光伏及单多晶硅太阳能电池的现状和展望_刘金宁.doc

本文由zgmfnf4146贡献 本文由yoyojn贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 光伏及单多晶硅太阳能电池的现状和展望 第一部分 晶体硅 PK 薄膜硅 1 晶体硅和薄膜太阳能电池未来 35 年发展预测 第二部分 砷化镓,有机,染料敏化,量子点等其他光电池的发展 毋庸置疑,可再生能源成为近年最热门的话题之一。这是因为无论从微观粒子到广袤宇 宙，还是从低等的细菌到高等的人类，一切的变化和发展都离不开能量在起的作用。地球上 绝大多数能源都是直接或间接来自于太阳。 太阳能电池就是直接将太阳能转换为电能。 地球 上的非可再生能源和资源将会越来越少， 可再生能源将会越来越被重视， 直到取代非可再生 能源。最终解决人类能源问题的,必定是可再生能源(核聚变从目前看还非常遥远,反物质,真 空能等其他概念更加科幻！)。与其他的如风能，潮汐能，地热能等可再生能源相比，太阳 能比较稳定，分布也广泛得多，而且太阳能电池也被广泛研究并实现大规模商业化。奥巴马 从政治的角度认识到了， 发展可再生能源要摆脱石油输出国的政治威胁的紧迫性。 综上所属， 发展可再生能源，发展太阳能，将是人类未来可持续发展的必由之路。 图一 2000 到 2007 各类太阳能电池的产量百分比 图一 PV 电池分类 相对于光热，光伏是太阳能利用增长最快的高新技术行业。太阳能电池一般分为三代。 第一代，晶体硅太阳能电池。第二代，薄膜电池。第三代，利用量子点，量子阱等技术实现 的高效低成本电池。此外，太阳能电池还有太阳热电电池，聚光电池，有机电池，染料敏化 电池。目前商业上还是以晶体硅电池占 90的主导地位，薄膜硅电池，碲化镉电池，铜铟 镓硒电池只占了一小部分。 砷化镓等高效高成本电池还主要用在航天等特殊领域， 其用在高 倍聚光电池上的商业化也还没有发展起来。 其他类型的太阳能电池目前还是以研究或中试用 为主。 未来几年，薄膜电池商业化发展最快，将会越来越成熟，转换效率不断提高，工艺稳定 性会得到解决。 薄膜设备会越来越便宜， 目前薄膜设备很昂贵， 原因一几家设备厂技术垄断， 二设备制造含有三分之一的工艺和设计成本。未来硅烷紧缺（目前硅烷基本靠进口） ，贵金 属铟硒会涨价， 镉有毒受到限制 （CIGS 一般也需要用硫化镉做缓冲层， 不含镉的效率会低） 。 这些都对薄膜电池的发展不利。 硅料最终会从现在的 60 美元每千克， 降到 04 年以前 30 到 40 美元每千克的水平， 甚至 由于竞争和技术改进会更低。 还有切片技术的改进 （比如现在每切割 180 微米厚的硅片就要 浪费掉 180 微米，通过改进可以将浪费减少到 90 微米） ，再加上开发更薄的硅片（比如从现 在的 180 微米到 150 微米） ，会节约四分之一到三分之一的硅料。总之，硅片的成本会从目 前的 12 到 14 元（125165 单晶）降到 4 到 5 元每片，或更低。 图二 中国多晶硅价格走势 从硅片到电池片，在未来几年成本不会有太大的变化，在不采用新工艺，不增加成本的 前提下，电池片的转化效率也不会有多少的提升。制绒过程中酒精的回收利用，每片电池片 可以降低 0.10.3 元 （在酒精和氢氧化钠体系中， 每片电池片酒精成本 0.6 元） 左右的成本。 印刷浆料材料的成本在 1.5 元每片，而如果解决了银浆的廉价替代问题（比如像 IC 上用铜 浆料代替银浆料来印刷， 当然会遇到比如像铜扩散到硅片内部等很棘手的问题， 或者干脆用 电镀或溅射的方法产生电极，当然遇到的问题不会比前者少，而且成本和效率也要考虑） ， 每个电池片的成本会降低 0.5 到 1 元。而且未来几年，会对环保执行很严，氟化氢，氯化氢， 氢氧化钠， 氧化氮等有毒有害物质需要真正意义上的处理回收利用， 这些也会增加电池的成 本。但是这些增加的成本，相比设备的改进使碎片和成品率的提高，银浆铝浆的改进使功率 的提高和管理的成熟而降低的成本是微不足道的。总之，电池工序的成本为每片 3 元左右， 在今后几年不会有太大的变化。 组件封装成本每瓦一元左右， 组件的成本也不会有太大的变 化。组件可以通过采用新技术对隐裂片进行严格挑选，来达到提高组件的成品率，降低一点 成本。 通过从硅料到组件的成本分析，可知电池成本只要在于降低硅料成本，降低切片损耗。 当前（09 年 8 到 10 月）电池成本：硅片 12 元，电池工序 3 元，组件工序 2.5 元。当前组件 价格按保守 10 元每瓦来算。厚度从 180 微米降到 150 微米，还有切片损失减少一半，就可 以使硅片成本降到 5/8， 如果硅料价格也降到现在价格的一半即 30 美元每千克。 硅片价格可 以降到 1214 元的 5/16，即 3.754.375 元每片。那么电池片的成本为 9.875 元每片。每片 功率按 2.6 元每瓦计算，得到 3.563.80 元每瓦。所以，今后几年电池组件价格将会从目前 的 10 元每瓦降到 4 到 5 元每瓦， 这是在电池车间和组件车间维持现在的高额利润下得到的。 这个价格很接近现在 3 元每瓦薄膜电池的价格。 如果如果使用高纯冶金硅， 晶体硅电池的成 本还会更低。 所以我们可以推测在将来 3 到 5 年， 晶体硅电池和薄膜电池都会各有自己的一 片发展天空。 考虑到低倍聚光系统（如 5 到 50 倍）与硅电池的结合，光热同时利用，可以使晶体硅 与薄膜硅博弈中更胜一筹。 廉价的聚光系统， 还有追日系统帮助晶体硅延长统治地位。 而且， 特别是聚光系统，可以允许晶体硅采用光刻（目前用 IC 上的光刻胶材料成本就每片电池片 1.5 元，开发适合光伏上使用的廉价光刻胶成本至少会降低一半）等技术增加转换效率的同 时也增加每瓦成本。如果不考虑有机太阳能电池，染料敏化电池，或第三代太阳能电池在未 来 3 到 5 年出现令人震惊的进展， 晶体硅在和薄膜太阳能电池的博弈中仍然会处于优势地位。 晶体硅电池的统治地位关键在与硅料价格的回落，还有薄膜电池的平稳进步。 要点：光伏技术解决人类未来的能源问题 未来几年光伏电池百家争鸣 晶硅电池在未来几年还将继续成为主导 晶硅电池发展主要在于硅料成本的降低 第二部分 晶硅电池发展之路 降低成本 提高效率 1 制绒的降低成本 酒精回收利用 开发无酒精低成本制绒工艺 2 银浆印刷栅线工艺的改进 用铜部分或全部代替银 研究热点 1 双层减反膜，氧化硅，碳化硅，非晶硅，金刚石和氧化铝等薄膜的钝化。 2 SE 电池的各种实现方法 3 喷墨印刷 用在制绒 用在印刷 SE 阻挡层腐蚀 4 电镀 5 去扩散死层 6 切片减少损失，提高成品率，减少隐裂，消除线痕，降低损伤层 参镓 N 型电池 两个专题 1 激光在光伏的应用 激光刻槽 激光制绒 刻边 激光扩散 LDSE 背 2 功能材料在光伏上的应用 廉价光刻胶 波长转换材料 氧化腐蚀材料 理论和创新 1 制绒过程的研究与绒面控制，酒精消泡原理，新的低成本消泡剂来控制金字塔的大小 和均匀性。 2 开发绿色完全可循环使用的制绒液 比如利用可逆反应或离子液体在一定条件加热下 PH 很高可腐蚀硅，形成硅的化合物溶液，但在另一种条件下比如低温下硅的化合物分解， 可分离出硅氧化硅，从而可以循环使用。 3 波长转化 玻璃和 EVA 4 改善银浆性能。. 5 钝化深入研究 6 玻璃表面减反 在玻璃中波长转换 对电池原理和结构的突破性研究 1 钝化膜和 EVA 导电 2 铁磁钝化 SiOSiN 第二部分总结：晶体硅电池研究领域广阔，潜力很大，有很多的东西值得我们去深入 研究。 1 1本文由zgmfnf4146贡献 本文由yoyojn贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 光伏及单多晶硅太阳能电池的现状和展望 第一部分 晶体硅 PK 薄膜硅 1 晶体硅和薄膜太阳能电池未来 35 年发展预测 第二部分 砷化镓,有机,染料敏化,量子点等其他光电池的发展 毋庸置疑,可再生能源成为近年最热门的话题之一。这是因为无论从微观粒子到广袤宇 宙，还是从低等的细菌到高等的人类，一切的变化和发展都离不开能量在起的作用。地球上 绝大多数能源都是直接或间接来自于太阳。 太阳能电池就是直接将太阳能转换为电能。 地球 上的非可再生能源和资源将会越来越少， 可再生能源将会越来越被重视， 直到取代非可再生 能源。最终解决人类能源问题的,必定是可再生能源(核聚变从目前看还非常遥远,反物质,真 空能等其他概念更加科幻！)。与其他的如风能，潮汐能，地热能等可再生能源相比，太阳 能比较稳定，分布也广泛得多，而且太阳能电池也被广泛研究并实现大规模商业化。奥巴马 从政治的角度认识到了， 发展可再生能源要摆脱石油输出国的政治威胁的紧迫性。 综上所属， 发展可再生能源，发展太阳能，将是人类未来可持续发展的必由之路。 图一 2000 到 2007 各类太阳能电池的产量百分比 图一 PV 电池分类 相对于光热，光伏是太阳能利用增长最快的高新技术行业。太阳能电池一般分为三代。 第一代，晶体硅太阳能电池。第二代，薄膜电池。第三代，利用量子点，量子阱等技术实现 的高效低成本电池。此外，太阳能电池还有太阳热电电池，聚光电池，有机电池，染料敏化 电池。目前商业上还是以晶体硅电池占 90的主导地位，薄膜硅电池，碲化镉电池，铜铟 镓硒电池只占了一小部分。 砷化镓等高效高成本电池还主要用在航天等特殊领域， 其用在高 倍聚光电池上的商业化也还没有发展起来。 其他类型的太阳能电池目前还是以研究或中试用 为主。 未来几年，薄膜电池商业化发展最快，将会越来越成熟，转换效率不断提高，工艺稳定 性会得到解决。 薄膜设备会越来越便宜， 目前薄膜设备很昂贵， 原因一几家设备厂技术垄断， 二设备制造含有三分之一的工艺和设计成本。未来硅烷紧缺（目前硅烷基本靠进口） ，贵金 属铟硒会涨价， 镉有毒受到限制 （CIGS 一般也需要用硫化镉做缓冲层， 不含镉的效率会低） 。 这些都对薄膜电池的发展不利。 硅料最终会从现在的 60 美元每千克， 降到 04 年以前 30 到 40 美元每千克的水平， 甚至 由于竞争和技术改进会更低。 还有切片技术的改进 （比如现在每切割 180 微米厚的硅片就要 浪费掉 180 微米，通过改进可以将浪费减少到 90 微米） ，再加上开发更薄的硅片（比如从现 在的 180 微米到 150 微米） ，会节约四分之一到三分之一的硅料。总之，硅片的成本会从目 前的 12 到 14 元（125165 单晶）降到 4 到 5 元每片，或更低。 图二 中国多晶硅价格走势 从硅片到电池片，在未来几年成本不会有太大的变化，在不采用新工艺，不增加成本的 前提下，电池片的转化效率也不会有多少的提升。制绒过程中酒精的回收利用，每片电池片 可以降低 0.10.3 元 （在酒精和氢氧化钠体系中， 每片电池片酒精成本 0.6 元） 左右的成本。 印刷浆料材料的成本在 1.5 元每片，而如果解决了银浆的廉价替代问题（比如像 IC 上用铜 浆料代替银浆料来印刷， 当然会遇到比如像铜扩散到硅片内部等很棘手的问题， 或者干脆用 电镀或溅射的方法产生电极，当然遇到的问题不会比前者少，而且成本和效率也要考虑） ， 每个电池片的成本会降低 0.5 到 1 元。而且未来几年，会对环保执行很严，氟化氢，氯化氢， 氢氧化钠， 氧化氮等有毒有害物质需要真正意义上的处理回收利用， 这些也会增加电池的成 本。但是这些增加的成本，相比设备的改进使碎片和成品率的提高，银浆铝浆的改进使功率 的提高和管理的成熟而降低的成本是微不足道的。总之，电池工序的成本为每片 3 元左右， 在今后几年不会有太大的变化。 组件封装成本每瓦一元左右， 组件的成本也不会有太大的变 化。组件可以通过采用新技术对隐裂片进行严格挑选，来达到提高组件的成品率，降低一点 成本。 通过从硅料到组件的成本分析，可知电池成本只要在于降低硅料成本，降低切片损耗。 当前（09 年 8 到 10 月）电池成本：硅片 12 元，电池工序 3 元，组件工序 2.5 元。当前组件 价格按保守 10 元每瓦来算。厚度从 180 微米降到 150 微米，还有切片损失减少一半，就可 以使硅片成本降到 5/8， 如果硅料价格也降到现在价格的一半即 30 美元每千克。 硅片价格可 以降到 1214 元的 5/16，即 3.754.375 元每片。那么电池片的成本为 9.875 元每片。每片 功率按 2.6 元每瓦计算，得到 3.563.80 元每瓦。所以，今后几年电池组件价格将会从目前 的 10 元每瓦降到 4 到 5 元每瓦， 这是在电池车间和组件车间维持现在的高额利润下得到的。 这个价格很接近现在 3 元每瓦薄膜电池的价格。 如果如果使用高纯冶金硅， 晶体硅电池的成 本还会更低。 所以我们可以推测在将来 3 到 5 年， 晶体硅电池和薄膜电池都会各有自己的一 片发展天空。 考虑到低倍聚光系统（如 5 到 50 倍）与硅电池的结合，光热同时利用，可以使晶体硅 与薄膜硅博弈中更胜一筹。 廉价的聚光系统， 还有追日系统帮助晶体硅延长统治地位。 而且， 特别是聚光系统，可以允许晶体硅采用光刻（目前用 IC 上的光刻胶材料成本就每片电池片 1.5 元，开发适合光伏上使用的廉价光刻胶成本至少会降低一半）等技术增加转换效率的同 时也增加每瓦成本。如果不考虑有机太阳能电池，染料敏化电池，或第三代太阳能电池在未 来 3 到 5 年出现令人震惊的进展， 晶体硅在和薄膜太阳能电池的博弈中仍然会处于优势地位。 晶体硅电池的统治地位关键在与硅料价格的回落，还有薄膜电池的平稳进步。 要点：光伏技术解决人类未来的能