非晶硅薄膜太阳能电池组件生产项目可研报告

非晶硅薄膜太阳能电池组件生产项目可研报告非晶硅薄膜太阳能电池组件生产项目可行性研究报告项目主持单位(盖章)：西宁(国家级)经济技术开发东川工业园区管委会 青海可再生能源研究所项目组长：杨志刚(研究员)项目副组长：赵恕(高级经济师)项目组成员：任浩然(理学硕士)赵云凯(注册咨询师)张学元(注册咨询师)杨乐(理学博士)辛士宇(高级工程师)编制依据与原则(一)编制依据1、青投(2008)98号文件《青海省经济委员会下达关于2008年重点工业项目前期工作计划的通知》；2、《中华人民共和国节约能源法》；3、《中华人民共和国可再生能源法》；4、《青海省国民经济和社会发展十一五规划纲要》；5、国家发改委发布的《可再生能源中长期发展规划》；6、《产业结构调整指导目录(2005年)》7、《投资项目可行性研究指南》(中国电力出版社)；8、《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2007年度)》9、《建设项目经济评价方法与参数(第三版)》；10、项目建设有关资料。编制依据与原则.................................................第一章总论第一节项目的国内外行业技术背景随着能源危机与环境污染问题越来越严重，社会各界对能源消耗的可持续性发展日益重视，尤其引起了各国政府对清洁的、可再生能源的关注和青睐，新型能源成为国际学术界和各国研究、开发的重点，而太阳能是新能源发展的主要方向之一。根据美国能源信息管理局的预测，到2010年，世界煤炭、水力和核能发电将有%的电力供应缺口；到2020年，这一缺口将增至%；这一供应缺口不得不用可再生能源去弥补，而发改委提供的未来几十年预计我国太阳能产业发展情况：发电比例%%%划太阳能光伏发电是太阳能利用的一个主要方面，目前常用在欧美一些国家，因为政府的一些优惠政策及单晶硅、多晶硅电池具有研发早、转化效率高、生产工艺成熟等优点，得到了一定数量的推广。但是单晶硅、多晶硅电池组件的硅料提纯、制取过程中消耗大量的电能，发电成本远高于其他能源形式。经分析，单晶硅、多晶硅电池成本下降有两种途径：提高转化率和降低硅片厚度。根据电池转化率和硅片厚度变化趋势可以这个数值接近晶硅的成本极限；根据模型测算，按照年日照成本底线，但仍不足以与煤炭等常规能源相比，市场前景日益黯淡。单晶硅、多晶硅电池的这些缺点在客观上为非晶硅薄膜电池的发展提供了契机。电池的质量不断提高，能量转换效率从最初的%已经可以提高到15%。非晶硅电池已经应用于各种领域，并显示出了强大的产量的%。如今，非晶硅薄膜太阳能电池技术已步入成熟，单条生产线的总输出能量为MWp。第二节项目的目标产品及主要优势非晶硅薄膜太阳能电池。优势1)非晶硅太阳能电池作为一种新型太阳能电池,其原材料来源广泛、生产成本低、便于大规模生产,因而具有广阔的市场2)它具有较高的光吸收系数,在的可见光波段,其吸收系数比单晶硅要高出一个数量级,比单晶硅对太阳能辐射的吸收率有用的太阳能,3)暗电导很低,在实际使用中对低光强光有较好的适应,特别适用于制作室内用的微低功耗电源。4)非晶硅薄膜电池由于没有晶体硅所需要的周期性原子排列要求,可以在较低的温度(200℃左右)下可直接沉积在玻璃、不锈钢、塑料膜和陶瓷等廉价衬底材料上,工艺简单,单片电池面积大,便于工业化大规模生产,同时亦能减少能量回收时间,降以上这些都是非晶硅材料最重要的特点,也是它能够成为低价太阳能电池的重要因素。第三节项目的可行性研究依据由于薄膜太阳电池的成本优势，始终是我国政府在光伏发电方面重点支持的领域，早在“七五”期间，国家科委就投入2000多万元，在北京有色金属研究院建成年产100kW非晶硅太产线。进入21世纪，国家通过科技攻关计划、“863”计划、“973”计划以及各项创新计划，对薄膜太阳电池的研究开发和产业化给以了大力支持，使我国在非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒、染料敏化以及微晶/非晶太阳电池等诸多方面距均取得了很好的进展，为我国薄膜太阳电池的产业化打下了良好的基础。多晶硅或单晶硅之生产程序可排放超过10倍之有毒物质 (包括最危险的氯硅烷)于2009年8月，国务院总理温家宝发布一项紧急指令，重申国家必须减少生产晶体硅，其中更是提到多晶硅属于高耗能和高污染产品。路透社根据一份太阳能研究公司iSuppli发出的报告显示，非晶硅薄膜太阳能电池的市场占有率将于2013年以前增加一倍以上。通用电气公司最近宣布，他们将改以薄膜太阳能作为集团未来的太阳能项目发展重第四节项目投资总体评价项目适时性强、地区适应性强、投资收益率高、可持续性第二章项目背景、意义和必要性第一节国内外发展现状及趋势发展可再生能源是我国能源战略调整的必然选择随着我国社会主义市场经济的高速增长，我国己成为全球第一大煤炭生产国，第二大能源消费国。尽管在未来5~10年，我国煤炭国内生产总量基木能够满足国内消费量，然而，原油和天然气的生产则不能满足需求，其中原油的缺口最大，特别是自1992年以来，中国石油进口剧增，年均增长率达到35%左右，我国己成为全球第三大石油进口国。另一方面，煤炭、石油、天然气等化石能源在生产和使用过程中也对我国生态环境造成了严重的破坏作用，对我国经济可持续发展产生了巨大的环境压力。近年来，可再生能源在世界范围内得到迅速发展，可再生能源己成为实现能源多样化、应付气候变化和实现社会可持续发展的重要替代能源。尤其是近几年，随着国际石油价格的不断攀升家的广泛关注，成为国际能源领域的热点。据国际能源署 (IEA)的预测研究，在未来30年可再生能源发电的成本将大幅度下降，这些表明可再生能源利用技术成本将呈不断下降的趋势，更为其替代传统化石能源创造了更大的发展空间。我国政府高度重视可再生能源的研究与开发，今后将重点开发利用各种可再生能源。随着《中华人民共和国可再生能源法》的颁布和实施，太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用都得到重点发展。近年来在国家的大力扶持下，我国在风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能利用等领域已经取得了很大的进展，这对于我国缓解能源枯竭速度，改善生态环境，走能源可持续发展道路有着义。非晶硅薄膜太阳能电池发展现状及趋势的历史了。随着研究的深入与产业化技术的完善，非晶硅电池的质量不断提高，已经应用于各种领域，并显示出了强大的生命W%。硅薄膜电池具有：成本低、原材料丰富、无毒、无污染、能量回收期短、便于大面积连续生产等优点，而深受国际关注。我学在科技部“六五”至“九五”四个五年攻关计划和“十五”“973”项目支持下，非晶硅/非晶硅叠层电池的研究取得突破，400cm2集成型叠层电池组件最高初始效率达到%，并建立起了以南开大学为技术依托的天津市津能电池科技有限公司。在“十五”和“十一五”973项目支持下，南开大学开展了下一代硅薄膜电池----非晶硅/微晶硅叠层太阳电池研究工作。研制成功我国第一套具有国际先进水平的微晶硅薄膜太阳电池实验平台，小面积非晶硅/微晶硅叠层薄膜电池的效率达%，集成型10cm×10cm非晶硅/微晶硅叠层电池组件效率达%。最近，把甚晶硅电池效率达到了%，进入到了国际先进行列。日本夏普和三菱公司已实现非晶硅/微晶硅叠层太阳电池产余家硅基薄膜电池生产企业。生产线规模从年产5兆瓦到几十兆瓦不等，组件面积从平方米至数平方米。部分企业进口国外生产线。在美国AMAT和欧洲Oerlikon生产线上，国内企业已经调试出稳定效率大于8%的非晶硅/微晶硅叠层电池组件。我国大部分产品还是以非晶硅电池为主，电池组件稳定效率6%左右。国产的硅基薄膜电池生产设备主要基于美国EPV公司的单室沉积技术。通过消化吸收，不断完善，国产的单室沉积非晶硅电池的设备水平和工艺完整与可靠性，均已超过国际同类水平。南开大学层电池中试线，并试制出效率超过8%的平米的非晶/微晶硅叠层电池组件。为我国建立兆瓦级的非晶/微晶硅叠层电池组件生产线奠定了很好的基础。图2-1非晶硅薄膜太阳能电池稳定效率第二节太阳能发电是解决落后地区用电难的有效手段我国的西部边远地区由于历史和地理原因，经济发展较为缓慢，许多地方至今仍没解决用电问题，然而这部分占全国国土面海、新疆、甘肃、宁夏及内蒙古等地总辐射量和日照数为全国之最，特别是西藏西部地区，年太阳辐射量居世界第二，仅次于撒要用于解决日照条件较好但缺乏燃料的偏远地区，如青海、西漠、草原(即荒漠地区)建设光伏电站的计划早已启动，此项计划电正逐步向城市并网发电、光伏建筑集成方向快速发展，在未来因此，在我国广阔的西部地区率先应用太阳能发电技术是解决该地区电力供给困难的有效手段之一。第三节全球薄膜太阳电池市场份额不断增长在各类太阳能发电技术中，目前晶硅电池仍然占主导地位。图2-2全球薄膜电池产量及市场份额第四节我国太阳能光伏产业优惠政策我国《可再生能源法》明确规定太阳能为可再生能源(详见阳能非晶硅光电薄膜电池项目，是国家重点扶持的高新技术项目能源及节能技术分类中(详见国科发火[2008]172号文件《关于印发<高新技术企业认定管理办法>的通知》第37页)。由于既是国家重点扶持的高新技术项目又是节能减排项目，因此既享受企业所得税15%的优惠政策又享受节能减排项目企业所得税“三月6日发布的《中华人民共和国企业所得税实施条例》第八十八条)。部发布的《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》第十七条规定，符合条件的可再生能源项目可得到无偿资助，列入《可再生能源产业发展指导目录》的项目可享受贷款贴息优惠。太阳能非晶硅光电薄膜模板主要应用于太阳能光电建筑。为了加快推广太阳能光电建筑应用，财政部根据《可再生能源发展专项资金管理筑应用财政补助资金管理暂行办法》。该办法规定中央财政从可再生能源专项资金中安排部分资金，支持太阳能电池在城乡建筑21日颁布了《金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法》，规定给予符合条件的光伏发电系统50-70%的资金补助。太阳能产业已列入《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》，因此进口用于自用的太阳能非晶硅电池生产设备免征关税和进口环节增值税(详见《国务院关于调整进口设备税收政策的通知》国发[1997]37号第一条第二款)太阳能电池技术还被列入我国《鼓励进口技术和产品目录 (2009年版)》(序号A100)，太阳能产业被列入我国《产业结构调整指导目录(2005年本)》中鼓励类产业(详见第一类第四条第五款)，设备进口享受贷款贴息的优惠政策[详见《关于发布<鼓励类进口技术和产品通知>(2009年版)》和《进口贴息资金管理暂行办法》第二条、第六条]。第三章我省行业技术背景、项目对我省经济、社会发展的重要意义第一节我省太阳能资源情况及光伏产业发展的优势青海省地处中纬度地带，平均海拔4000米左右，高原大气蔽率低，太阳能资源十分丰富，仅次于西藏，属第二高值区。青海省的太阳能资源我国年日照时数分布在2500-3650小时，年均木地区我国年日照时数为3600小时，是着名的“阳光地带”，具有很高的开发利用潜力。有效地利用青海的综合资源优势，大力发展太阳光伏产业，优化青海省能源结构、保护生态环境、推动工业和经济的快速发展，实现青海省能源、工业、经济和社会的可持续发展。我国西部地区，青海省的太阳能资源不是最好的、荒漠土地面积不是最大的、电网架构和容量也不是最完善的。但是结合太阳能资源、土地资源、气象、电网、地理、交通及光伏产业链等因素，青海的光伏发展综合条件是全国最优的。1)丰富的太阳能资源青海省地处青藏高原，全省均属于太阳能资源丰富地区，太阳能资源全国第二，仅次于西藏。全年日照时数在2500~3650小时，年辐照总量5860~7540兆焦耳/平方米，折合约1623亿吨标煤，合360万亿千瓦时。太阳能资源分布均匀，海西州和玉树州西部年辐照总量在7000兆焦耳/平方米以上，相当于2000KWh/M2.光伏发电一年满发小时数可达到1800小时(系统效率)以上。其他地区辐照量略低，但绝大部分区域也在6000兆焦耳/平方米以上。在青海省建设光伏发电系统，发电成本将远低于欧洲国家，同时也低于国内大多数区域，具有良好的经济性。青海省丰富的太阳能资源，是除西藏外其他省份无法比拟的资源优势。2)土地等自然资源青海省具有建设大型光伏发电系统非常理想的土地资源。全省土地面积72万平方公里，未利用土地面积为万平方公里，仅海西州就有未利用土地20万平方公里，主要为荒草地、盐碱地、沙地、裸土地、裸岩石砾地等，仅柴达木盆地就有荒漠化土约万平方公里。青海省的荒漠和戈壁相对比较集中，广阔而且平坦，无遮挡，地质、地形和地貌等条件非常适合于建设光伏电站。海西州是青海省降水量最小的地区，柴达木盆地比较干旱，柴达木盆地的土地等综合自然资源非常适合于建设大型荒漠瓦，或者建设跟踪型光伏电站1万千瓦。以海西州四分之一未利用土地(5万平方公里)建设光伏电站的年发电量将超过2007年全国总发电量。3)电网容量与架构理想永登。建成750千伏西宁~格尔木输变电工程、青海~西藏联网KV通往新疆的±5002020年青海省电网与周边的西藏、新疆、甘肃等邻省通过小，但输电网架构非常完善，电压等级高，电网四通八达。建设超大规模的光伏发电基地的电力输变电设施基本具备。4)硅矿石资源青海省有丰富的硅矿石资源，储量在10亿吨以上，矿石质量好，主要分布在西宁和海东地区，素有“硅石走廊”之称。我国制造太阳电池所需的高纯多晶硅材料绝大部分依靠进口，利用青海省丰富的硅矿石资源，发展硅材料提纯生产具有一定的优5)电价水平较低青海省电力结构以水电为主，电力充足且电价水平较低。对于光伏产业链中“沙子到冶金硅、多晶硅生产、硅锭/切片”3个耗能比较高的生产环节，电力成本低具有较大的优势。6)交通设施便利络覆盖全省，是工业经济持续快速发展的坚实基础，同时也为光伏产业的发展和电站的建设提供了便利条件。通往海西州内贯穿荒漠地区的公路均为二级以上，去各工业区或变电站的道路也全部为油路。青藏铁路的建成通车也为全省的交通运输奠定了强有力的支撑。7)完整的光伏产业链青海省具有较为完整的光伏产业链。从硅材料、硅锭/切片、太阳电池生产、组件封装、平衡部件研发及生产、系统集成、销售网络及售后服务体系等光伏产业中各个环节都有专业的生产企业。同时，青海省拥有多年的光伏系统设计、安装等工作基础和丰富的工程应用经验。青海省逐渐成为了西部光伏产业发第二节我省光伏产业现状及发展规划1)我省光伏产业现状近年来，我省积极实施优势资源转换战略，在一批龙头企业的带动下，光伏产业不断壮大。通过引进资金和技术，使全省批多晶硅、单晶硅锭片项目的启动和实施，为全省光伏产业发一、产业发展初具规模目前，青海省光伏产业正在政府宏观调控下稳步发展。多晶硅提纯制造业发展迅速，预计2009年亚洲硅业(青海)公司、黄河水电集团形成年产3250t多晶桂生产能力，青海华硅能源有限公司已形成单1000r晶硅产能的目标；以青海尚德尼玛太阳能电力有限公司为主的太阳能电池组件封装产业形成了50MW生产能力；太阳能产品制造业方面，已形成青海新能源(集团)有限公司为代表的20多家生产企业，产品不仅满足青海省为中心的西部光伏电源区域市场，一些产品还远销尼泊尔、蒙古、乌兹别二、产业链逐步形成目前，省内光伏新材料产业的范围覆盖了多晶硅、单晶硅、硅切片、电池组件、系统集成等各个环节。以东川工业园区为主体，集聚了一批光伏产业生产企业，如甘河、民和工业园可用于多晶硅生产原料的金属硅高纯工业硅企业和项目，亚洲硅业(青海)有限公司、青海华硅能源有限公司的多晶硅、单晶硅生产，青海尚德尼玛等太阳能电池组件封装的生产，企业间形成了相互依存，配套协作的密切关系。通过积极引进新一代西门子生产工艺技术，突破了多晶硅产业关键技术，从材料生产、工艺技术、重大装备、循环利用的产业化生产线，形成了“金属硅—多晶硅—单晶硅—硅片—太阳能组件—太阳能照明灯具”的产业链，太阳能光伏产业的上下游环节已初步贯通，标志全省以硅材料为主的光伏新材料产业链初步形成。三、产业技术水平不断提高结合国内外硅产业的发展趋势，在省、市相关部门的推动下，光伏新材料生产企业注重与高校和科研院所的产学研合作，加强关键技术攻关，提高产业技术水平。四、市场应用取得初步成效从市场构成分析，省内光伏市场以解决农村、牧区用电的离网发电为主，占累计装机容量的%，居光伏发电市场的首位；其次为户用电源，占累计装机容量的%。上述市场构成反映了国家加快农村及边远地区电气化的政策扶持机遇。省内离网光伏电站主要应用于乡村级光伏电站、移动通讯机站、公路道班、气象台站等领域。2003年以来，国家发改委成太阳能光伏电站112座(含风光互补电站)，解决了我国省彻底求，受益人口约4万多人，一定程度上解决了省内偏远地区的用电问题。2004年建成青海省第一座运行发电的并网光伏示范电站，为1GW，建成后将成为目前中国最大的并网光伏电站。由于省内光伏产业具有相对完整的产业链，在下游特别是照明应用领域已开始对接融合，全省已经在西宁多个路段和小区采用了太阳能路灯、庭院灯、草坪灯，随着新农村、新牧区的建设，将在格尔木市、同德县、花土沟镇、西海镇等地建设太阳能路灯示范工程，市场应用取得了阶段性的成效。2)发展方向与重点近年来，全省通过引进资金和技术，形成了一定规模的多晶硅、单晶硅生产能力，奠定了高纯硅材料产业基础，具备了发展国内大规模的光伏产业条件。如何继续加大结构调整力度，积极贯彻落实国家产业政策，以资源高效利用为突破口，延长产业项目建设，努力扩大工业经济总量，在这一领域跟上全球的步伐，以及能够走在全国前列，是我省重要的课题之一。青海省光伏发电应用的发展整体定位为：全国最大的光伏发1)2020年以前，光伏发电为全省电网补充电力用电需求，利用青海省现有电网架构，补充青海电网电力供应，调整能源结构，解决偏远地区用电问题，为快速发展的青海省工业和经济提供电力供应保障。发展目标为：到2020年，光伏发电总装机占青海省电力装机的8%，达到200万千瓦(即2GWp)，年发电量达到34亿千瓦时左右，约占全省电力规划消耗总量的%。2)2012年~2030年，光伏发电为邻省提供清洁型电力2021~2030年，青海省光伏发电的应用重点是为电力紧缺(即20GWp)，年发电量达到340亿千瓦时左右。3)2031年~2040年，光伏发电为华北供电2031~2040年，青海省光伏发电的应用重点是为华北地区(即200GWp)，年发电量达到3400亿千瓦时左右。4)2041年~2050年，光伏发电为全国供电千瓦(即1000GWp)，年发电量达到万亿千瓦时左右，成为全国能源基地，可以为全国提供电力。结合青海省光伏应用的发展定位和现有的光伏产业链，青海省太阳光伏产业的发展重点是：硅材料提纯、硅锭/切片、太阳青海省已有盐湖化工、水电、石油天然气、有色金属四大支柱产业，在2008年政府工作报告中，省政府明确提出要依托本地得天独厚的太阳能应用综合资源优势，将太阳能产业打造成国内新的产业支柱。这也是青海省大力发展高新技术产业，推动传统产业结构优化升级，形成特色经济框架，保证能源需求的持续增长得以满足的迫切需要。光伏产业是青海省特色经济的首选产业，是拉动青海省工业和经济进一步发展的新增长点。大力发展青海省太阳光伏产业，积极引进省外优质资本和国内外先进技术，建设并完善具有产业竞争力的光伏产业链，积极进行光伏发电产品测试、综合示范应用等能力建设，将青海省建设成为我国西部光伏产业基地、综合示范基地、规模推广应用基地，这也将成为青海省经济持续增长节项目对我省经济、社会发展的意义和价值本项目充分发挥薄膜晶硅电池及组件、非晶硅薄膜电池等前沿技术优势，加快研发和产业化步伐，大力发展提高光电转换效率为青海省提供了良好的发展机遇。本项目依托企业的技术优贸易发展外，也是走青海外贸之路、创名牌出口商品的重要支第四章市场分析第一节产品国内外市场应用现状与未来市场预测随着能源危机与环境污染问题越来越严重，社会各界对能源消耗的可持续性发展日益重视，尤其引起了各国政府对清洁的、可再生能源的关注和青睐，新型能源成为国际学术界和各国研究、开发的重点，而太阳能是新能源发展的主要方向之一。根据美国能源信息管理局的预测，到2010年，世界煤缺口将增至%；这一供应缺口不得不用可再生能源去弥补，而利用太阳能发电将起着重要的作用。太阳能光伏发电是太阳能利用的一个主要方面，目前常用的太阳能电池有单晶硅电池、多晶硅电池和非晶硅薄膜电池。在欧美一些国家，因为政府的一些优惠政策及单晶硅、多晶硅电池具有研发早、转化效率高、生产工艺成熟等优点，得到了一定数量的推广。但是单晶硅、多晶硅电池组件的硅料提纯、制取过程中消耗大量的电能，发电成本远高于其他能源形式。经分析，单晶硅、多晶硅电池成本下降有两种途径：提高转化率和降低硅片厚度。根据电池转化率和硅片厚度变化趋势可以测算多晶硅系统价格变化MWMW200620072008计计趋势，最高值分别是22%和150m，这个数值接近晶硅的成本为元/kW·h，这一数据接近晶硅的成本底线，但仍不足以与煤炭等常规能源相比，市场前景日益黯淡。单晶硅、多晶硅电池的这些缺点在客观上为非晶硅薄膜电池的发展提供了契机。当前世界光伏产业发展速度惊人，光伏发电系统安装量逐平均增幅40%以上，累计总装机容量达到9000MW。在中国：国 能电池组件产量。薄薄膜电池世界产量(MW)每年增长(%)表4-2薄膜电池世界产量统计第二节相关替代产品及其竞争力比较(%)(非标组件(非标组件(非标组件(单晶)(多晶)SuntechSTP185-24/Vb-1(单KyoceraKD215GX-LPU(铸造多Tcoeff=℃(仅提供Voc的温度年(多晶)(单晶)(多晶)(单晶)(单晶)(带硅)(多晶)SuntechSTP280S-24/Vb-1(多cmVSharpU-175(单晶硅，标准类SolarWorldSunmodule(单晶硅“Shell”)BP4175IcmVEvergreenSolarEX210(带Tcoeff5%/℃BP3220(多晶硅，标准结构OCSolibro(Q-Cells)SL1-90(铜铟硒)(铜铟硒)AVANCIS100W(铜铟硒),(铜铟硒)effWürthSolarWSGOO36E080(铜铟硒)effFirstSolarFS-277(碲化镉)Tcoeff0℃以上mVSharpNAVH128-W)(非晶硅/(非晶硅/纳米硅串联)WoeffSunfilmQ20(非晶硅/纳米硅(非晶硅/oeffMitsubishiHeavyMT130(非(非晶硅/oeffCalyxoCX55(碲化镉电池)effUni-SolarPVL144(三结，非(非晶硅，Tcoeff℃(非晶硅，xxa(非晶硅/Tcoeff℃(双结非晶Tcoeff℃池，领先的厂商主要包括夏普(日本)、三菱(日本)、UnitedSolar (美国)、Ersol(德国)、新奥光伏(中国)、创益科技(中国)和佰世德太阳能(中国)等。第三节项目产品国内主要研制单位及主要生产厂家的研制开发情况况段能间地点保定杭州台湾台湾表4-4国内非晶硅薄膜太阳能电池项目统计除此之外，台湾绿能科技集团、江西赛维百世德太阳能高科技有限公司与廊坊新奥集团从美国应用材料公司引进的硅基薄膜应用材料公司在中国西安建立的太阳能技术研发中心，把其在美国和欧洲正在进行的尖端的太阳能研发工作引入到中国。这个中心将开展薄膜和晶体硅太阳能生产技术和设备的研发、展署太阳能光伏产业战略合作备忘录。战略合作备忘录共十个方面，主要包括：省政府邀请应用材料公司为陕西光伏产业发展的重要战略合作伙伴，支持应用材料公司太阳能光伏技术在陕应用，同等条件下优先选择应用材料公司作为技术、设备和服务供应商等。应用材料公司为陕西光伏产业发展提供专业咨询，积极参与陕西太阳能光伏产业联盟创建，为推进GW太阳能电池在陕生产和应用提供先进技术、设备和服务，为陕西相应机构、企业提供技术咨询、人员培训，与陕西科研院所及企业共同进行太阳能利用技术低成本开发等。司引进德国规模最大、工艺最先进、技术最成熟的CIGSSe类薄膜太阳电池组件生产商JohannaSolarTechnologyGmbH (JST)公司技术建设的CIGSSe(铜铟镓硫硒化合物)薄膜太阳电池研发及生产项目在高密市孚日城北新区正式开工奠基，标志着中国开始进入太阳电池生产研发高端技术领域。孚日光伏在企业建立的初期采用OEM的方法将项目产品销往欧洲、美国，同时积极使用自有品牌开拓、培育国内市场。同日，孚日股份与德国ALEOSOLARAGALEO签署合资协议，共同出资设立生产晶体硅太阳电池组件合资公司。亿元200兆瓦薄膜非晶硅微晶硅太阳电池板项目落户辽宁开原工业区南区的太阳能光伏产业园。该项目采用德国莱宝太阳能公司先进的第五代薄膜非晶硅微晶硅太阳能叠层技术，光电转换率达到%，，单片太阳能膜板可达平方米。电池投入批量生产。强生光电与美国第三大真空设备制造公司合作，共同研发、改进和制造了全新技术的薄膜电池核心装备，终于实现第五代薄膜电池生产线在中国的首次量产。该设备的造价仅为同类引进设备的25%，为我国大批量扩建低造价、高质量的太阳能薄膜电池生产线、降低每瓦电池设备折旧费用创造了条的的首条年产量25兆瓦的非晶硅薄膜太阳能电池生产线投产。杭州天裕光能非晶硅薄膜太阳能电池项目总投资22亿元，共建生产能力。能电池生产线及CIGS薄膜太阳能电池生产技术研发中心签署合作协议。该项目是由(香港)耀飞发展(国际)有限公司和广东信宇投资有限公司共同出资设立的，广州市华茂能源科技有限公司进行具体运作，项目总投资达5亿美元。作为耀飞发展(国际)有限公司重要股东的川飞能源股份有限公司，目前已经在台ARION(爱瑞安)集团签订合作协议，将在锦州投资30亿元建设S州建立薄膜太阳能电池研发中心。Inc.)和中国有关部门签订了一份重大协议，将在未来10年内在内蒙古鄂尔多斯建造一座全球最大的太阳能发电站，项目投资电池生产商正式进军中国市场，同时也是美国企业首次大举进入域。美国第一太阳能公司此次将在鄂尔多斯市杭锦旗能源化工基方公里。同时，该公司还计划在当地投建配套工厂，生产电站所需的太阳能模块和电池板。国杜克能源公司(DukeEnergy)在河北廊坊正式签订光伏能源领域共同开发美国的太阳能市场。根据双方的合作协议，新奥集团将与杜克能源在美国开展合作，利用杜克拥有的丰富市场资源，以及新奥拥有的世界上先进的硅基薄膜太阳能电池组件及系统集成技术，共同开展光伏电站、光伏建筑一体化工程(BIPV)等业务。项目在深圳正式投产。作为“深港创新圈”落实发展的首个项目，也是深港两地联合招商的首个重大高新技术项目，杜邦太阳能薄膜电池板项目总投资亿美元，研发中心设在香港科技园，生产基地落户深圳光明新区。第五章项目的技术可行性分析第一节项目的基本原理及关键技术内容非晶硅(a-Si)太阳电池是在玻璃(glass)衬底上沉积透明三层a-Si(单结)，接着再蒸镀金属电极铝(Al)，光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构可表示为glass/TCO/pin/Al，最后用EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、底面玻璃封装，衬底也可以是不锈钢片、塑料等作衬底。非晶硅顶面玻璃、SiO导电膜、双结非晶硅薄膜电池(非晶硅薄膜电2池还可做成单结或三结非晶硅薄膜电池)、背电极、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、底面玻璃。非晶硅玻璃薄膜电池发电原理与单晶硅、多晶硅电池相似，当太阳光照射到电池上时，电池吸收光能产生光生电子—空穴对，在电池内建电场的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴漂移到P侧，电子漂移到N侧，形成光生电势，外电路接通时，产生电流。图5-1非晶硅双结玻璃薄膜电池结构为了要了解不同于晶体硅太阳能电池的非晶硅薄膜太阳能电池的设计和操作,我们将会概述非晶硅薄膜太阳能电池的结构和材料特性并且与单晶硅电池进行比较。一些广泛被应用1.原子结构图5-2举例说明不同在单晶硅和a-Si:H原子结构的不同.每个硅原子以共价以联结四个邻近的原子。所有的联结键有相同的长度并且各联结键之间的角度是相等的。在原子结构中，一个原子与它直接相邻的原子的联结数目叫做配位数。因此,在单晶硅中,所有硅原子的配位数是四;我们也能说硅能被复制而且彼此堆积。如此的规律性的原子排序用长程有序来描述。图5-2b举例说明a-Si:H不呈现出长程有序的结构。然而，在原子规模上有相似的原子组态,即有四个硅原子组成相邻的共价键，在其近邻的原子也有规则排列，但更远一些的硅原子其排列就没有规律了。虽然a-Si:H中缺乏长程有序,但它有与单晶硅相同的短程有序作用。这一个结论已经从SiH角度和长度上的小偏离会导致在超出几个原子的距离上局部结规网络。由于短程有序，通常的半导体能带观念(由倒带和价带表示)能仍然被用于c。在a-Si:H中相邻原子联结键角度和长度发生较大偏离时会导致所谓的禁带。当充足的能量可以满足的时候,例如以热能的形式，禁带就容易地被打破。这一个过程导致在原子的网络中的缺陷的形成。在连续的无规网络,缺陷的定义被有关于晶体的结构修正。在晶体中,任何一个原子处于不合适的格子空间则形成一个缺陷。在连续的无规网规网络结构中，任意一个原子的具体结构特征与其近邻是同等的，因此此缺陷是配位缺陷。当一个原子有太多或太少束缚键种结构在a-Si:H占主导地位，因此缺陷通常与悬挂键有关。子与五个近邻原子联结成键造成的。这种结构称为是漂浮键，在纯净的a-Si(非晶硅中只有硅原子而没有其他原子),每立方厘米大约有1021个缺陷的浓度。如此大的缺陷密度材料很难作为性能优良的设备。当非晶硅掺杂氢沉积后(利用辉光放电)，氢原子联结了绝大多数的硅的悬挂键，作用力强的硅氢键就形成了。如图5-2，氢纯化后悬挂键的密度从没立方厘米1021个减少到1015-1016个，相当于每一百万个硅原子中存在不到一个悬挂键。在这种材料中，氢原子掺杂后的非晶硅薄膜电池已经被证明具有合适的电学应用。i.电子自旋共振一项实验数据可以提供半导体中缺陷的微观结构的信息，包括非晶硅，那就是电子自旋共振(ESR)。电子自旋共振只aSiH缺陷的实验标准，并且其结果被认可准确的。然而，这种方法的灵敏性被薄膜中较低的自旋密度所限制并且这种方法只提供了顺磁性的缺陷信息，它无法表达出无配对电依赖于费米能级的位置，因为它影响着电子自旋产生的缺陷。ii.氢化的非晶硅中氢的特性氢在缺陷纯化中扮演着重要角色，氢的掺杂并入和稳定性膜的力学、热学、光学、电学等等性质有着极大的影响。这是因为它可以钝化非晶硅薄膜中大量存在的悬键，降低薄膜的缺陷密度，减少带隙中的非辐射复合中心，从而显着提高薄膜的式有关,因此研究膜中氢的含量和结合方式与淀积工艺条件之间的关系是薄膜制备中的重要问题。红外吸收光谱仪被广泛应拉伸模型(也称为低拉伸模型，LSM)，范围在2060-2160cm1的峰值包含内表面上的硅氢键Si–H的拉伸模型(也称为高拉伸模型，HSM)，例如空键、二氢化物键和三氢化物键。一个代表两个不同“态”，即密集网络和包含空隙的断裂网络。这个微观结构系数定义为;IR*=HSMI+ILSMHSM 氢扩散和演变观测技术帮助分析a-Si:H中氢的运动。核磁共振(NMR)给出了氢原子所在环境的信息。最近，据报2.态密度在半导体材料中反应载流子的分布和浓度的一项重要信息是态的能量分布，也称为态密度。对于本征晶体硅，价带和导原子结构中的长程无序，价带和导带中的能态分布到带宽中并形成能态区域，称为带尾。可以看作是晶格紊乱对晶体能带中形成的能态区域在价带和导带之间的中间。也就是在a-Si:H中能带密度是连续分布。能态中载流子可以认为是自由载体(可以用波函数描述)可以拓宽到整个原子结构，这些能态是非定态的称为是拓宽能些态称为是定态。结果是，描述载体运输的移动性在通过定态是严重衰减。这种在定态中严重衰减的载体移动的特点与在拓率，Emob。在非晶硅半导体的能带中，不存在严格意义上的价带顶和导带底，能级将能带分为两部分，一部分称为扩展态；价带Ev，导带Ec，迁移率边，两者之差也不再具有禁带的意义，而被称为迁移率隙(或能隙，光学带隙)，它比单晶硅的带宽要大，并且典型的能隙值为和。图5-4典型的态密度模型绘了标准态密度分布模型。在这个模型中，价带和导带由一条能量抛物线表示，并且出现价带和导带的带尾能态的指数衰减。缺陷能态由两个相等的高斯分布曲线表示，由相关能U相互转化，且相关能假设是一个正的常数。正如之前提到的，悬挂键是a-Si:H中占主导地位的缺陷因素。一个悬挂键可以以下三种电性：正电(D+)，中性(D0)，负电 (D)。进一步而言，对于非晶态半导体价带的带尾，如果没有被电子占据，则呈正电性，起施主作用；如果被电子占据，则呈电中性。而对于导带的带尾，如果没有电子占据，呈电中性；如果被电子占据，则呈负电性，起受主的作用。如果导带和价带的带尾在能隙内交叠，那么，费米能级就被钉扎在交叠带尾的中央。也就是说，非晶态半导体的费米能级基本不随着掺杂浓度、缺陷浓度的改变而改变。对于位于费米能级以下的导带带尾，由于都被电子占据，从而显示负电性；而位于费米能级以上的价带带尾，由于没有被电子占据，是空着的，所以显示正电性。与晶态半导体中施主能级的电子可以填充空着的受主能级起到补偿作用一样，非晶态半导体中费米能级下的施主也会和费米能级上的受主复合，严重影响非晶态半导体的电3.光学特性a-Si:H的光学特性通常用吸收系数，折射率和光学带宽描数的变化曲线。在可见光部分，a-Si:H吸收率大概是晶体硅的4.电学特性a-Si:H的电学特性通常由暗电导率，光电导和迁移率产品些特性是判别a-Si:H材料质量的重要因素。i.暗电导率d导率需要对一个很小的电流进行测定，为了不影响电流的测量采取除潮或扩散杂质的方法。因此，测量通常是在真空或惰性气体的环境中进行，样品需要退火半小时到1500C来蒸发所有薄IwdIwdUld(2)2cm)，w是两电极间的距离()，d是薄膜的厚度。ii.光电导率光电导率可以给予测量按电导率的样品材料通以合适的光照进行测量。a-Si:H的光电流可以用等式(2)进行计算，且1cm1。光电导和暗电导的比率称为光电灵敏度。这个系数给出了一种材料是否适合作为太阳能电池光敏材料重iii.迁移率产品寿命量子效率迁移率产品寿命十分有用，包含着a-Si:H薄膜的光吸收，运输和再复合的数据。这个量可以根据在照射到样品的波长相对较长的单色光测量下的光电流计算得到。通常，600nm波长的光被选为探测光束，且其值由以下式子得到：()Iphw。当假设非晶硅中的=1时，意味g600qUl0(1R)(1exp(d))g着一个吸收的光子产生一个电子空穴对，迁移率产品寿命在5.亚稳性在含氢的非晶硅中，氢能够很好地和悬挂键结合，饱和悬挂键，降低其缺陷密度，去除其电学影响，达到钝化非晶硅结构缺陷的目的。氢的加入还可以改变非晶硅的能隙宽度，随着非晶硅中氢含量的增加，其能隙宽度从开始逐渐增宽。如在硅烷中掺入5%-15%的氢气，利用等离子增强化学气相沉积技术制但是，氢在非晶硅中也会引起负面作用。研究指出，含氢非晶硅中能够产生光致亚稳缺陷。非晶硅在长期光照下，其光电导和暗电导同时下降，然后才保持稳定，其中暗电导可以下降几个数量级，从而导致非晶硅太阳电池的光电转换效率降原来的状态，这种效应被称为是Stabler-Wronski效应(S-W效应)。i.非晶硅薄膜的光致衰减效应没有掺杂的非晶硅薄膜由于其结构缺陷,存在悬挂键、断键、空穴等,导致其电学性能差而很难做成有用的光电器件。所以,必须对其进行氢掺杂饱和它的部分悬挂键,降低其缺陷态密度,这样才能增加载流子迁移率,提高载流子扩散长度,延长载流子寿命,使其成为有用的光电器件。然而,氢化非晶硅薄膜易失去,形成大量的Si悬挂键,从而使薄膜的电学性能下降,而为H2,便于形成H的气泡。硅悬挂键的产生和缺陷的形成是制2约氢化非晶硅薄膜应用的主要原因,只有正确理解光致衰退效应的机理,才能解决好氢化非晶硅薄膜的稳定性问题。ii.非晶硅薄膜光致衰减效应的影响因素不同条件制备的非晶硅薄膜的光致衰减效应是不同的，薄究了不同条件下光致衰减的情况，指出光照强度、光照时的电池温度都影响光致衰减，而且电池在500C以上光照时，还会出现光致衰减的饱和现象。但是，薄膜内部应力和光致衰减效应的关系不大。由于非晶硅结构是一种无规网络结构,具有长程无序性,所以对载流子有极强的散射作用,导致载流子不能被有效地收集。为了提高非晶硅太阳能电池转换效率和稳定性,一般不采取单晶硅太能电池的p-n结构。这是因为:轻掺杂的非晶硅费米能级移动较小,如果两边都采取轻掺杂或一边是轻掺杂另一边用重掺杂材料,则能带弯曲较小,电池开路电压受到限制;如硅材料中缺陷态密度较高,少子寿命低,电池性能会很差。因此,通常在两个重掺杂层中淀积一层未掺杂非晶硅层(i层)作为有源集电区,即p-i-n结构。非晶硅太阳能电池光生载流子主要产生于未掺杂的i层,与晶态硅太阳能电池载流子主要由于扩散而移动不同,在非晶硅太阳能电池中,光生载流子由于扩散长度小主要依靠电池内电场作用做漂移运动。当非晶硅电池采取pin结构以后,电池在光照下就可以工作了,但因存在光致衰退效应,电池性能不稳定,电池转换效率随光照时间逐渐衰退,所以电池的结构与工艺还要进一步优化。影响非晶硅电池转换效率和稳定性的主要因素有:透明导电膜、窗口层性质(包括窗口层光学带隙宽度、窗口层导电率及掺杂浓度、窗口层激活能、窗口层的光透过率)、各层之间界面状态(界面缺陷态密度)及能隙匹配、各层厚度(尤其i层厚度)以及太阳能电池结构等。非晶硅薄膜电池的结构一般采取叠层式或进行集成或构造异质结等形式。iii.非晶硅薄膜光致衰减效应的减少和消除在非晶硅薄膜太阳电池的pin结构中，由于本征层的厚度电池中的S-W效应，主要是要减少本征非晶硅硅层中的氢含量。在材料制备方面，研究者开发了电子回旋共振化学气相沉积(ECR-CVD)，氢化学气相沉积(HR-CVD)和热丝(HW)化学气相沉积等技术；在制备工艺方面，采用了氢等离子体化学另外，电池结构的改变也能够降低S-W效应的影响。利用多带隙叠层电池结构，使得每个叠层子电池的本征非晶硅i层的厚度降低，相对使每个子电池的内电场增强，增加了各子电池的收集效率，从而可以有效地克服部分S-W效应的作用，如5-6双结非晶硅电池结构示意图i．非晶硅的光吸收系数比晶硅大一个数量级，非晶硅电ii.电池的核心部分为PIN结(无论是单层还是多层)，可以在薄膜的生产过程中同时完成；iPINoC(单晶硅电池，多晶硅电池约在800oC—1400oC进行扩散和拉单晶)，能源消耗小；iv.非晶硅电池有较高的光电导，较低的暗电导；v.非晶硅薄膜太阳能电池能源消耗的回收期短，如下表5-单晶电单晶电池400多晶电池400非晶电池温温度/oC能耗回收期/年2000表5-1三种电池能耗、材耗和能量回收期vi.非晶硅太阳能电池发电最多，对于同样峰瓦数的太阳电池，非晶硅电池可比单晶硅、多晶硅电池产生更多的电能，下表5-2列出了不同厂家生产的四种类型的太阳电池，在相同地点安装，每千瓦电池一年内的实际发电量数据：CorporatiCorporatioBPSolarSiemensKyoceraASEEfficiency%%%GrossCapacityofcells77306466Cellsc-Sic-Sip-Sip-Sipp-Si%961a-Si%1164a-Si%1001CIGS%963ShellUni-SolarFreeEnergyBPSolarSiemensa-Si%表5-2不同厂家的四类电池发电总量比较第二节工艺路线一般要大于105。C/s，所以，其制备通常利用物理和化学气相沉积技术。制备非晶硅主要利用化学气相沉积技术，包括等离子增强化学气相沉积 (PECVD)、光化学气相沉积(photo-CVD)和热丝化学气相沉积(HW-CVD)等，而最常用的技术是等离子增强化学气相沉积技术，即辉光放电分解气相沉积技术。i.射频等离子体增强化学气相沉积(rf-PECVD)a-Si:H最普遍的沉积方法是射频PECVD技术(频率是)。等离子体的作用是提供能量使得硅和硅烷气体分离。由等离子体中的二次电子在电场内加速获得能量而发生碰撞完成。a-Si:H薄膜的生长由分离的硅烷原子的反应颗粒吸附到生长膜表小的衬底之上。在碰撞中传递给硅烷原子的能量由可见光辐射C2500C，低温过程允许低价材料作为衬底，例如玻璃，不锈钢和柔性塑料箔。ii.PECVD沉积系统相对简单，主要由五部分组成(如图1.有双电极的不锈钢高真空反应室，射频馈入装置，基片座底加热部件。2.气体控制系统包括质量流量控制器和几个气阀来控制气体流动，而气体用来沉积本征层和掺杂层和控制反应室的压。3.泵浦系统，通常由涡轮分子泵和回转机械泵组成，可以控4.废弃处理系统，由一个洗涤器来处理出气口的气体。5.一个电控制部分，由一个直流发电机或射频发电机组成2．原子、离子和激励源在等离子体中第二个反应将形成活性组分并最终形成大的硅-氢基团，被称为粉末颗粒。中性的组分扩散到衬底，正离子轰击到活性膜，负离子被等离子体收集。3．激励源与生长膜表面反应，例如激励源扩散，化学键，氢吸4．下表面氢释放以及硅网络驰豫。图5-7射频等离子体增强化学气相沉积系统示意图SiH激励源通常被认为是a-Si:H生长最主要的激励源。3因为衬底生长被氢终止，SiH激励源没有形成生长薄膜但是分3布在表面扩散直到它遇到悬挂键。因此SiH联结着悬挂键，对3于生长有着重要作用。SiH联结到生长表面需要合适的悬挂3键，而悬挂键产生于氢离开表面。氢可以由热激发或提取获4很少，但是它们在薄膜特性上起着重要作用。SiH和更高硅烷2激励源比SiH有更高吸附系数并且可以直接合并到氢终端表3因此这些激励源在等离子体中的影响应该忽略。据估计，离子因此，沉积过程是一个气体和表面反应的复杂过程，可以的参考值如下：硅烷流速20-50sccm，压强，衬底温度在做提高沉积速率同时不影响材料质量的努力。控制沉积速率的中心系数是由等离子体吸收的能量，高能量产生高的电子密度和温度，便于SiH原子的分解。然而，增4加能量会导致更高的硅烷激励源的产生并最终形成粉末，产生这样一种沉积状况。这些沉积状况增加了的氢和SiH键会产生2质量差的薄膜。为了在高沉积速率情况下便于形成紧密的硅网络，抑制SiH键的形成十分重要。这可以通过降低等离子体中2的高沉积温度是需要的，用来促进更高硅烷态的扩散和从生长表面清除氢。然而，吸收层的如此高沉积温度会对太阳能电池下面各层产生温度危害。在气相高沉积速率下抑制更高硅烷激励源和短的激励源寿命成为一种普遍的沉积a-Si:H的方案。为了获得更高沉积速术的参数情况。第二种方法的是研究和发展新的沉积技术，如热丝化学气相沉积(HW-CVD)技术，接触反应化学气相沉积和热膨胀等离子体化学气相沉积(ETPCVD)技术。第三节项目创新点非晶硅薄膜太阳能电池存在的主要问题非晶硅是一种很好的太阳能电池材料，非晶硅太阳电池也得到很大发展，其商品稳定效率已达到8%，但目前非晶硅电池仍然存在一些问题，主要集中在以下两个方面：II.电池稳定性不高。要提高转化效率，就需要改进并探索窗口材料，如：纳米硅复合薄膜。此外还可采取有效方法减少i层缺陷，改善各层间的能隙匹配，改善各种界面接触，这些都有可能提高转化效率。而稳定性不高的问题，则主要是由于光致衰退而引起的，即S-W效率，近年来投入了大量的精力来研究光致衰退问电场分布的计算，可看出随i层厚度的减小，最低电场强度增能的改善上，而解决这些问题的一个较好的途径就是制备叠层太阳能电池，叠层太阳电池是使用对应于不同太阳光谱部分的不同光伏材料膜层来制作的。项目采用叠层太阳能电池改善电池稳定性不高的问题1.透明导电膜(TCO)透明导电膜在太阳能电池上主要用作电池的透明电极,有些还可同时作为减反射膜。不同透明导电膜的电学、光学以及结构等都不相同,亦对太阳能电池的光电特性和输出特性(如电池的内外量子效率、短路电流、开路电压、填充因子等)产生比ITO作前电极的短路电流要大,而开路电压要低一些。一般,在太阳能电池中对透明导电膜的要求是载流子浓度高、带隙宽度大、光电特性好、化学性质稳定、较低的电阻率、机械强度高以及优良的耐磨损性等。2.窗口层性质提高非晶硅太阳能电池转换效率一般要求窗口材料光学带隙宽且较低的电阻率和激活能。宽的光学带隙可以减少对入射光的吸收,进而增大电池的短路电流;低的激活能有利于增大电池的内建电势和开路电压;低的电阻率可以减小电池的串联电阻,从而改善其填充因子。为了减少入射光在窗口层处的损失,要求窗口层尽可能地薄,减少对光的吸收,但窗口层过薄,会降低p-i结内建电场,这对提高开路电压不利。一般对于非晶硅/晶硅异质结太阳能电池降低窗口层的掺杂浓度有利于光生载流子的传输与收集,但为了增加电池内电势和减小串联电阻,窗口掺杂浓度要适当调高,然而高掺杂将导致电池“死层”出现,一由于界面处容易产生缺陷、悬挂键等复合中心,所以界面态状况对电池的开路电压和填充因子有非常显着的影响,对界面有效地处理利于薄膜的沉积和减少界面的复合损失,利于提高电池的短路电流和开路电压VOC,因此高效率太阳能电池必须尽可能降低界面层的缺陷态密度。另外,对于非晶硅异质结太阳能电池,当两个能带不匹配的电池层界面之间由于能带不连续,在界面处易形成界面势垒和引起漏电流以及形成悬挂键等,为了缓和这种情形可以在界面处插入一层缓冲层,它起到带隙过渡作用和改善异质结界面晶格失配问题,还可以降低界面态密度,钝化结处表面悬挂键,调节能带偏移,利于光生载流子的为缓冲层,电池通常具有较高的开路电压,但降低了电流的收集,因此为改善电流收集,也可采用纳米微晶作为缓冲层。非晶硅电池各层厚度的选择要以提高电池转换效率和电池的稳定性为出发点。一般非晶硅电池的结构均采取pin结构,pn内建电场达到i层厚度内所需最小电场,集的作用,i层太薄无法产生足够的光生载流子,太厚则会出现由于空穴扩散长度很小,决定了光电导主要来自耗尽层的贡献,光生载流子的生成主要在i层。耗尽层宽度愈宽则光电流愈大,素。另外,耗尽层宽度与间隙态密度g(E)有关,g(E)愈低则耗尽层宽度愈大,但g(E)的降低必然导致耗尽区的加宽。同时,随着宽度的增大,因而i层厚度的控制在非晶硅电池制造过程中尤为关键。同时电池的p、n层厚度要满足使进入电池且能量足以产生电子空穴对的光子透过率为零,提高入射光子吸收率,但电池总厚度不能过厚,越厚,p、n层之间形成的内建电场越小,电子空穴越难被电极吸收,同时电池越厚电池性能衰退也越目前非晶硅太阳能电池的主要缺点是光电转换效率低和存在光致衰退效应。可以通过不断优化非晶硅太阳能电池结构以达到改善其性能的目的。常采用的非晶硅太阳能电池结构有叠层非晶硅太阳能电池和集成型非晶硅太阳能电池。叠层太阳能电池是在制备的pin层单结太阳能电池上再沉积一个或多个pin子电池,各个子电池对太阳光谱的不同区域都设计成最佳响应匹配,以最大限度地吸收太阳光能量。集成型非晶硅太阳能电池是由若干分立小电池组合而成的,类似于太阳能电池组合板。集成型太阳能电池可以有效避免“电池尺寸效应”。所谓“电池尺寸效应”即人们在研究太阳能电池的转换效率与面积之间关系时,发现转换效率会随电池面积的增大而衰减。对一块有确定面积的集成电池衬底,其集成度越高,单个电池的面积就越小,整个透明电极的功率损耗也就越小,但有效电池面积的损失就越大,因此,将大面积电池分割为小面积电池必存在一最佳值。人们通过优化非晶硅太阳能电池各层厚度可以增强内建电场减少光生载流子复合几率,同时可以增加载流子迁移率和提高电池稳定性。在提高太阳光吸收率方面,人们可以对非晶硅太阳能电池实施表面减射技术和光陷阱技术以及制作绒面结构,增加电池内部太阳光的光程以提高太阳光吸收率。另外,人们结合非晶硅和晶体硅电池各自优点把非晶硅沉积在单晶硅或多晶硅或微晶硅衬底上制成异质结太阳能电池亦可提高非晶硅Si/c-SiHIT电池效率具有高效率、稳定、低成本的特性,而且方法优化非晶硅电池结构成为研发非晶硅电池的重点。第四节非晶硅薄膜太阳电池主要技术参数a)对于产品度系数度系数%/℃%/℃长宽(mm)(mm)1249640(W)-℃参数功率(V)(V)厚(V)b材料(1)GB/T19064-2003家用太阳能光伏电源系统技术条件和(2)GB/T2297-1989太阳能光伏能源系统术语；NYT部分:技术条件)；NYT部分:实验方法)；GBT件(第1部分:光伏电流-电压特性的检GBT太阳电池的要求)；(7)IEC904光电装置；(8)IECll94独立的光电系统的特性参数。第六章建设规模与产品方案第一节建设规模建设规模建设规模确定的依据项目即将启动。青海西藏及地区，也是太阳能电膜叠层太阳电池，在较低的温度 (200℃左右)下可直接沉积在玻璃了、不锈钢、塑料膜等廉价衬底整体性能已经达到国际同类先第二节产品方案产品技术方案产品设计的基础研究，通过本阶段和产业化做好必要 (1)由非晶硅薄膜太阳能电池材料的原子结构出发，明确其光电转， (2)利用射频等离子体增强化学气相沉积(rf-PECVD)技术进行制(3)研究光致衰退(S-W效应)的原理并根据目前国际认可的解决(4)利用双结，多结非晶硅叠层装置可提高薄膜太阳能电池的转换(5)非晶硅薄膜电池温度系数低，弱光性能强的特点，直接使得在产品质量标准流、填充因子、光电换效率，即将光能转ASTMD材料腐蚀的标准实验ASTMEa可燃性的标准实验下国家标准：《太阳电池型号命名方法(GB/T2296-2001)》；《太阳能光伏能源系统术语(GB2297－89)》；《单体硅太阳电池总规范(GB/T12632-90)》；《地面用太阳电池标定的一般规定(GB/T6497-86)》；《地面用太阳能电池电性能测试方法(GB6495－86)》；《光伏器件(GB/－96)》；第2部分《太阳电池温度系数测试方法(SJ/T10459-93)》；《地面用晶体硅太阳电池质量分等标准(SJ/)》；第三节主要研发和产业化前期工作非晶硅薄膜电池由于没有晶体硅所需要的周期性原子排列要求,材料与衬底间的晶格失配问题,右)下可直接沉积在玻璃、不锈钢、塑料膜上,工艺简单,单片电池面积大,便于工业化能减少能量回收时间,降低生产成本。短程有序,原子之间的键合类似晶体硅,形成的是一种共价无规网络结构,它含有一定量的结构缺陷、悬挂键、断键等,率低、扩散长度小、寿命短,所以这种材料是不适的。为了降低非晶硅中缺陷态密度,使之成,人们发现通过对其氢化处理后非晶硅材料中大的电荷收集。因此为了把非晶硅材料做成有硅材料的光学带隙为,材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感,了非晶硅太阳能电池的转换效率,解决这个问题的层太阳能电池,一方面增加太阳光利用率,另一方阳能电池效率。但是,非晶硅薄膜太阳能电池光电。第四节提升市场竞争力的技术创新目标影为重要，从产品性能1.提高非晶硅太阳电池的传换效率。效率的提高可以从提高对璃衬底上的太阳电池(亦称“顶层式”太阳电池)，影响光散射特性的透明导电膜(TCO)前电极的表面形态就显得至关重要；对于沉积在不透明载体上的太阳电池(亦称“底层式”太阳电池)，后接触器的反膜太阳电池更进一步发展与层和介于掺杂层和内置层之2.消除非晶硅薄膜太阳能电池光电效率会随着光照时间延续而衰减的影响，即消除所谓的光致衰退(Staebler-Wronskieffect)影响。这种影响可以使得初期非晶硅太阳电池组件的性的吸收层可以有效抑制光致衰退效，薄的吸收层必须依赖于3.为了降低非晶硅薄膜太阳电池组件制备的成本，限制在非晶加的光诱导衰减成为了沉等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)技术，以下几种沉积技术也被探究具有可以制造出体增强的化学气相沉积技化的热等离子体化学气相沉积4.大批量生产工艺的选择。尽管a-Si:H薄膜太阳能电池各层的但是成品还包括很多制造步骤影响太阳能组件的总费用。这包括：透明导电膜(TCO)前电池系统的激光划片，封装和计取决于应用的制造步骤和种主要的a-Si:H薄膜太阳能电池沉多室过程和连续式的卷对卷(roll-to-roll)制小，来减少每单位面积的成分的沉积过程信任度，高的。的卷对卷(roll-to-roll)技术是合物封装技术被应用来保封装成为了模块加工中花费最aSiH度和利用度也具有经操作性强，能源消耗的回收期现产业化，非晶硅薄膜太阳在玻璃上直接沉积非普通的屋顶瓦规模相硅薄膜太阳电池还可源，可用于汽车顶棚第六节项目产品的经济寿命期的角色。基于际市场也处于术水平已经处于国内领的市场竞争第七章厂址选择第一节厂址选择地点与地理位置土地利用现状路八年开发建设，建成区面完善中。二期规划面积平囊有限公司等一批企业入品有限公司、青海昆仑油第二节场址建设条件(一)地理位置高，东南低，东西狭长，形南路直通兰西高速公(二)地形、地貌即冷龙岭－－大通河－－达坂山－－湟水－－拉鸡(脊)(三)气候条件长，雨水少，蒸发量风向及冬季盛行风向均为东s，m/s，m2，(四)工程地质与水文地质近项目点的资料地层结构从上至下由新生界(代)第四系(纪)全新统(世)①层杂填土(Q4a1)、②层黄土状土(Q4a1)、③层饱和黄土(Q4a1)、组成。达300~600毫700毫米。降水分配也很不均匀，一般土起隔水作用，积聚外部建设条件(一)水资源及供水地，素有“中华水塔”之利用总量亿立方米。目前西量仅为全国人均占有量的宁市区内虽暂时不存在缺但是，从局部看，部分断(二)给排水现有的自来水管网，项目所在地的自来水总设规模分期逐步施工，水处理后的工业污水均由污理，项目产出污水经过处理(三)电力供应(四)燃料供应(五)交通运输条件用地，集中布置有货创造了良好的条件。(六)电信作为项目区内生产、管通信线路从附近的电以满足不同层次企业(七)征地、拆迁、移民安置条件第三节产业基础条件长%；完成财政一般预算收入亿元，年均增长%；累计引均增长%；累计合同利用外资万美元，年均增%。表7-1西宁市经济技术开发区主要经济指标表单位：万元固定资产 元)资料来源：西宁经济技术开发区管委会内部数据目前，区内还没有形成一个全国性的有关开发区的法律体系，在法律法规方面开发区主要依据国家法律。政策方面有省、市政府的大力支持。开发区遵照诚信为本、共同发展的原则与国家政策性银行、各大商业性银行和投融资机构建立合作关系。截止2006年底，累计落实银行贷款亿元，累计偿还贷款本金亿元，累计支付借款利息7009万元。中国农业银行对开发区给予10亿元的特别授信。但是由于缺乏人才和技术，开发区的管理也相应处于初级水平。海关、工商、税务、公安等体系均处在筹建中，体制还尚不健全。第八章技术方案、设备方案和工艺方案第一节技术方案本项目实施过程中，将在完成相关基础研发和产品设计的基础上，完善和改进各关键技术，并进行工业化放大研究，通过本阶段的研究开发，为实现项目产品的产品化、系列化和产业化做好必要的准备。具体为：(1)由非晶硅薄膜太阳能电池材料的原子结构出发，明确其光电转换机理，在试验中各层膜结构、厚度，氢掺杂浓度等因素影响下，得出最优方案；(2)利用射频等离子体增强化学气相沉积(rf-PECVD)技(3)研究光致衰退(S-W效应)的原理并根据目前国际认可的解决办法，采用叠层装置尽量消除光致衰退效应的影 (4)利用双结，多结非晶硅叠层装置可提高薄膜太阳能电池的转换效率的机制，并设计最优方案； (5)非晶硅薄膜电池温度系数低，弱光性能强的特点，直接使得在相同的测试条件下，与相同功率的晶体硅太阳电池相比，年总发电量高10%-15%。第二节生产工艺流程生产工艺流程本项目的产业化过程中，将根据本项目产业化研发取得的成果，制定出的相关技术条件和性能指标，制定部件生产、制造、装配和检测工艺流程，制订非晶硅薄膜太阳能电池的装配、检测、调试生产工艺。生产工艺主要由玻璃准备、二氧化锡切割、非晶硅沉积、非晶硅切割、铝沉积、铝切割、中间测试、封装、检测等工序组成，工艺流程如下：工艺说明工艺由两块635mm×1245mm×3mm的玻璃开始。薄膜沉积在覆盖了氧化物的透明导电膜玻璃(“板”)上，第二块清洁的浮法玻璃作为电池的盖(“盖”)。板和盖经过非晶硅集成制造系统的处理生产出非晶硅光伏组件。本工段的第一步是玻璃的磨边和钻孔。磨边机通过两条湿砂皮带将玻璃的边进行打磨，以减少玻璃的应力。使用玻璃钻孔机在盖上钻1个孔，此孔在工艺的以后工序中将用于组件的电路连接。钻孔机从玻璃的两边钻，然后扩大此孔以清除碎屑和减少应力。钻完孔的玻璃要再次通过磨边机进行处理。磨边以后，板和盖均要经过玻璃清洗机的5个步骤的清洗。清洗后，盖先存放起来，到封装工段时再使用。在本工段中，按照预定的尺寸将二氧化锡层划刻成独立的部分。尺寸由相应的组件电压和电流特征决定。非晶硅沉积工段是将活性薄膜半导体层沉积到玻璃片覆盖了二氧化锡层并已切割完的玻璃板上进行沉积。这种制造方法具有产品一致性好、生产率高、时间短、气体利用率高、品质一致性好等特点。通过激光系统按照与二氧化锡切割相对应的尺寸对非将组件的铝背电极沉积在经过了非晶硅切割后的玻璃板上。这种背电极也起背反射器的作用，将未充分吸收的光能反射回组件以产生更多的电流，并输出电流。与上述的二氧化锡、非晶硅切割一样，铝切割也按相同的尺寸，用激光系统将背反射层进行切割。用光检测仪对玻璃板进行测试。将通过中间测试的玻璃板装入退火炉，温度在预定的时间内升高到一预定值。此工段是质量控制阶段，用于在封装前修正玻璃板上氧化锡/铝电极的稳定性。板从退火炉封装工段共包括了8个工序，将处理后的板和盖结合在一起形成最终的非晶硅光伏组件。a.边绝缘系统形成的边界可阻止水汽涔入到组件的活b.箔焊接系统是在玻璃板上安装铝箔条。铝箔条既可作为电流连接的导体，又可作为与外部相连的机械装置。涂抹机是通过使用EVA膜作为封装材料层压在电池板上，从而形成板/EVA/盖的三层结构形式。d.将板/EVA/盖的三层结构形式放置在预热炉内，均e.预热完成后，板/EVA/盖的三层结构形式被放置在EVA层压机上，通过热塑膜将三层粘结在一起。f.电站用于准备电线连接，并在组件背面做连接。g.机械站用于安装机械固定件，并在组件背面做电力h.修复炉用于粘结机械固定件和电力接线的材料固定面。第三节主要设备选型为保证本项目实施，将新添一批生产、检测设备(详见表8-1)。本着高水平高起点的原则，在选择添置生产检测设备时，国内能满足要求的尽量采用国产设备，国内达不到要求的选用进口先进设备，生产检测设备的采购将采用招投标方式，优先选择综合性价比高的厂家。本项目所需主要生产设备(供应情况见表8-1)。#名称玻璃清洗机系统(SnO2)结非晶硅薄膜沉积系统4装载盒载盒车6预热炉却炉8特气存储装置非晶硅薄膜沉积系统F件111KPE8KPE8KPE2KPE2KPE1BOC2KPE2Advanced2BOC€€1化锌溅射系统1€1€€11anced17激光刻划系统(Al)封1装1120预热站1EVA压机1层压机真空部件123退火炉(包括两辆炉车)3KPE€78,093€234,279组件测试€364,22824组件光(I-V)测试仪2KPE€179,614€359,22825四探针