开发的重点、热点晶硅 电池的产业化技术电池的产业化技术 硅

11、基薄膜电池硅基薄膜电池 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：TiO2，SiNx, H、SiO2, a-Si 。 高效陷光技术：减反射，表面织构化，背反射等，高效陷光技术：减反射，表面织构化，背反射等， 选择性发射区选择性发射区(前前)， 背表面场背表面场(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； 如硅片如硅片 薄化及其工艺，薄化及其工艺， 材料的国产化和提高性能；

12、材料的国产化和提高性能； 硅基薄膜电池硅基薄膜电池 低温过程低温过程(PECVD) 900,多晶硅基薄膜电池，廉价衬底；多晶硅基薄膜电池，廉价衬底； 2.2.2.2 2.2.2.2 化合物电池化合物电池 v 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，S S代代SeSe v CdTe CdTe电池：提高效率，大面积重复性电池：提高效率，大面积重复性 v 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 解质，解质， 提高效率，大面积重复性提高效率，大面积重复性 v 有机电池有机电池 高效电子受体高效电子受体 和给体以及材

13、料，提和给体以及材料，提 高效率高效率 3.3.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，尚处在理论探索、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概念研究和验证阶段。 3.太阳能电池定义和分类太阳能电池定义和分类 太阳能电池，太阳能电池，又称光伏器件又称光伏器件，是一种利用光是一种利用光 生伏特效应把光能转变为电能的器件。它是生伏特效应把光能转变为电能的器件。它是 太阳能光伏发电的基础和核心。太阳能光伏发电的基础和核心。 太阳能电池分类太阳能电池分类 按结构按结构 分类分类 同质结同质结 太阳电池太

14、阳电池 异质结异质结 太阳电池太阳电池 肖特基肖特基 太阳电池太阳电池 按材料按材料 分类分类 硅太阳硅太阳 电池电池 敏化纳米晶敏化纳米晶 太阳电池太阳电池 有机化合物有机化合物 太阳电池太阳电池 塑料塑料 太阳电池太阳电池 无机化合物无机化合物 半导体半导体 太阳电池太阳电池 按光电转换按光电转换 机理机理 传统传统 太阳电池太阳电池 激子激子 太阳电池太阳电池 4.太阳能电池的结构及工作原理太阳能电池的结构及工作原理 太阳能电池的结构 太阳能电池发电原理 5.太阳能电池的生产工艺太阳能电池的生产工艺 导电玻璃导电玻璃 膜切割膜切割 清洗清洗 检测检测 镀铝电极镀铝电极 沉积沉积PN结结

15、老化老化 检测检测 封装封装 成品检测成品检测 太阳能电池组件生产工艺太阳能电池组件生产工艺 组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没 有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电 池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电 池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的 关键，所以组件板的封装质量非常重要。关键，所以组件板的封装质量非常重要。 流程

16、：流程： 1 1、电池检测、电池检测22、正面焊接并检验、正面焊接并检验33、背面串接并检验、背面串接并检验44、 敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）55、层、层 压压66、去毛边（去边、清洗）、去毛边（去边、清洗）77、装边框（涂胶、装角键、装边框（涂胶、装角键、 冲孔、装框、擦洗余胶）冲孔、装框、擦洗余胶）88、焊接接线盒、焊接接线盒99、高压测试、高压测试 1010、组件测试、组件测试外观检验外观检验1111、包装入库、包装入库 工艺简介工艺简介 v电池测试电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池：由于电池片制作条件的随机

17、性，生产出来的电池 性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组 合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通 过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。 以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。 v正面焊接正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上， 汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点汇流

18、带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点 的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用 红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2 2倍。多出倍。多出 的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连 v背面串接背面串接：背面焊接是将：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件片电池串接在一起形成一个组件 串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个 膜具板，上面有膜具板，上面有

19、36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的 大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不 同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池前面电池”的正的正 面电极（负极）焊接到面电极（负极）焊接到“后面电池后面电池”的背面电极（正极）上，的背面电极（正极）上， 这样依次将这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。 v层压敷设层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃：背面串接好且经过检验合格后，将组件

20、串、玻璃 和切割好的和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好， 准备层压。玻璃事先涂一层试剂（准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和）以增加玻璃和 EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位 置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次： 由下向上：玻璃、由下向上：玻璃、EVA、电池、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。、玻璃纤维、背板）。 v组件层压组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组：将敷设好

21、的电池放入层压机内，通过抽真空将组 件内的空气抽出，然后加热使件内的空气抽出，然后加热使EVAEVA熔化将电池、玻璃和背板熔化将电池、玻璃和背板 粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关 键一步，层压温度层压时间根据键一步，层压温度层压时间根据EVAEVA的性质决定。我们使用的性质决定。我们使用 快速固化快速固化EVAEVA时，层压循环时间约为时，层压循环时间约为2525分钟。固化温度为分钟。固化温度为 150150。 v修边修边：层压时：层压时EVAEVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边

22、， 所以层压完毕应将其切除。所以层压完毕应将其切除。 v装框装框：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加 组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。 边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连 接。接。 v焊接接线盒焊接接线盒：在组件背面引线处焊接一个盒子，以：在组件背面引线处焊接一个盒子，以 利于电池与其他设备或电池间的连接。利于电池与其他设备或电池间的连接。 v高压测试高压测试：高压测试是指在组件边框和电极引

23、线间：高压测试是指在组件边框和电极引线间 施加一定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度，施加一定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度， 以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损 坏。坏。 v组件测试组件测试：测试的目的是对电池的输出功率进行标：测试的目的是对电池的输出功率进行标 定，测试其输出特性，确定组件的质量等级。定，测试其输出特性，确定组件的质量等级。 组件高效和高寿命如何保证：组件高效和高寿命如何保证： v高转换效率、高质量的电池片高转换效率、高质量的电池片 ； v高质量的原材料，例如：高的交联度的高质量的原材料，例如：高的交联度的EVAEV

24、A、高粘结强度的、高粘结强度的 封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等；封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等； v合理的封装工艺合理的封装工艺 v员工严谨的工作作风；员工严谨的工作作风； 由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题， 一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂 而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理 的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。的制作工艺外，员工的

25、认真和严谨是非常重要的。 6.6.太阳能电池的应用太阳能电池的应用 上世纪上世纪6060年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技 术术通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过 程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加 亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太 阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、 光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保 护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速 公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统 及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与 建筑系统的结合已经形成产业化趋势建筑系统的结合已经