非晶硅叠层薄膜太阳能电池

1、非晶硅非晶硅/微晶硅薄膜太阳能电池微晶硅薄膜太阳能电池 杨勇 2010.03.25 第一部分 项目概述 第二部分 企业概况 第三部分 项目技术与产品实现 第四部分 项目产品市场与竞争 第五部分 商业模式 第六部分 企业财务与预测 第七部分 企业财务基本数据 第八部分 附件 1.非晶硅及微晶硅电池是当今最先进的不用多 晶硅的太阳能电池，属于光伏发电低碳经济鼓 励发展的产品； 2.具有很高的光吸收系数和光谱响应很宽的光 谱响应； 3.阴天弱光下可以发电， 4.高温天气效率不下降，发电量大，使用寿命 长达35年能耗低绿色生产无污染 5.广泛应用到不同地区发电建筑楼群屋顶、玻 璃幕墙、边远荒山发电及并

2、网发电使用。 6.采用玻璃、柔性不锈钢、聚乙烯等异质材料， 不需要多晶硅/单晶硅昂贵的材料。 非晶硅太阳能电池板 非晶硅太阳能电池制作工艺流程 非晶硅光伏组件的生产工艺流程是：首先利用红外光 激光对tco导电玻璃基片进行激光刻线；激光刻线后进行 超声清洗；基片清洗后装入专用沉积夹具，推入烘箱进行 预热；预热后沉积夹具推入pecvd沉积真空室，利用pecvd 沉积工艺，进行非晶硅沉积；而后利用绿激光对沉积好非 晶硅的基片进行第二次激光刻线，刻线后进行清洗；然后 对清洗好的基片利用pvd技术，镀金属背电极复合膜，作 为金属背电极复合膜之一的氧化锌层沉积在非晶硅层表面， 其他金属背电极层沉积在氧化锌

3、层之上；然后利用绿激光 对沉积好金属背电极的基片进行第三次激光刻线，刻线后 进行清洗，至此，电池芯片结构已经形成；之后对电池芯 片进行层压封装，并安装接线盒及引出导线；最后，对组 件进行性能检测，合格品装箱。根据生产的光伏组件的大 小规格，生产周期一般需要三至四小时。(对下一页图的 具体解释) 非晶硅太阳能电池制作工艺流程图 非晶硅太阳能电池特点 较高的光吸收系数 特别是在0.3-0.75um的可见光 波段，它的吸收系数要比单晶硅 高出一个数量级，因而它比单晶 硅对太阳辐射的吸收效率要高40 倍左右，用很薄的非晶硅膜（约 1um厚）就可以吸收90%有用的 太阳光。这是非晶硅太阳能电池 的主要特

4、点，也是它能够成为低 价格太阳能电池的主要因素。 非晶硅/微晶硅相变薄膜电池 非晶硅/非晶硅锗/非晶硅锗叠层电池 叠层太阳能电池的优点 具有很宽的光谱响应 左图为一个实际 的三层太阳能电池 的例子，该结构是 用宽带隙的非晶碳 化硅薄膜作为第一 层，用窄带隙的非 晶硅锗作为第三层， 中间夹以非晶硅层， 其理论转换效率最 高可达24%。 叠层电池设计中的关键问题 叠层电池的转换效率主要受光生电流的限 制，因此，叠层电池设计和实现的关键问 题是合理选择各子电池i层的能隙宽度和厚 度，以获得最佳电流匹配，使转换效率最 大。同时也要控制各个掺杂层的厚度，以 减少其对入射光子的吸收，也减少光生载 流子在这

5、些缺陷密度较高的薄层中的复合 损失。 非晶硅太阳能电池优点 非晶硅价格便宜，不受硅材料短缺的限制。 制作材料来源广泛，非晶硅可沉积在玻璃、柔 性不锈钢、聚乙烯等材料上 由于未掺杂的非晶硅实际是弱n型材料，因此，在淀积有源 集电区时适当加入痕量硼，使其成为费米能级居中的i型，有助 于提高太阳能电池的性能。因而在实际制备过程中，常常将淀 积次序安排为p-i-n，以利用淀积p层时的硼对有源集电区进行自 然掺杂。这一淀积顺序决定了透明导电衬底电池总是p层迎光， 而不透明衬底电池总是n层迎光。 非晶硅太阳能电池优点 生产工艺简单，便于工业化大面积生产，成本低。 具有更强的弱光响应。 高温性能优良，具有较

6、低的温度系数和优良的伏安特性， 据测试，在相同条件下，非晶硅电池的发电量较单晶硅电 池高8%左右，较多晶硅电池高13%左右。 非晶硅太阳能电池应用范围 发电建筑楼群屋顶、玻璃幕墙、边远山区并网发电 非晶硅太阳能电池应用范围 室内消费电子产品（非晶硅电池弱光性能好） 非晶硅电子表 非晶硅玩具 非晶硅荧光灯 非晶硅太阳能电池应用范围 室外庭院灯和路灯、广告站牌等 太阳能电池市场概况 太阳能光伏市场发展趋势 世界各国都对太阳能光伏发电给予大力支持 太阳能光伏市场发展趋势 欧、美、日是太阳能电池主市场 太阳能光伏市场发展趋势 日本、欧洲、美国都提出了各自的中长期pv发展路线图 项目现状2010-203

7、0年目标 pv组件生产成本140日元/w 100日元/w (2010年) 75日元/w（ 2020年） 20年 （2020年） 到到2030年的日本年的日本pv研发目标研发目标 太阳能电 池类 型 现状效率（%） 目标转换效率（实验室效率）（%） 2010年2020年2030年 晶体硅电 池 13-14.8（18.4）16（20）19（25）22（25） 薄膜电池10（14.7）12（15）14（18）18（20） cis电池10-12（18.9）13（19）18（25）22（25） iii-v电 池 聚光（38.9）28（40）35（45）40（50） 染料敏化 电池 （10.5）6（10）

8、10（15）15（18） 到到2030年的日本年的日本pv组件组件/电池的转换效率目标电池的转换效率目标 太阳能光伏市场发展趋势 非晶硅太阳能电池迅猛发展 2004-2010太阳能电池发展预测（gw） 太阳能光伏市场发展趋势 非晶硅薄膜太阳能电池转换效率为6%-8% 在八十年代，非晶硅是当时唯一的薄膜型太阳电池材料， 但由于它的光电转换效率较低且具有光致衰退效应，因此早 期始终无法打入主流的发电用市场，而多应用于小功率的消 费性电子产品市场。但近年随着两层或多层接合太阳电池 （multijunction cell）技术的发展，使得单层厚度可以降低而 减缓照光致衰退的现象，且可吸收不同波段的太阳

9、光谱，因 此光电转换效率获得提升。如今市面上的非晶硅太阳电池模 块效率约为68%，并很快就可见到装置容量达数百万瓦级 的非晶硅太阳光电板设施。目前主要非晶硅太阳电池厂商包 括：kaneka、united solar、三洋（sanyo）、富士电机 （fuji electric）、bp solar等。 太阳能光伏市场发展趋势 薄膜硅原料需求低且发电效率高薄膜硅原料需求低且发电效率高 非晶硅太阳能电池厚度仅约数个微米或更薄，且 随着多结叠层太阳能电池技术的发展 ，其光电转 换效率稳步提升，并降低了光致衰退的影响，加之 其光谱吸收系数是晶体硅太阳能电池的40 倍，且 光谱响应范围宽，因而每瓦发电量较高

10、，对消费者 而言能源回收期可缩短 。 太阳能光伏市场发展趋势 国际大厂积极扩大非晶硅薄膜电池产量 公司名称产品类型国别/地区2008产能（mw）2008产量（mw） sharp（夏普）单/多晶硅，非晶硅日本600427.5 sanyo（三洋）单晶硅，非晶硅日本158125 schott solar多晶硅，非晶硅德国11395 bp solar单/多晶硅，非晶硅美国15785.8 shell solar单/多晶硅，cis薄膜德国11059 united solar ovonic 非晶硅美国2520 kaneka solartech非晶硅日本3019 mhi（三菱）多晶硅日本240142 2008

11、年全球主要非晶硅太阳能电池制造企业的市场及产能状况年全球主要非晶硅太阳能电池制造企业的市场及产能状况 国内非晶硅太阳能电池发展 国内主要非晶硅太阳能电池生产厂商 公司名称2008年非晶硅电池产量（mw）2009年预计形成产能 深圳市拓日新能源科技股份有限公司1535 南通强生光电科技有限公司2040 保定天威英利薄膜光伏有限公司08 厦门冠宇科技有限公司22 深圳市日月环22 天津津能电池科技有限公司1012.5 深圳创益科技发展有限公司1020 黑龙江哈克新能源有限公司22 北京世华创新科技有限公司1515 合计76136.5 国内太阳能电池发展 无锡尚德电力（suntech power）

12、尚德电力集团董事长：施正荣（长春理工大学校友）尚德电力集团董事长：施正荣（长春理工大学校友） 国内非晶硅太阳能电池发展 深圳拓日新能源股份有限公司 托日工业园托日工业园乐山光伏产业园乐山光伏产业园 国内非晶硅太阳能电池发展 保定天威英利新能源有限公司 天威英利为美国某地区承建的地面光伏电站（天威英利为美国某地区承建的地面光伏电站（2009年年05月月） 国内非晶硅太阳能电池发展 厦门冠宇科技有限公司 2sc1-12（10.8w）柔性太阳能电池板 该产品适用于给手持电台、手提电脑、测绘仪器等移动负载提供便携能源该产品适用于给手持电台、手提电脑、测绘仪器等移动负载提供便携能源 国内非晶硅太阳能电池

13、发展 深圳市创益科技发展有限公司 太阳能电池未来发展趋势 非晶硅薄膜电池最终将取代单晶硅电池 种类优势劣势 转换效率 单晶硅太阳能电 池 转化效率最高，技术 最为成熟 硅消耗量大，成本高，工 艺复杂 16%-20% 多晶硅太阳能电 池 转化效率较高多晶硅生产工艺复杂，供 应受限制 14%-16% 非晶硅薄膜太阳 能电池 成本低，可大规模生 产 转换效率不高，光致衰退 效率 9%-13% 三种硅基太阳能电池性能分析三种硅基太阳能电池性能分析 太阳能发电宗旨：降低成本和提高效率 太阳能电池未来发展趋势 非晶硅太阳能电池面临的主要问题： 转换效率较低，有光致衰退效应（s-w） 提高非晶硅薄膜电池效率

14、措施： （1）提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收； （2）薄膜硅电池叠层技术； （3）中间层技术的研究。 提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收 前透明导电氧化物薄膜（tco）的研究 在光滑与织构的zno表面上沉积a-si电池获得的量子效率比较 提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收 减反层的研究 图4. 标准电池与减反层电池的结构 （a）：一般电池结构 （b）：带有tio2减反层的电池结构 （c）带有tio2-zno的电池结构示意图 上图4中三种结构的mc-si电池 量子效率图比较 提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收 窗口层的研究 图6 n型的a-si、c-si以及c-sic:h的吸收系数比较 非晶硅薄膜叠层技术研究 a-si :