太阳能电池基础知识介绍

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12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23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3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)FirstSolar，USUnitedSolar(~8%),EPV(5~6%)USKaneka,Sharp(8~10%)JapanLG,周星(~9.6%)韩国铜铟系(CIS,CIGS)金属薄膜正泰(~9.0%),天威(6`7%),新奥(8~8.5%),金太阳(~8%%),尚德(6`7%),百世德(8~8.5%)中国LeyboldOptics(~9.5%)GermanJSTGerman山东孚日股份中国451975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(stableEff~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HistoryToday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%

56硅基薄膜太阳电池的技术发展EPV,Oerlikon,AMATEPVEPV

泉州金太阳Unit-solarOerlikonAMATKanakaSharp……..?6BestSOLARConfidential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2μm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

7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8四、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9薄膜太阳电池LID测试

(IEC认证)资料来源:应用材料10光老化试验11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12光谱特征：AM1.5ΘcosΘ=2/3(48.2o)AM1.5=1/cosΘLight13Eff=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η=480/(1000*5.7)=8.42%

StableEff&InitialEff

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InitialEffStableEffLID14SOL:I-V曲线指标介绍(Q-size)15名词解释Pm：在标准环境下的输出功率，等于Vm*ImVoc：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16六、薄膜电池工艺简介17叠层电池结构SiO2(20~40nm)TCO(700~1000nm)a-si(~300nm)SiO2(100nm)μc-Si(~1.7μm)AZO(~100nm)Ag(130~200nm)18ITO(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(transparentconductiveoxide)[透明导电氧化物]的分类TCO简介19ITO(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20FTO(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(Asahifloatglass),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21ZnO: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(leyboldoptics,PIANova,信义玻璃)缺点：成本较高,产品有待验证22TCO与薄膜太阳能电池的关联薄膜太阳能电池Sunlightglass-AgZnO:Aln:a-sii:a-sip:a-siTCO(SnO2:F)+光生电压VocTCO用于薄膜电池的前电极23TCO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)12~15%面电阻R□9~13Ω24更低的成本

薄膜太阳能电池的未来TJCost:-40%2526ZnO:Ag+TCOQ4Q1Q4Q3Q2Q2Q4Q3Q1Q3CY2010CY2011CY20098.5%9.0%10.0%12.0%IntermediateLayer(SOIR)Q29.5%10.5%Q1Q2Q3Q4CY201211.0%Project-XEnhancedLightTrappingQ1Q2Q3Q4Q1CY2013$Production/watt=Watt/m2Cost/m2DrivingCostDownDrivingWattsUp更高的效率26非晶硅/微晶硅电池的未来结构氧化硅(掺磷)夹层非晶硅微晶硅氧化锌(ZnO)/银氧化锌(ZnO)玻璃光捕获(LightTrapping)示意图27

单位基础常识微米1um＝10-6m（米）纳米1nm＝10-9m（米）埃米1Å＝