《2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会》-报告精选ppt课件

2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会大会报告,1,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,2006年5月8日12日，第四届世界光伏能量装换大会（The4thWorldConferenceonPhotovoltaicEnergyConversionWCPEC）在美国夏威夷州库纳岛举行。这是第31届美国电器及电子工程师学会光伏专家会议（The31stIEEEPhotovoltaicSpecialistConference），第16届光伏科学与工程大会（The16thPhotovoltaicScienceandEngineeringConference）和欧洲光伏大会（TheEuropeanPhotovoltaicConference），即所谓世界三大光伏会议联合举办的第四次全球光伏盛会。其重要意义在于从能源角度来考虑太阳能光伏发电的发展。“WCPEC”每四年举行一次，前三届分别在奥地利，美国和日本。,一、前言,2,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,本届WCPEC大会主要内容：充分肯定了光伏发电将成为未来电网支柱的方向。到2020年全球光伏发电量将占总发电量的1.1%。到2040年占21-26%，而在2050年以后，光伏发电量将达到50%以上。许多国家拟定了光伏发展的目标。日本、德国、美国等发达国家超前于世界平均水平。,3,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,不少国家政府都在加大投入，促进光伏科学技术的发展和产业的发展。美国能源部对光伏的投资，06年为5900万美元/年，07年为13900万美元/年，年投资额净增1.6倍。尚未计入美国其他部门对光伏的投入。各种电池都在向高效、低价和高可靠方向发展。预计2010年全球太阳电池产量将达到10GWp，已开始设计光电转换效率达到=50%的高效太阳电池。,4,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,主流电池仍然是晶体硅太阳电池，2005年市场份额占95%。其中多晶硅电池52.3%、单晶硅电池38.3%、带硅/片硅电池2.9%，2010年年产将达到89GWp，占全球8090%。薄膜太阳电池研究及产业化速度加快，CIS：=19.5%，CdTe=16.5%。2005年占4.8%，2006年达225MW。预计在目前全球太阳级硅原料紧缺的情况下，各种薄膜电池的总和到2010年有可能到达12个GWp，占全球光伏市场的1020%。,5,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,聚光电池又成新的热点，高倍聚光电池光电转换效率=39%。马丁格林教授把聚光电池作为一个新方向。空间电池向薄片化、薄膜化方向发展。BIPV及并网光伏发电前景广阔除了如何提炼高性能，廉价的太阳级硅材料之外，量子点太阳电池、量子阱太阳电池、染料敏化电池、热光伏电池及有机薄膜太阳电池等多种新兴电池的物理化学机理研究已经是当前光伏理论及科学研究的前沿。,6,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,晶体硅太阳电池继续向高效化、薄型化和大面积方向前进。效率为19%的单晶硅电池和效率为18%的多晶硅太阳电池，即将开始商业化生产。硅太阳电池的生产设备由半自动化向自动化、智能化过渡（单体电池及组件）。太阳电池的测试分析技术及测试装备发展迅速。冶金硅物理提纯的太阳级硅技术有新的突破，光电转换效率达18%。,7,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,太阳级硅材料紧缺限制了全球光伏快速增长。各国包括中国的高纯硅扩产计划，一般要到2008年投产，在此之前，高纯硅原料有继续上涨的可能。但到2008年以后，硅太阳电池将进入一个持续降价的周期。光伏产业将走上更加健康发展的道路。,8,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,二、光伏材料,1.硅材料1.1国际多晶硅产业现状,2005年全球共生产多晶硅32000t，而总共供应了36000t（包括库存），存在4000t的产销差额；预测2006年将生产多晶硅38000t，总供应量达42000t，仍然存在4000t产销差额。2005.1.Semi晶圆制造分会指出2005年全球晶圆出货63.85in2，比上年仅增长2%。尽管电子级硅（EG）的消耗每隔几年就会有波动，甚至硅片消耗量出现下降，但总体是稳步上升的，照此估计，2010年EG硅需求会达到26000t左右，现有的多晶硅厂和建设中的多晶硅厂（部分产品为EG硅）已能够满足电子级市场的需要。,9,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,1.2多晶硅的制备两大多晶硅制备工艺的形成,在第二次世界大战期间美国杜邦公司采用锌（Zn）还原SiCl4制出多晶硅，供美国的电子公司生产高频二极管，但用途未扩大。日本曾花几年时间试图改进工艺，使多晶硅电阻率达到1000cm，但是始终未能成功。1953年贝尔实验室将易于提纯和回收重复使用的氢气（H2）代替难于提纯的Zn还原SiCl4，在钽（Ta）丝上沉积多晶硅，P型电阻率达到1000cm。,10,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,1955年西门子公司研究成功了用H2还原SiHCl3，在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术，并于1957年建厂进行工业规模生产，这就是通常所说的西门子法。随后，西门子工艺的改进主要集中在减少单位多晶硅产品的原料、辅料、电能消耗以及降低成本等方面，于是出现了改良西门子法。1956年英国国际标准电气公司的标准电讯实验所研究成功了SiH4热分解制备多晶硅的方法，被称为硅烷法。1959年日本的石冢研究所也同样成功研究出该方法。美国联合碳化物公司研究歧化法制备SiH4，1980年发表最终报告，综合上述工艺并加以改进，诞生了新硅烷法多晶硅生产工艺技术。,11,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,改良西门子法制备多晶硅,在西门子法工艺基础上，增加还原尾气干法回收系统、SiCl4氢化工艺，实现了闭路循环，形成当今广泛应用的改良西门子法。该方法通过采用大型还原炉，降低了单位产品的能耗；采用SiCl4氢化和尾气干法回收工艺，明显降低了原辅材料的消耗，所生产的多晶硅占当今世界生产总量的7080%。,12,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,HCl的合成,H2,Cl2,改良西门子法流程,13,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,SiHCl3的合成SiHCl3的精馏提纯SiHCl3的氢还原还原尾气回收SiCl4氢化,14,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,2.2硅太阳能电池的潜力晶体硅太阳电池的潜力决定硅太阳电池占据主力电池位置的年限。各说不一，认为5年、10年、15年的都有。甚至有的专家称：20年内晶体硅太阳电池仍然是主流。这就需要认真分析晶体硅电池的优势：寿命长：效率高：片型薄：片型大：工艺及装备的改进晶体硅片的生产成本有降价空间配套封装材料国产化多晶硅材料国产化,15,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,太阳级多晶硅工艺利用几十年来电子级多晶硅生产技术成果，即硅化物SiHCl3，SiH4有效的、成熟的提纯技术，改进反应器、降低电耗和提高生产率、从而达到降低成本的目的。,太阳级硅生产或开发新工艺的部分公司,16,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,采用冶金和物理提纯工业硅制备太阳级硅新工艺研究：日本中国挪威Elkem公司,17,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,2.3新型太阳电池成为主力电池的障碍和希望全球为发展非晶硅等薄膜太阳电池的经费可以与晶体硅太阳电池持平。但成效不佳，主要障碍有：非晶硅薄膜光衰减效应即R-W效应至今仍无法克服。多结非晶硅薄膜电池可以减少R-W效应的影响，但工艺复杂、成本太贵。大面积薄膜沉积过程中的膜质均匀性、重复性很难控制。尤其是什孔问题会影响电池性能，很难克服。某些元素有毒副作用，如：Ga污染问题。某些元素地球丰度很小，如In、Se、As、Ga等均为稀有元素，,18,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,2.4中国万吨级太阳能硅材料问题,2005年全球多晶硅产量为32000吨。在全球光伏需求的刺激下，美国、日本和德国部分多晶硅公司近两年逐渐扩产。预计2006年全球多晶硅产量为38000吨，2007年为43000吨。届时，美国、日本和德国将成为3个拥有万吨级多晶硅的“多晶硅俱乐部”成员国。此时中国的原料产业又该何去何从？,19,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,（1）中国已有多晶硅厂商峨嵋半导体材料厂：2005年生产约70多吨洛阳中硅：年产300吨的项目已于2005年底投产四川新光硅业：2007年第一季度调试生产,20,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,（2）中国需要联合攻关和集成创新可以说中国目前已掌握了“百吨级”多晶硅改良西门子多晶硅技术，“千吨级”正在学习中，“万吨级”降低能耗、物耗从而降低成本，有很多工作要做。,21,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,三、光伏电池（太阳电池）太阳电池发展趋势发展太阳能的需要,SE（太阳能）+SE（蓄能）=WED（全部能源需求）(SolarEnergy)(StorageEnergy)(WholeEnergyDemand)这是一个理想的模型。随着中国科学发展观的确立和科学技术的进步，完全有可能按照这一模型去进行新能源革命并最终使之变成现实。,22,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,历年太阳能电池产量,MW,*Photoninternational,23,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,*Photoninternational,24,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,太阳能电池品种统计,平板型光伏发电聚光型光伏发电通常把太阳电池分为三代,25,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,各种太阳能电池水平,世界太阳各种电池效率的最高水平(STC:AM1.5,1000W/m2,25）,26,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,我国各种太阳电池实验室研究的最高效率（STC:AM1.5,1000W/m2,25）,27,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,晶体硅太阳能电池发展预测,虽然主要太阳能电池生产商都在日本，但是现在全球最大的市场在欧洲。2005年全球太阳能装机总量达到历史新高的1460MW，增长了34%，而其中德国占据了整个光伏市场的57%，在05年达到837MW，增长53%。预测到2010年全球年装机总量将达到3.2至3.9GW。,05年世界光伏组件安装分布,28,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,1、太阳电池组件分类及选用,(1)基板类型标准化晶体硅太阳电池组件单玻璃封装双玻璃封装半透光晶体硅太阳电池组件单玻璃封装双玻璃封装半刚性晶体硅太阳电池组件金属衬底封装塑料衬底封装标准化薄膜太阳电池组件单玻璃封装双玻璃封装半透光薄膜太阳电池组件双玻璃封装,四、光伏组件,29,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,柔性薄膜太阳电池组件胶封塑封(2)边框类型无边框铝金边框防水型非防水型不锈钢边框塑料边框(3)接线盒弹簧夹头螺丝夹头(4)外引线塑胶线橡胶线(5)电接头螺钉接线头密封插件,30,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,(6)标志电池标志边框标志基板标志标牌标志(7)标牌（满足标准要求）材质粘胶油墨(8)密封基板与边框密封基板周边密封铝框断面密封接线盒密封(9)固定安装螺钉卡环插口,31,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,2.晶体硅电池/组件生产状况,GW,*3rdSolarSiliconConference,32,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,五、光伏系统,使光伏发电与建筑相结合，让光伏部件作为建筑物的一部分，或把光伏部件作为建材的一部分。而光伏部件即是指由各种晶体硅太阳电池、薄膜太阳电池组成的光伏列阵。,1、定义,BIPV应用,33,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,2、目的,利用建筑物的迎光面，吸收太阳辐射能直接变成电能。在电网到达的地方提供峰值电力，减少常规能源消耗、保护环境。在无电地区配合蓄电池充电，解决当地生活用能和生产用能。,34,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,3、技术要求,(1)满足并网光伏发电系统的技术规范（标准）(2)满足建筑结构技术规范（标准）(3)满足建筑节能技术规范(4)满足特种建材的技术规范,35,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,(5)满足独立光伏电站技术规范(6)满足中国和国际光伏组件标准化技术要求（GB,TUV,UL）(7)满足建筑施工及电气安装的基本要求(8)满足BIPV项目报建、安装、运行、验收、杄测及维护的规范,36,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,4、BIPV光伏建筑一体化组件设计的基本要求,（1）保持发电功能，替代建材，作为建筑的构件或部件（2）机械及电气性能满足安装/维修要求（3）满足运输/贮存要求（4）满足建筑设计要求：造型、外观、颜色等（5）防雷,37,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,5.太阳能光伏发电系统与建筑结合的类型,（1）太阳能光伏发电与建筑屋面结合（2）太阳能光伏发电与建筑阳台结合（3）太阳能光伏发电与建筑墙面结合（4）太阳能光伏发电与建筑屋檐结合（5）太阳能光伏发电与建筑窗檐结合（6）太阳能光伏发电与建筑门窗结合,38,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,商业用建筑一体化,6.BIPV实例,39,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,40,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,日本SANYOSOLARART,41,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,42,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,43,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,住宅设计,44,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,光伏建筑一体化,45,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,7、BIPV发展方向,（1）新建建筑强制性安装规定（2）既有建筑鼓励安装（3）光伏组件建材化（4）光伏组件大型化（5）光伏组件/微型高效逆变器一体化（6）光伏组件/薄型蓄电池一体化（7）组件形式及功能多样化（8）组件生产自动化,46,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,六、光伏政策,1中国中华人民共和国可再生能源法（2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过）中华人民共和国主席令第三十三号中华人民共和国可再生能源法已由中华人民共和国第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议于2005年2月28日通过，现予公布，自2006年1月1日起施行中华人民共和国主席胡锦涛2005年2月28日,47,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,2德国1990年：德国议会批准了电力购买法2000年：德国议会通过了可再生能源法2004年初：德国议会又修订了可再生能源法德国在法律中规定用高价收购光伏发电的电力，初期约0.5欧元/KWh，以后每年收购价下降5%，这种“购电法”极大，也极快地启动了德国的光伏市场。,48,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,3日本1994年：开始实施“朝日七年计划”1997年：又再次宣布实施“阳光屋顶计划”到2010年的目标是安装总量达7600MW1997年：日本通过新能源法日本采用“补贴法”，即第一年补贴初装费的50%，鼓励用户安装光伏屋顶，并网发电以后逐年减少。至2004初装费补贴不到5%，当年实际安装量达7万户（每户平均3KWp）。据估计，2005年日本已在零补贴的条件下，实际安装量也达7万户，预示着一个稳定增长的光伏屋顶市场已接近培育成功,49,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,4美国1978年：通过“公共电力公司管理法”支持可再生能源的发展1992年：“能源政策法”进一步促进可再生能源的发展90年代中期以来一些电力公司率先尝试向用户提供绿色能源选择；一些州政府开始采取可再生能源调配额制政策（RPS）；实行电费加价政策（系统效益收费SBC）特拉华州出台了光伏电，太阳能热水和供暖的回扣方案，并于2001年7月实施美国各州的税收和补贴政策，对并网光伏市场的高速增长也起到了至关重要的作用。,50,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,5西班牙、意大利、法国以上三个国家基本上相仿德国，采用高价收购光伏电力。每度光伏电力的电价几乎都在0.37-0.57欧元之间。由此也快速启动了这些国家的光伏市场。,51,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,七.光伏市场的发展,国际环境2005年太阳能产业开始与微电子产业在硅材料的消耗上首次平分秋色（太阳能的使用达到了48%）。光伏市场对于多晶硅产业的发展已经具有举足轻重的作用，光伏产业的原料来源逐步从使用等外品多晶硅、直拉单晶硅头尾料开始大量采用SoG硅。现有的多家多晶硅厂商大都针对太阳能硅材料开展新的技术研究、扩大产量。2030年左右，光伏产业硅材料用量将是微电子产业用量的1030倍。,52,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,到了2006年则硅原料的用量仅为10g/W，但是多晶硅的价格是55$/kg，即原料成本变为0.55$/W。实际上电池生产技术水平的提高并没有带来生产成本的降低，原料价格的变化却对最终价格的影响占据至关重要的地位。前两年光伏产业对硅材料的需求增长超过70%，而且今后四年里可能还将保持同等的增长速度，太阳能产业的发展已经超出了人们的预料，现有的多晶硅厂无法满足SoG硅需求。,53,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,光伏产业曾经许诺过逐步增长的市场会降低光伏系统的价格，但是情况却并非如此。在04年和05年，太阳能电池的价格分别增长了10%。2006年开始，BP和三洋公司分别将其生产的光伏组件价格提升了3%，而Sharp公司则提升了5%，这是一个巨大的价格跳跃。不断提高的光伏系统价格已经开始让很多光伏企业担忧，因为这将引起政府对光伏发电的补贴降低，政策的倾幅度减小。,54,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,现在德国的市场占据世界的57%，可以说所有的光伏企业一半以上的生意是在德国。德国的可再生能源法4年修订一次，并将会在2007年进行下一次修订，如果光伏产品的价格不在2008年前降低增长速度，届时会对法案的修订产生巨大的影响。德国的光伏产业并非一个自由的市场，而是一个政策市场，失去了政策的支持，德国的光伏发展将会是一个未知数。,55,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,太阳电池硅材料用量（g/w）,56,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,太阳能电池组件价格统计,太阳能电池组件价格统计,57,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,随着国际光伏产业的高速发展，我国的光伏产业同样进入了高速增长时期。2005年，我国的集成电路产业需要电子级多晶硅约1000吨，而太阳能电池的需求达到了约1400吨，全年太阳能电池生产139MW，组件销售375MW，其中电池产量增长了179%，04年组件销售量增长了300%，05年又增长136%。到2010年时，尚德目标是1000MW，南京中电的目标是600MW，上海泰阳约300MW（见表9-4），,58,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,2010年厂商计划的产能总量约4400MW，届时SoG硅的年需求量会达到约3000040000吨左右，显然是无法满足的。如果实现1/3的产能，即11000MW，也需要近10000吨多晶硅，远远超出了国内市场供应能力。现在整个产业链的状况正如图9-1所示，我国光伏产业生产从原材料供应至最后的组件生产，正好呈现一个倒金字塔形，形成了一个不协调的格局。这种头小尾大的格局，已经给我国的光伏产业发展带来不良的影响。,59,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,2.国内形势随着国际光伏产业的高速发展，我国的光伏产业同样进入了高速增长时期。2005年，我国的集成电路产业需要电子级多晶硅约1000吨，而太阳能电池的需求达到了约1400吨，全年太阳能电池生产139MW，组件销售375MW，其中电池产量增长了179%，04年组件销售量增长了300%，05年又增长136%。到2010年所有厂商计划的产能总量约4400MW，届时SoG硅的年需求量会达到约3000040000吨左右，显然是无法满足的。如果实现1/3的产能，即1100MW，也需要近10000吨多晶硅，远远超出了国内市场供应能力。而我国光伏产业生产从原材料供应至最后的组件生产，正好呈现一个倒金字塔形，形成了一个不协调的格局。这种头小尾大的格局，已经给我国的光伏产业发展带来不良的影响。,60,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,实际太阳能电池耗电量,因而，以上海地区为例，平均每天5.5小时的日照时间来计算，用改良西门子法生产的多晶硅所制得的多晶硅太阳能电池和单晶硅电池均在2年左右收回所用生产过程中所消耗的能源，冶金法纯硅制得的太阳能电池的能耗回收时间更不足1年。,实际的太阳能电池生产电耗大约是0.1KWh/W，以现在的电池生产水平（10.5g/W）来计算，可以得到下表,61,2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会,九、结语,1.从物理角度来看，没有一种现有的发电方式比光伏