lecture08 太阳能电池研究进展.ppt

太阳能电池材料研究进展，其、石油、煤、天然气、其他、世界、中国和世界的能源结构、能源枯竭石油：42年，天然气：67年，煤炭：200年。环境污染每年排放210万吨二氧化碳，呈上升趋势，导致全球变暖。空气中含有大量的二氧化碳，灰尘的数量已经严重影响着人们的健康和人类赖以生存的自然环境。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，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，CxHy O2H2O CO2 SO2 NOx，石油短缺，对外依存度1993年我国成为石油净进口国，2001年进口依存度达到34%，随着国民经济的持续增长，石油进口量在整个石油需求中所占的比重进一步提高，2022太阳能风能属于当地资源，通过一定的技术技术不仅能转化为电力，还能直接或间接转化为乙醇燃料、生物柴油、氢燃料等液体燃料，为各种移动设备提供能源。可再生能源：风能；水力地热；潮汐太阳光等，清洁能源：与石油、煤炭等化石燃料不同，不造成“温室效应”或环境污染，资源丰富：照亮地球辐射40分钟的能源=全球一年能源需求，使用方便：与相同的水力和风力等新能源相比，使用成本不受地区限制，更低。太阳能电池已成为各国实施可持续发展的重要选择。日本- 93年实施“新阳光计划”，78年实施“月光计划”，89年实施“全球环境技术发展计划”；97年公布了7万太阳能屋顶计划，计划到2010年安装7600MWp太阳能电池，日本利用其电子技术优势积极开发了相当于全球产量50%以上的太阳能发电产品。英国、荷兰、日本、美国等国基本上垄断了世界太阳能发电产品市场，其出口额占世界贸易额的80%以上。提出了逐步提高美国-绿色电力的发展计划。主要通过风力发电、太阳能发电、生物质能发电等实现目标。其中，太阳能发电预计到2020年为止，将占美国当时发电安装增加量的15%左右，累计安装量达到36GW，在太阳能发电技术开发、制造水平上保持美国在世界上的领先地位。美国百万屋顶计划的内容和目标，太阳能电池开发，1954年美国贝尔实验室制造了效率为4%的世界第一个实用太阳能电池，1958年应用于美国的先缝制1人造卫星。随着材料、结构、技术等的持续改进，太阳能电池从航天等特殊电气使用现场逐渐进入地面应用。现在太阳能电池的价格还不到20世纪70年代的1% .预计10年内，美国、日本、欧洲的太阳能发电成本将与火力发电竞争。目前年均增长率为35%，是能源技术领域增长最快的产业。办公建筑和玻璃幕墙集成PV，太阳屋顶系统，武器太阳电池，光生螺栓效应，光子入射：转移引起的孔-电子对。电荷运动的障碍：p-n结区内形成的内部电场。阻止电子从n区移动到p区，孔从p区移动到n区。光电池：孔，电子通过外部电路复合物在电路中产生电流。半导体可以通过pn结、肖特基势垒、异质结等多种壁垒形成光电池效应。太阳电池受到阳光的照射，光生电流可以与半导体相互作用，产生光生电流，结果产生的电子孔被半导体内形成的电位垒分成两极，正负电荷分别由上下电极收集。电荷聚集形成的电流通过金属线流入电负荷。，太阳电池结构图，转换效率(h)=，进入电池表面的太阳的电源，负载消耗的电源，太阳电池材料，主要材料，半导体表面涂层电极封装，单晶硅，多晶硅，GaAs有机半导体，金属氧化物，导电聚合物，金属导体，金属导体高光电转换效率；材料本身不会对环境造成污染。材料便于工业生产，材料性能稳定、经济，无机太阳能电池的性能和应用，硅材料，工业硅(又称晶体硅或金属硅)半导体用硅材料硅化合物(SiHCl3，SiH4)太阳能用硅材料半导体用多晶硅太阳能用多晶硅(又称高纯硅或超纯水硅)(2004年太阳能电池产量1，194.7MW，增长60.6%:太阳能硅材料生产工艺，1-1单晶锭1-1-1c1z方法1-1-2FZ方法1-2多晶锭1-2-1铸造多晶硅1-1 近年来，电磁法(EMC)将高炉硅从顶部连续添加到熔硅中，而熔硅和无底深渊的冷唐尼用于通过电磁力保持接触的同时，以硬化硅持续下落的方式进行铸锭测试。目前该工艺铸造了220mmX220mm截面的长硅钢锭，铸锭的材料纯度高于现有硅钢锭。我国可以生产220mmX220mmX140mm的硅钢锭。太阳能硅材料生产工艺多晶铸造设备HEMDSS，太阳能硅材料生产工艺比较，太阳能硅材料生产工艺硅切割，使用内部圆形切片机的现有硅切割，刀具损耗为0.3 1 0.35mm，晶硅切割损失大，大型硅切割薄不容易。近年来，多线切割机的使用对结晶硅片的成本降低产生了相当大的影响。线切割使用0.22mm的切割损失、0.2mm的薄碳化硅磨料进行切割和小损伤。圆形切削技术和线切割技术在实际应用中的互补(1)在新型硅片加工线上，硅单晶加工线的尺寸每年超过50吨，硅片品种主要针对大型集成电路的硅片，切割设备选择可以位于在线切割机上，同时，大规模单硅片品种(主要是硅片厚度规格品种)的太阳能硅片加工和切割设备选择可以位于在线切割机上。厚度规格品种与线切割机带状电缆导轮备件的数量直接相关。该带状电缆指南目前在国内不能使用，外国供应商配对，价格高。经常更换带状电缆导向轮会增加辅助时间，还会增加导线浪费。(2)生产规模小的生产单位或多品种硅原板，具有大规模生产单位，在设备选择中，应首先考虑选择内部切片机。兰州雷特集团X07150-1多丝锯切割机，上海日压NWS6X2多丝切割机压力NWS6X2多丝切割机压力NW S6 x 2多丝切割机同时可以平行切割两个 6 9 ( 152mm 230mm)硅线棒，切割芯片最薄厚度为0.2mm。技术进步直径变化，技术进步板材技术，技术进步，包括硅，现有工艺30%RD，不含切片成本，同时两个或四个条形硅厚度150m，太阳能电池分类晶体硅太阳电池的发展趋势mc-Si比整体增长趋势，但04年下降，000Sc-Si比率停止下降，从03年的26.9%上升到28.7%。而且同比增长71%，mc-Si(46.8%)以上。包括A-Si/scSi，比率达32.1%，同比增长了75%。带状比率从03年的0.9%增长到3.4%，同比增长了502.9%。晶体硅(包括mc-Si、sc-Si、a-Si/scSi和Ribbon)的比例在近4年内在91.1%-93.1%之间没有明显变化。国内太阳能电池用硅材料的现状硅单晶生产，2004年单晶硅生产(吨)，近几年中国硅单晶生产，注：单晶硅生产和生产能力估计为附件1，国内现状趋势和分析，与国外不同，中国的太阳能单晶硅比多晶硅高得多。原因是国内廉价单晶炉设备的优点；半导体硅单晶生产有一定的基础。技术门槛低。国内太阳能硅材料产业的主要问题是1硅材料的开发偏重单晶硅，单晶硅锭。硅加工能力不受到严重支持。企业价值链太短，企业发展所需的独立性和自主性不足，企业的增值能力受到严重影响。多晶硅材料处于早期阶段。2产业价值链中仍然存在严重的脱节。单晶硅的大部分出口；切片能力不足。电池片企业需要的大量硅片几乎完全依赖进口。企业价值链的长度很重要，但取决于企业的具体财务、技术和管理能力。作为国家必须考虑。国内索拉威加工链接薄弱点补偿营利性新浙江正工光电支持多晶硅片加工除外，索拉单晶生产企业中具有少量多丝切割能力的专业晶威加工企业现在是镇江环泰圭技术有限公司。加工能力约为1000万个/年，我国多晶硅片生产能力(MW)，保定盈利新能源有限公司垂直集成型，目前拥有6MW多晶硅片、10MW电池片、50MW电池片生产能力。第二阶段投资完成后，硅片的年生产能力将达到70兆瓦，将增加20台DSS多晶硅铸锭机、3台破锭机和5台多线切割机。浙江景公光电有限公司(前浙江意大利太阳有限公司)原中国和意大利工程合资公司，多晶硅片生产能力2MW。计划将生产规模扩大到20兆瓦。建设中的多晶锭，电影企业绍兴太阳能技术有限公司(准备)精工集团和德国布莱斯戴姆勒集团(Preiss-Daimler)共同投资建设。介绍GTSola设备和技术。10MW、20MW的第2阶段。里诺太阳能基地项目(济南)太阳能多晶硅片2500万个，太阳能电池片50MW，太阳能电池组件50MW，太阳能发电站10MW。该项目的第一阶段是利用现有的土地和工厂购买5台多晶硅锭、1台断锭机、1台SD-B线切割机等主要设备。年产量为500万片多晶硅片、2期1000万片、3期2500万片(新职员20MW硅晶片项目，融资中)、非晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池被称为“无定形硅太阳电池”。这是太阳能电池发电的最后一场秀。非晶硅太阳电池的最大特点是单晶硅或多晶硅太极电池必须以硅晶片为底村，相反，在玻璃、不锈钢带等材料的表面，在单晶硅的1/300厚度上镀薄硅膜。因此，可以节省大量硅，持续进行广泛的生产，能耗低，成本自然也低。因为电池本身是薄膜形状，太阳的光可以穿透，所以也可以制造提高电池电压的叠层电池。通常单晶硅太阳能电池的电压只有每个单体的0.5伏左右，只有串联几个单体才能得到一定的电压。非晶硅电池可以一次制造几伏电压，使用比较方便。非晶硅太阳能电池是最理想的廉价太阳能电池。用作小型计算器、电子表等一种低照度微电源。非晶硅技术已转变为世界范围内零件总生产能力每年超过50兆瓦、零件及相关产品销售超过10亿美元的大规模产业。适用范围小的手表，计算器电量为10Mw级的独立发电站。其应用领域包括电子消费品、照明和家用电源、农牧业泵送、广播通信局电源、中小型联网发电厂等。A 1 Si太阳能电池成为太阳能的新力量，对整个清洁可再生能源的发展起到了重要作用。提高太阳电池阵列转换效率对宇宙系统有重要意义”的系统重量，提高系统容量，减少轨道运行的阻力。还可以降低系统成本。GaAs材料，CuInSe2材料，有机太阳电池，工作原理：有机半导体产生的电子和孔被绑在激光(excitons)上，电子和孔与接口(电极和导电聚合物的结合)分离。研究进展：美国伯克利大学科学家们于2002年开发了第一代塑料太阳能电池，它可以利用塑料纳米技术安装在一系列便携式设备和可穿戴电子设备上。提供0.7V的电压。特征：价格低，容易成型，通过化学变形调节性能。聚合物光电转换材