广东省产学研专项薄膜太阳电池

1、薄膜太阳电池用高纯金属材料制备关键技术及产业化2011-4-10广 东 省 产 学 研 结 合 项 目广东省工业技术研究院中南大学 中山大学中金岭南公司万达稀贵金属有限公司联合申请单位：汇 报 内 容汇 报 内 容第一部分 立项目的及意义第二部分 主要研究内容第三部分 项目实施基础、计划及保障措施第四部分 项目实施的预期效果第五部分 项目资金预算与筹措第一部分 立项目的及意义第一部分立项目的及意义立项目的立项目的 本项目旨在解决薄膜太阳电池用高纯金属材料制备关键共性技术，形成化学法、物理法深度去除杂质元素关键控制技术、薄膜厚度及元素比例精确控制技术，通过技术系统集成，开发专用装置，形成自主知识

2、产权，建立年产500吨高纯金属材料制备的工程示范，预期产值超过2亿元，满足我省太阳能光伏产业发展需要。第一部分立项目的及意义立项意义立项意义l 促进广东省有色金属材料的深加工，提高产品的核心竞争力，大幅提升产品附加值；l 满足迅速增长的太阳能光伏产业发展需要；l 形成自主知识产权的新技术，打破国外对高纯金属制备技术的垄断；l 建立工程示范，实现产业化，推动广东省薄膜太阳电池的发展。 太阳能光伏产业是广东省太阳能光伏产业是广东省“十二五十二五”重点战重点战略性新兴产业，薄膜太阳电池是光伏产业重点发略性新兴产业，薄膜太阳电池是光伏产业重点发展方向。展方向。第二部分 主要研究内容课题课题名称负责人承

3、担单位课题一高纯金属制备化学深度提纯关键技术郭学益中南大学课题二高纯金属制备物理深度提纯关键技术 顾珩 广东省工业技术研究院 课题三太阳能电池用薄膜沉积关键技术 洪瑞江 中山大学 课题四高纯金属及薄膜材料制备工程示范 李清湘中金岭南公司万达稀贵金属有限公司项目课题设置项目课题设置项目团队共计项目团队共计3838人人其中高级职称人员其中高级职称人员1919人人、硕士以上学位、硕士以上学位1212人人广东省工业技术研究院广东省工业技术研究院（甲方）（甲方）负责项目总体负责项目总体方案设计及组织实施方案设计及组织实施负责开发高纯金属负责开发高纯金属物理深度提纯关键技术物理深度提纯关键技术中南大学中南

4、大学 （乙方）（乙方）负责开发高纯金属负责开发高纯金属化学深度提纯关键技术化学深度提纯关键技术 中山大学中山大学 （丙方）（丙方）负责开发太阳能电池负责开发太阳能电池薄膜材料沉积关键技术薄膜材料沉积关键技术 深圳市中金岭南深圳市中金岭南科技有限公司科技有限公司 （丁方）（丁方）四会市万达稀贵四会市万达稀贵金属有限公司金属有限公司（戊方）（戊方）负责建立薄膜太阳负责建立薄膜太阳电池用高纯金属电池用高纯金属材料示范生产线材料示范生产线 项目合作计划项目合作计划金属预置层厚度和金属预置层厚度和元素比例精确控制技术元素比例精确控制技术环境友好型臭氧环境友好型臭氧氧化除杂技术氧化除杂技术硒化硒化工艺技术

5、工艺技术关键技术关键技术突破突破大面积成膜大面积成膜均匀性技术均匀性技术晶型转换原子水平杂质去除技术蒸气压控制蒸气压控制分步除杂技术分步除杂技术低温碱性熔炼低温碱性熔炼两性金属除杂技术两性金属除杂技术电解液高效选择性电解液高效选择性ppm净化技术净化技术选择性温区可控杂质去除技术化学深度提纯化学深度提纯制备高纯金属制备高纯金属 关键技术关键技术 物理深度提纯物理深度提纯制备高纯金属制备高纯金属关键技术关键技术 太阳电池用太阳电池用薄膜沉积薄膜沉积关键技术关键技术高纯金属高纯金属材料制备工程示范材料制备工程示范微量杂质元素微量杂质元素高效快速检测技术高效快速检测技术高精密自动化高精密自动化专用装

6、置制作技术专用装置制作技术连续化生产过程连续化生产过程品质监控技术品质监控技术关键技术突破关键技术突破第二部分主要研究内容项目研究主要内容项目研究主要内容1.1.化学法深度净化提纯制备高纯化学法深度净化提纯制备高纯 金属关键技术的应用研究金属关键技术的应用研究（1）低温碱性熔炼分离提纯技术u 两性杂质元素低温碱性熔炼体系结构及组元行为u 低温碱性熔炼过程界面作用行为规律u 低温碱性熔炼过程优化及调控u 低温碱性熔炼试验装置开发 第二部分主要研究内容项目研究主要内容项目研究主要内容1.1.化学法深度净化提纯制备高纯化学法深度净化提纯制备高纯 金属关键技术的应用研究金属关键技术的应用研究（2）臭氧

7、选择性氧化深度除杂分离提纯技术u臭氧深度氧化净化理论及工艺研究u臭氧氧化沉淀过程工艺优化及调控u臭氧超声弥散氧化装置设计u杂质元素去除与臭氧氧化弥散度的映射关系研究第二部分主要研究内容项目研究主要内容项目研究主要内容1.1.化学法深度净化提纯制备高纯化学法深度净化提纯制备高纯 金属关键技术的应用研究金属关键技术的应用研究（3）旋流电解高效提纯技术高速旋流与高选择性、高电流效率之间的联系及机理分析目标金属与杂质的离子扩散机理及电化学行为研究金属沉积生长电极过程动力学机理及调控机制研究高效旋流选择性电解装置的研制和开发第二部分主要研究内容项目研究主要内容项目研究主要内容2.2.物理法深度提纯制备高

8、纯金属物理法深度提纯制备高纯金属 关键技术的应用研究关键技术的应用研究 （1）精密控温分步真空蒸馏技术1考察不同工艺参数（蒸考察不同工艺参数（蒸馏温度、蒸发速率与蒸馏温度、蒸发速率与蒸汽压等真空蒸馏工艺参汽压等真空蒸馏工艺参数）对提纯的影响数）对提纯的影响2精密控温分步冷凝技术精密控温分步冷凝技术研究（确定各段最佳冷研究（确定各段最佳冷凝温度和区段长度以便凝温度和区段长度以便使各组分选择性冷凝达使各组分选择性冷凝达到提纯要求）到提纯要求）第二部分主要研究内容项目研究主要内容项目研究主要内容2.2.物理法深度提纯制备高纯金属物理法深度提纯制备高纯金属 关键技术的应用研究关键技术的应用研究 （2

9、2）电感耦合区域熔炼技术）电感耦合区域熔炼技术（3 3）垂直梯度凝固单晶生长技术）垂直梯度凝固单晶生长技术电感耦合区域熔炼工艺参数电感耦合区域熔炼工艺参数（区熔温度、区熔速率、往（区熔温度、区熔速率、往复次数和熔区宽度）研究及复次数和熔区宽度）研究及熔炼过程中杂质的分布（杂熔炼过程中杂质的分布（杂质在目标金属中的分布规律质在目标金属中的分布规律，存在的类型、状态），存在的类型、状态）垂直梯度凝固单晶生长的温垂直梯度凝固单晶生长的温度梯度控制及垂直梯度凝固度梯度控制及垂直梯度凝固单晶生长过程的降温速率、单晶生长过程的降温速率、籽晶等条件影响因素研究籽晶等条件影响因素研究第二部分主要研究内容项目研

10、究主要内容项目研究主要内容3.3.太阳电池用薄膜沉积关键技术研究太阳电池用薄膜沉积关键技术研究u 薄膜沉积技术研究，形成满足要求的CIGS、CdTe多晶薄膜；u 杂质元素对电池性能的影响及作用机理研究；u 太阳电池多层结构设计，研究功能层制备工艺技术；第二部分主要研究内容项目研究主要内容项目研究主要内容4.4.高纯金属材料制备工程示范高纯金属材料制备工程示范u 产业化技术集成及工程优化，确立可行性优化工程设计；u 规模化生产装备系统的设计制作；u 微量杂质元素分析检验技术，建立高纯金属的相关标准；u 批量生产过程技术经济环境评价。第二部分主要研究内容项目技术路线项目技术路线技术路线简图技术路线

11、简图 初 级 原 料太阳电池用薄膜材料化学深度净化提纯物理深度净化提纯薄膜沉积技术高纯金属材料低温碱性熔炼技术低温碱性熔炼技术臭氧高效氧化技术臭氧高效氧化技术旋流电解技术电感耦合区域熔炼技术电感耦合区域熔炼技术分步真空蒸馏技术分步真空蒸馏技术垂直梯度单晶生长技术垂直梯度单晶生长技术磁控溅射沉积技术磁控溅射沉积技术高温后硒化技术高温后硒化技术多层结构设计多层结构设计第二部分主要研究内容项目创新点项目创新点l 采用低温碱性熔炼新技术，高效高选择性脱除两性采用低温碱性熔炼新技术，高效高选择性脱除两性金属杂质元素；金属杂质元素；l 采用臭氧高效催化氧化技术，实现有机杂质及变价采用臭氧高效催化氧化技术，

12、实现有机杂质及变价有色金属杂质的高效深度脱除；有色金属杂质的高效深度脱除；l 通过旋流电解技术从溶液中高效高选择性提取高纯通过旋流电解技术从溶液中高效高选择性提取高纯金属。金属。1 1、化学高效净化部分、化学高效净化部分第二部分主要研究内容项目创新点项目创新点l 通过电感耦合区域熔炼技术实现微量杂质的定向迁通过电感耦合区域熔炼技术实现微量杂质的定向迁移及高效富集移及高效富集l 通过精密控温分步真空蒸馏技术实现微量杂质分离通过精密控温分步真空蒸馏技术实现微量杂质分离l 通过垂直梯度单晶生长技术实现微量杂质富集分离通过垂直梯度单晶生长技术实现微量杂质富集分离2 2、物理深度提纯部分、物理深度提纯部

13、分第二部分主要研究内容项目创新点项目创新点l 通过磁控溅射沉积技术实现薄膜的大面积均匀分布通过磁控溅射沉积技术实现薄膜的大面积均匀分布l 通过高温后硒化技术实现薄膜化学组成的精确控制通过高温后硒化技术实现薄膜化学组成的精确控制l 通过多层结构的合理设计，制备高效率太阳电池通过多层结构的合理设计，制备高效率太阳电池3 3、薄膜沉积制备部分、薄膜沉积制备部分4 4通过技术集成，开发金属材料通过技术集成，开发金属材料 高纯化组合产业化技术高纯化组合产业化技术l 自行设计和制作专用装置，满足连续化生产的需要。自行设计和制作专用装置，满足连续化生产的需要。第二部分主要研究内容项目创新点项目创新点预期技术

14、指标预期技术指标第二部分主要研究内容第三部分 项目实施基础、计划及保障措施第三部分项目基础及保障项目现有基础项目现有基础结构合理的人才队伍（高级职称人员19人、硕士以上学位12人）各级科技创新平台大量相关研究基础高纯金属材料研制及专用技术开发 太阳电池材料与技术 有色金属高纯产品生产 难冶有色金属资源高效利用国家工程实验室 广东省金属材料综合利用检测与评价中心 稀有金属分离与综合利用国家重点实验室 国家钛及稀有金属粉末冶金工程技术研究中心 光电材料与技术国家重点实验室 先进储能材料国家工程研究中心 工作基础广东省金属材料公共实验室 第三部分项目基础及保障现有工作条件现有工作条件洁净实验室洁净实

15、验室洁净干燥箱洁净干燥箱区域熔炼炉区域熔炼炉洁净台与洁净棚洁净台与洁净棚第三部分项目基础及保障现有工作条件现有工作条件研发与生产一体化的太阳电池中试实验线研发与生产一体化的太阳电池中试实验线物理气相沉积（物理气相沉积（PVDPVD）设备）设备光学特性测试仪器光学特性测试仪器真空蒸馏生产设备真空蒸馏生产设备第三部分项目基础及保障现有工作条件现有工作条件SEMILAB少子寿命测试仪（匈牙利）少子寿命测试仪（匈牙利）Spectra-nova光谱响应光谱响应/量子效率测量系统（加拿大）量子效率测量系统（加拿大）中山大学（大学城）太阳能屋顶示范中山大学（大学城）太阳能屋顶示范第三部分项目基础及保障现有工

16、作条件现有工作条件高效选择性旋流电解中试生产装置高效选择性旋流电解中试生产装置第三部分项目基础及保障现有工作条件现有工作条件高纯碲高纯硒高纯铜高纯铟第三部分项目基础及保障相关工作成果相关工作成果1 1、国家省部级有关课题完成情况、国家省部级有关课题完成情况序号序号类别类别名称名称相关人员相关人员所属单位所属单位1国家自然科学基金废弃电路板多金属富集粉末低温碱性熔炼基础研究（基金号：51074190）郭学益，田庆华中南大学2湖南省科技计划项目钴氧化物粉体材料臭氧高效催化氧化制备研究田庆华，郭学益中南大学3国家支撑计划“科研用试剂核心单元物质及共性关键技术的研究与开发”之高纯硒的制备技术研究顾珩，

17、唐维学，吴昊广东省工业技术研究院4广东省产学研项目“太阳能电池用多晶硅的低成本制备技术”研究陈少纯，顾珩广东省工业技术研究院第三部分项目基础及保障相关工作成果相关工作成果2 2、国家省部级科研奖励情况、国家省部级科研奖励情况序号序号类别类别名称名称相关人员相关人员所属单位所属单位1国家科技进步二等奖废弃钴镍材料的循环再造关键技术及产业化应用（2010年）郭学益等 中南大学2广东省科学技术二等奖循环技术生产超细镍钴粉体材料（2006年）郭学益等中南大学3中国有色金属工业科技进步三等奖半导体致冷片的工业化技术研究（2005年）顾珩，陈少纯，高远广州有色金属研究院第三部分项目基础及保障相关工作成果相

18、关工作成果3 3、学术专著及论文情况、学术专著及论文情况出版相关专著3部第三部分项目基础及保障相关工作成果相关工作成果3 3、学术专著及论文情况、学术专著及论文情况发表高水平学术论文数十篇第三部分项目基础及保障相关工作成果相关工作成果4 4、本课题研究相关的发明专利情况、本课题研究相关的发明专利情况第三部分项目基础及保障计划进度及节点计划进度及节点时间进度及节点时间进度及节点项目主要内容项目主要内容2011年7月-2011年9月文献检索，技术资料准备和相关调研，拟定项目总体方案及具体技术路线2011年9月项目主持单位组织参与各方确定项目实施方案2011年10月-2012年2月标准设备确定与选型

19、、非标设备制作；实验装置安装与调试2012年3月-2012年8月开展子课题一、二、三的试验研究2012年9月项目主持单位组织参与各方进行项目中期检查、汇报及总结2012年9月-2013年2月开展高纯金属材料工程示范，同时进行一、二、三课题的工艺条件优化2013年3月-2013年4月完善优化项目研究内容建立高纯金属材料500吨产业化成套技术2013年5月项目主持单位组织参与各方进行工作检查、汇报及总结2013年5月-2013年6月研究总结、报告编写、结题第三部分项目基础及保障项目保障措施项目保障措施保证项目资金专款专用实验、检测设备优先使用建立项目总负责人制和课题负责人制 全面设计、分课题管理、

20、协调发展建立项目组织管理体系 建立项目实施协调机制 执行省产学研计划的规章制度，保证课题正常实施 课题领导小组发挥课题实施和管理的主要职责课题各单位充分发挥信息、资源共享课题领导小组定期开展工作沟通交流会保障措施第四部分 项目预期效果第四部分项目预期效果预期经济与社会效益预期经济与社会效益本项目完成并实现产业化后，可实现新增产值2亿元人民币，实现利税5000万元人民币，能够大力促进广东省有色金属及太阳电池生产企业的技术提升和能源利用效率提高，对提高广东省太阳电池业的国际竞争力，促进广东经济的发展具有深远的影响并产生巨大的经济效益。 本项目技术成果在广东省内全面推广后，将使广东省的新材料产业及太阳电池产业在国内及国际市场的份额大幅提高，增加企业及广东省的财政收入。第四部分项目预期效果对行业发展的促进作用对行业发展的促进作用提升有色金属新材料产业和技术水平，带动太阳电池光伏产业的发展。打破美、日、欧对薄膜太阳电池用高纯金属材料制备和生产技术的垄断，