薄膜太阳能电池技术产业化发展现状

1、晶硅电池与CdTe薄膜电池对比 晶硅电池 技术陈旧1954年 高能耗高碳排放量 电池材料厚度100-300卩m禁带宽度112 ev电压 低 成品率低 40 生产过程几小时左右 透光性差 市场份额递减 2015 欧盟停用 成本16美元W CdTe薄膜电池2003年低能耗湿法冶金 08-3卩m 152 ev有高压潜能90 30-45 mi ns 透光性好 BIPV市场 份额激增中国2GW成本087美元W 沉积PIN层的工作气体P层硅 烷SiH4硼烷B2H6甲烷CH4高纯氩Ar高纯氢H2 I层硅烷SiH4高 纯氢H2 N层硅烷SiH4磷烷PH3高纯氩Ar高纯氢H2最具广泛应用 潜力的三种薄膜材料 非

2、晶 Si CIGSCuInGaSe 碲化镉 CdTe 多源共 蒸发法PVD镉 是人体非必需兀素在自然界中常以化合物状态存在一一 般含量很低正常环境状态下不会影响人体健康镉和锌是同族元素在 自然界中镉常与锌铅共生当环境受到镉污染后镉可在生物体内富集 通过食物链进入人体引起慢性中毒镉被人体吸收后在体内形成镉硫 蛋白选择性地蓄积肝肾中其中肾脏可吸收进入体内近 13的镉是镉中 毒的靶器官 其它脏器如脾胰甲状腺和毛发等也有一定量的蓄积由于 镉损伤肾小管病者出现糖尿蛋白尿和氨基酸尿特别具使骨骼的代谢 受阻造成骨质疏松萎缩变形等一系列症状 中国 政府态度 CdTe制备工艺近距升华法碲化镉薄膜太阳能电池电力系

3、统需要稳定性一般情况下三种技术工作稳定性的对比 实际工作环境下性能参数对比 技术 光 照强度低 高温环境 组件转换率 非晶硅 - 晶体硅 - - 碲化镉 电网中的太阳能电力成本比较 目前从经济效益上看晶体硅太阳能电平均值 铜铟镓硒 - -根据EUPD200年调查报告 美国力价格和传统电网电力价格比尚无竞争力碲化镉有实现平价上网电 价的可能 美国电网平均电价0086美元度 美国备用电网平均电价 022 美元度 美国平均晶硅太阳能电价 027美元度 内华达12MV碲化镉电站电价0075 美元度 美国能源部对太阳能发电的期待价格是010美元度碲化镉薄膜太阳能电池是近期最好的技术 最优化的单质结能带理

4、论Eg 156 eV 实际Eg 135 - 140 eV直接能带 节约原料和成本 3 mm 2009 和硅系材料厚度 100-300 mm相比 阳光吸收指数最高95以上 材料的结构和处理过程简单 碲 化镉是 2 种材料的合成比铜铟镓硒 4 种元素合成简单 系统工作稳定 性好 已进入大规模工业化生产 First Solar 从产能市值 数据对比 看资本市场的态度 排名 企业 产能 股价 市值 3 无锡尚德 STP 590MW 1092 196B 7江西赛维 LDK 360MW 595 078B 11保定英力 YGE 400MW 1208 180B 12 南京中能 CSUN 390MW 385 0

5、17B 14 上海京澳JASO 175MW 608 098B 总计 1915MW 499B 4 First Solar 484MW13321 1136B 美国过去 3年中铜铟镓硒薄膜太阳能电池大规模的风险资金投入Solyndra6亿美元CMEARedpoi n等Nanosolar5亿美元LarryPage 等 Miasole3 亿美元KPCBfirelake等SoloPower 23 亿美元 Convexa 等Sulfurcell17亿美元 Intelmasdar等 全部是CIGSBIPV市场应用举例 功能性薄膜太阳能电站 集群式小型薄膜太阳能电站 建筑一体化太阳能幕墙停车场 纳斯达克大楼太阳

6、能幕墙 幕墙式太阳能电站 纽约旅馆太阳 能光伏幕墙 分析碲化镉太阳能电池板结构 背电极 P 极- 碲化镉 N 极- 硫化镉 导电氧化膜基板玻璃 光发生率 基材玻璃占成本的 53碲化镉及辅助原料占成本的 47 碲化镉组件拥有非常高的转换率提升 潜力 中期目标 转换率 Time Line 2009 2013 2015 11 12 15 当前 水平 近期优化 18 未来预计 2011 镀层优化 提升玻璃透光性 持 续的改进 优化刻槽技术 全新的电池和储能装置设计 国际光伏技术 提升路径 国际市场对未来碲化镉电池尺寸要求 碲化镉技术可以适 应浮法玻璃尺寸优化边缘 32m x 60m 未来 12m x

7、16m 当前 06m x 12m 中试 2015 尺寸 年 2000 2010 2005 中国的光伏建筑一体化市 场的前景 目前中国有大约 500 亿平方米的建筑表面如果我们能将 10 的建筑面积转化为光伏建筑一体化材料将是250 GW的市场以目前世界产能需要生产 20 年 如果只是将现有每年新建建筑的 1 的外墙建 筑面积转化为光伏建筑一体化材料将是2GW的市场目前的光伏建筑一体化材料尚无国际和国内标准谁创造标准谁主导市场 碲化镉太 阳能电池发展的 2 个误区 误区 1 碲原料稀缺无法保证碲化镉太阳能 电池的不断增产的需求 在过去碲是以铜铅锌等矿山的伴生矿副产品 形式也就是矿渣以及冶炼厂的阳

8、极泥等废料的形式存在碲化镉太阳 能电池的不断成长的市场需求无法得到原料的保证 答案中国四川发 现了世界上唯一的独立存在的碲矿目前已探明的储藏量为 2000 多吨 已经可供全球可用 50年碲化镉电池每瓦用量为 01克瑞士银行的分析 报告 碲化镉太阳能电池的 2 个误区 误区 2 碲化镉太阳能电池在生产 和使用过程中的万一有排放和污染危害环境怎么办 太阳能级高纯碲 化镉是由高纯碲和镉在高温密闭的惰性气体还原性气体和真空 环境 中反应得到的反应容器为石英管在这一反应过程中通过回收清洗液 中的碲和镉回收使用过的碲化镉太阳能电池可实现零排放美国国家 实验室做过碲化镉高温燃烧试验温度为 760-1100

9、度试验发现在火灾 发生时每 100 万千瓦释放的镉总量极限为 001 克目前的火力发电厂排 放的镉大大高于碲化镉电池 生产一节镍镉电池需用 10 克镉而峰值 功率 100瓦的一平米太阳能电池仅用 7 克镉每产生一度电镍镉电池需 消耗 3265毫克金属镉而碲化镉太阳能电池仅需 13 毫克二者相差 2000 倍 碲化镉不是单独的镉元素碲化镉是稳定的 答案同镉在其他方面 的应用相比镉在碲化镉太阳能电池中的应用是最安全和环保的目前 还没有对环境有危害的报道 碲化镉电池的政府支持 碲化镉太阳 能电池技术以他特有的优势得到了多国政府支持 美国政府支持开 放市场多个发电厂 德国政府支持欧盟奖多个建设项目 中

10、国政府支 持建立世界最大的电站 日本政府支持曾经禁止现在重建发电站 First Solar 公司的历史经验 历史变迁 哈纳德博士 1948 年代建立 玻璃公司研发生产钢化玻璃和弯曲玻璃电视机用玻璃结果遇到 50 年 代美国汽车工业迅速发展挖到第一桶金 69 年成为世界第三大电视机 和汽车玻璃生产商 哈纳德博士 1971 年建立 GT 玻璃技术公司专门 做汽车钢化玻璃 哈纳德博士 1984 年 建立 GT 太阳能公司生产薄膜 太阳能电池先做硅薄膜后来放弃 87 年把 GT 玻璃公司卖了一亿美金专心做碲化镉薄膜太阳能电池 由于几次濒临破产 99 年 沃尔玛 约 翰沃顿投资 4000万美金改名 Fi

11、rst Solar 2006年 12月上市 2009年 成为世界第一大薄膜太阳能电池生产商 四方面因素帮助 First Solar 成功 1 技术和人才积累 虽然第一太阳能 99 年成立但技术 贮备从 50 年代就开始了尝试过多种技术方法还是玻璃制造业的专家 2 耐心的投资人 沃顿于 99 年投入 4000万美金 和公司一起渡过头 几年的艰难a name二baidusnapOv/a岁月/B没有像普通风投 3-5 年必须套现而是坚持开发和生产公司于 2006年 12月上市目前公司市 值 128亿美金 320倍回报 4 方面因素帮助成功 3 独特的开发思路 公司开发的工艺和方法适合于大规模量产不求

12、转化率最高但求最有 竞争力先占领市场再不断提高工厂以快速复制为主 4 坚持 镉元 素有毒但碲化镉无毒碲资源当时稀缺但现在不稀缺大部分企业没有 信心但 First Solar 坚持不断改进工艺减低耗材并创立产品用后回收 制度即让用户放心碲化镉的排放问题又得到碲原料再利用的额外收 益 碲化镉薄膜太阳能电池产业化的意义 减低碳排放将低层次过剩 产能改造成高效导电玻璃生产基地为全世界的太阳能电池行业提供 基材利用中国独有的碲原料优势成为世界碲化镉薄膜太阳能电池的 领导者为人类造福 开发符合发展我国具有独立自主知识产权的技术 和标准从而使我国碲化镉薄膜太阳电池产业快速步入世界先进行列 领导并建立中国国家

13、行业标准占领产业制高点 开发符合我国实际和 现实需求的具有自主知识产权的成套工艺技术和关键设备制造技术 快速扩大市场 将我国的重金属污染的劣势转化为经济优势解决矿山电解厂冶炼厂的废料回收和污染问题 First Solar 将在内蒙古建设 世界最大的2000 MW CdTe太阳能发电站200911 薄膜太阳能电 池技术产业化发展现状 1954 年 美国贝尔实验室制造出 第一块商用太阳能电池 1954 年 2009 年 世界人口 27亿 67亿 5千万 25 倍 石油价格 28 美元桶816美元桶 29 倍 汽车数量 5 千万辆 2 亿 7千万辆 54 倍 美国开发多样化的能源资源 来满足不断成长

14、的能源需求 美国的能源结构 美国能源部 2009 年 5月公布统计数据 美国政府的观点 在未来的十 年中美国会面对更高的油价 绿色能源将引发一场新的工业革命美国 要想继续保持世界领袖地位必须成为新能源领域的领导者 美国必须 制定更为严格的二氧化碳排放政策 奥巴马政府必须制定一系列新政 策为美国的绿色能源建设打下政策基础保证政策不变 美国政府目前 的对策 美国在未来 1 0年将投资 1500亿美元建立清洁能源工业 美国 通过了新的 2009年二氧化碳税法案 1 5美元吨每年增加 1 0美元税率 5年后每年增加 1 5美元税率对进口产品同样适用 美国政府强制大型 电力公司在其产品中必须有 10-2

15、4 以上电力来自的再生能源 美国联 邦和州政府为安装太阳能系统的所有家庭用户提供 50 以上的补贴 美国政府的具体措施 现有电网的强制性再生能源比例 美国太阳能行业的几个数据 投资 2001-2010 年的太阳能相关半导体行业风险投资资金为 45 亿美元比 以往增加 1100 而对传统的半导体行业的投资则减少了 30 企业美 国太阳能企业有 200 多家大部分 2005年后成立 增长 2001-2008 年对太阳能行业年增长率超过40市场容量从2000年的300 MW增加到 2010 年的 75 GW 售价 硅系太阳能板的零售价 2002 年 75 美元瓦 降 到2008 年3 美 元 瓦20

16、09年18美元瓦2010年 17美元瓦 太阳能电池的终极目标和技术解决思路 太阳能电 池的终极目标 A 真正清洁能源 B 社会可负担的价格 举例 如果 要产生1G心个核电机组的电力需要大约面积为 5平方公里大小的 太阳能电池板阳光的能量密度约 1KWm到达地面只有70而其中只有 部分能量可以转换为电力 20 可以认为是非常好的商用转换率土地和 系统都有成本 要取得好的成本效益目前的技术有只 2 种解决思路1 电池的面积降到最小 2 电 池 的 成 本 降 到 最 低 为使电池面积最小研制聚焦型太阳能电池 高倍聚焦的太阳能发电 系统 80 国内最好的聚焦系统 3KW 38 核心技术 为使成本最低

17、研制 薄膜太阳能电池 应该对昂贵的半导体材料的消耗要少 110 材料消耗 少 应该非常适合高度自动化的生产过程 工艺成本低 应该在产品 达到生命周期后可以回收再用额外收益大 硅和薄膜太阳能电池产业 链比较第一代硅光太阳能电池制备工艺 Chronar美国PECVD三种 薄膜技术的优缺点 -1 非晶硅薄膜太阳能电池 优点 硅薄膜沉积温度 低可直接沉积在普通基材上 适合生产大面积太阳能电池 56 平米左 右 和晶硅太阳能电池比节约原料 缺点 转换效率低 7-8 左右 工艺 成本太高生产线造价 1-12 亿美金 技术瓶颈 沉积速度慢 光诱导衰减问题是大难题目前无根本解决方法非晶硅薄膜太阳能电池三种薄膜

18、技术的优缺点-2铜铟镓硒薄膜太阳能电池 优点 多晶异质结薄 膜太阳能电池反对的人少4个元素安全环保稳定 目前实验室转换效 率高199世界纪录缺点技术多样无标准工艺方法4元化合物工艺 复杂沉积速度慢成本高技术瓶颈材料处理工艺问题是大难题大面 积镀膜的均匀度问题目前无很好解决方法CIGS铜铟镓硒薄膜太阳能电池 三种薄膜技术的优缺点-3碲化镉CdTe薄膜太阳能电池 优 点 第一种在工业规模上成本大大优于所有其他材料的太阳能电池技 术2010生产成本仅为080美元W和太阳的光谱最一致可吸收 95以 上的阳光低能耗无污染生命周期结束后可回收强弱光均可发电复杂环境条件下表现好 目前实验室转换效率173目前工业化转换效率 114理论效率应为28缺点产品面世时间短原材料特性认识不充分问 题 技术瓶颈提高Voc研发出提高转换效率的工艺方法仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u