太阳电池研发现状与最新发展

- 1 - 太阳能系统研究所 016/7/1 洪瑞江 博士 教授 中山大学 太阳能系统研究所 电力电子及控制技术研究所 太阳电池研发现状与最新发展 - 2 - 太阳能系统研究所 016/7/1 目录 ： 2. 世界大型光伏电站介绍 - 3 - 太阳能系统研究所 016/7/1 新能源分类 新能源 广义上来说，有别于传统依靠矿物质原料燃烧的能源都称之为新能源。 太阳能 风能 生物质能 核能 地热、潮汐能 资源丰富、利用方便、洁净无污染 中华人民共和国 国家发展和改革委员会 中国新能源与可再生能源发展规划 1999白皮书 太阳能利用的重要途径之一是研制太阳电池！ 4 - 太阳能系统研究所 016/7/1 再生 核能 欧洲联合研究中心对未来能源发展预测 - 5 - 太阳能系统研究所 016/7/1 太阳电池原理 光伏发电厂 电池片 电池组件 200-m 厚的硅片 2 3 4 - 6 - 太阳能系统研究所 016/7/1 太阳电池分类 薄膜电池 晶体硅电池 硅基薄膜电池 单晶硅电池 多晶硅电池 化合物半导体薄膜电池 铟镓硒 （ 砷化镓 （ 碲化镉 （ 非 /微晶硅叠层电池 （ 非晶硅 (太阳电池 - 7 - 太阳能系统研究所 016/7/1 30% 类 最高效率 (%) 单晶硅 24 多晶硅 18 非晶硅 13 20 1 多结（例如42 单晶硅 多晶硅 太阳电池效率 - 8 - 太阳能系统研究所 016/7/1 光伏产业基本产业链 电池生产商 质量检测 - 9 - 太阳能系统研究所 016/7/1 晶体硅太阳能光伏产业链 太阳能级 多晶硅料 单晶硅棒 多晶硅锭 多晶电池组件 多晶硅太阳电池片 多晶硅片 单晶电池组件 单晶硅太阳电池片 单晶硅片 太阳能发电站 (系统 ) 各个环节都有技术提升的要求，也取得了一些进展。 - 10 - 太阳能系统研究所 016/7/1 晶体硅和薄膜太阳电池产业链对比 度整合 薄膜太阳电池产业链 晶体硅太阳电池产业链 - 11 - 太阳能系统研究所 016/7/1 世界太阳电池产量 1999 - 2008 20287016050,256,815,536,279,9101000200030004000500060007000800090001999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008- 12 - 太阳能系统研究所 016/7/1 世界太阳电池 07/08安装量 07年： W 08年： W - 13 - 太阳能系统研究所 016/7/1 全球 50大光伏 发电站 容量 安装地点 建造商 , 建造时间 60 班牙 , 008 50 班牙 , 2008 46 萄牙 , 008 40 国 , 20074 班牙 , 008 30 班牙 , de 2008 30 班牙 , 2008 30 班牙 , 008 28 班牙 , 2008 26 班牙 , 008 24 国 , 008 W 西班牙 , de 008 W 西班牙 , 2008 23 班牙 , 008 - 14 - 太阳能系统研究所 016/7/1 容量 安装地点 建造商 , 建造时间 W 西班牙 , 008 W 西班牙 , 2008 W 西班牙 , 2008 20 国 ,首尔 2009 20 班牙 , 2008 20 班牙 , G， 007 18 班牙 , 008 18 班牙 , 008 W 西班牙 , 2008 W 德国 , 2009 15 班牙 , 2009 15 国 , 008 15 班牙 , G, 008 W 德国 , 008 W 美国 , 007 - 15 - 太阳能系统研究所 016/7/1 20 I 10 5V 3I 16 - 太阳能系统研究所 016/7/1 全球大型光伏电站的安装情况 (1995(- 17 - 太阳能系统研究所 016/7/1 世界最大 班牙 60 18 - 太阳能系统研究所 016/7/1 德国最大 40 19 - 太阳能系统研究所 016/7/1 北美最大 国 14 20 - 太阳能系统研究所 016/7/1 - 21 - 太阳能系统研究所 016/7/1 西班牙 W - 22 - 太阳能系统研究所 016/7/1 3、组件测试结果（ - 23 - 太阳能系统研究所 016/7/1 组件仍以晶体硅为主，其中： 1456块多晶； 995块单晶； 8块复合（晶体 /非晶） 占 93% - 24 - 太阳能系统研究所 016/7/1 不同组件的效率分布及平均值 - 25 - 太阳能系统研究所 016/7/1 不同组件的功率分布 190 187 - 26 - 太阳能系统研究所 016/7/1 16家光伏组件每千瓦年发电量比较 ( - 27 - 太阳能系统研究所 016/7/1 16家光伏组件每月发电量比较 (- 28 - 太阳能系统研究所 016/7/1 4、新技术发展 电池 “第三代光伏电池”概念 物理提纯硅片电池 激光工艺应用 高效电池 选择发射极电池 电极新工艺 组件技术 中空组件 建筑组件 全新工艺 - 29 - 太阳能系统研究所 016/7/1 第三代光伏电池以高转换效率、原料储藏丰富等为设计出发点，主要包括叠层光伏电池、多能带光伏电池、冲击离子化光伏电池、热载流子光伏电池、上下转换光伏电池、热光伏电池等； 目前第三代光伏电池多数还处于探索阶段，少数技术已成熟并逐渐进入商业化。 第三代光伏电池”概念 - 30 - 太阳能系统研究所 016/7/1 叠层太阳电池将采用不同禁带宽度材料制备的太阳电池叠加起来，沿太阳光入射方向电池材料的禁带宽度依次降低，因此，入射的太阳光可以得到很好的过滤，能量高的光子被禁带宽度大的电池吸收，能量低的光子被禁带宽度小的电池吸收。 关键技术：隧道结，叠层电池匹配； 分类： 非晶硅体系 (、 )， - 族化合物体系 (e、 硅量子点体系 ( 。 叠层太阳电池 (- 31 - 太阳能系统研究所 016/7/1 叠层太阳电池 (三叠层最理想 - 32 - 太阳能系统研究所 016/7/1 上下转换太阳电池 (up 利用上转换材料，将两个不能被太阳电池吸收的低能光子转换为一个可被太阳电池吸收的高能光子； 利用下转换材料，将一个高能光子转换为两个可被太阳电池吸收的低能光子。 T, et of 2002, 92:4117T, et of 2002, 92:1668 33 - 太阳能系统研究所 016/7/1 上下转换光伏电池材料 上转换材料主要是一些稀土化合物 (如 和稀土掺杂的氧化物、氟化物、氯化物和硫化物等； 2005年 转换材料应用到硅太阳电池的背面， 电池在激发波长为 1523率为 量子效率达到 内量子效率达到 下转换材料： 1999年， 室温下可将一个紫外光子转换 (两个可见光子，其量子效率接近 200% - 34 - 太阳能系统研究所 016/7/1 激光掺杂 (有选择性发射结电池 指交型全背电极结构电池 - 35 - 太阳能系统研究所 016/7/1 高速打印： 10万个喷嘴，每秒喷出 20高速摄影，质量控制 硅片做得更薄，不会损坏 速打印技术 - 36 - 太阳能系统研究所 016/7/1 硅片技术 真空室：离子针注入 H+离子，离表面 150微米 加热，氢释放使薄硅片自然分离 - 37 - 太阳能系统研究所 016/7/1 体硅太阳电池组件的成本构成 - 38 - 太阳能系统研究所 016/7/1 晶体硅太阳电池组件自动化生产线 - 39 - 太阳能系统研究所 016/7/1 一般组件：单层结构 : 玻璃 / 玻璃