薄膜太阳能电池技术产业化发展现状

1、晶硅电池与CdTe薄膜电池对比晶硅电池技术陈旧1954 年 高能耗高碳排放量电池材料厚度100-300m禁带宽度112 ev电压低 成品率低40 生产过程几小时左右透光性差市场份额递减2015欧盟停用成本 16 美元 W CdTe 薄膜电池 2003 年 低能耗湿法冶金08-3 m 152 ev 有高压潜能 90 30-45 mins透光性好BIPV 市场份额激增中国2GW成本 087 美元 W 沉积 PIN 层的工作气体 P 层硅烷 SiH4 硼烷 B2H6甲烷 CH4高纯氩 Ar 高纯氢 H2 I 层硅烷 SiH4 高纯氢 H2 N 层硅烷 SiH4 磷烷 PH3高纯氩 Ar 高纯氢 H2

2、 最具广泛应用潜力的三种薄膜材料 非晶 Si CIGSCuInGaSe 碲化镉 CdTe 多源共蒸发法 PVD 镉 是人体非必需元素在自然界中常以化合物状态存在一般含量很低正常环境状态下不会影响人体健康镉和锌是同族元素在自然界中镉常与锌铅共生当环境受到镉污染后镉可在生物体内富集通过食物链进入人体引起慢性中毒镉被人体吸收后在体内形成镉硫蛋白选择性地蓄积肝肾中其中肾脏可吸收进入体内近13 的镉是镉中毒的靶器官 其它脏器如脾胰甲状腺和毛发等也有一定量的蓄积由于镉损伤肾小管病者出现糖尿蛋白尿和氨基酸尿特别具使骨骼的代谢受阻造成骨质疏松萎缩变形等一系列症状中国政府态度CdTe制备工艺近距升华法碲化镉薄膜

3、太阳能电池电力系统需要稳定性一般情况下三种技术工作稳定性的对比实际工作环境下性能参数对比技术 光照强度低高温环境组件转换率非晶硅-晶体硅 - -碲化镉平均值铜铟镓硒 - -根据 EUPD2009年调查报告美国电网中的太阳能电力成本比较目前从经济效益上看晶体硅太阳能电力价格和传统电网电力价格比尚无竞争力碲化镉有实现平价上网电价的可能美国电网平均电价0086美元度美国备用电网平均电价022美元度美国平均晶硅太阳能电价027 美元度内华达12MV碲化镉电站电价0075美元度美国能源部对太阳能发电的期待价格是010 美元度碲化镉薄膜太阳能电池是近期最好的技术最优化的单质结能带理论Eg 156 eV实际

4、 Eg 135140 eV直接能带节约原料和成本3 mm 2009和硅系材料厚度100-300mm相比 阳光吸收指数最高95 以上 材料的结构和处理过程简单碲化镉是2 种材料的合成比铜铟镓硒4 种元素合成简单系统工作稳定性好 已进入大规模工业化生产First Solar从产能市值数据对比看资本市场的态度排名企业产能股价市值3无锡尚德STP590MW 1092 196B 7江西赛维 LDK 360MW 595 078B 11保定英力 YGE400MW 1208 180B 12 南京中能 CSUN 390MW 385 017B 14 上海京澳JASO 175MW 608 098B 总计 1915M

5、W 499B 4 First Solar 484MW13321 1136B 美国过去 3 年中铜铟镓硒薄膜太阳能电池大规模的风险资金投入Solyndra6亿美元CMEARedpoint等Nanosolar5亿美元LarryPage等Miasole3 亿美元KPCBfirelake等SoloPower23 亿美元Convexa等Sulfurcell17亿美元Intelmasdar等全部是CIGSBIPV 市场应用举例功能性薄膜太阳能电站 集群式小型薄膜太阳能电站 建筑一体化太阳能幕墙停车场 纳斯达克大楼太阳能幕墙 幕墙式太阳能电站 纽约旅馆太阳能光伏幕墙 分析碲化镉太阳能电池板结构 背电极 P

6、极- 碲化镉 N 极- 硫化镉 导电氧化膜 基板玻璃 光发生率 基材玻璃占成本的 53 碲化镉及辅助原料占成本的 47 碲化镉组件拥有非常高的转换率提升潜力 中期目标 转换率 Time Line 2009 2013 2015 11 12 15当前水平 近期优化 18 未来预计 2011 镀层优化提升玻璃透光性持续的改进 优化刻槽技术 全新的电池和储能装置设计国际光伏技术提升路径 国际市场对未来碲化镉电池尺寸要求碲化镉技术可以适应浮法玻璃尺寸优化边缘 32m x 60m未来 12m x 16m 当前 06m x12m 中试 2015 尺寸 年 2000 2010 2005中国的光伏建筑一体化市场

7、的前景 目前中国有大约 500 亿平方米的建筑表面如果我们能将10的建筑面积转化为光伏建筑一体化材料将是250 GW的市场以目前世界产能需要生产 20 年 如果只是将现有每年新建建筑的1 的外墙建筑面积转化为光伏建筑一体化材料将是2 GW的市场目前的光伏建筑一体化材料尚无国际和国内标准谁创造标准谁主导市场碲化镉太阳能电池发展的 2 个误区 误区 1 碲原料稀缺无法保证碲化镉太阳能电池的不断增产的需求 在过去碲是以铜铅锌等矿山的伴生矿副产品形式也就是矿渣以及冶炼厂的阳极泥等废料的形式存在碲化镉太阳能电池的不断成长的市场需求无法得到原料的保证答案中国四川发现了世界上唯一的独立存在的碲矿目前已探明的

8、储藏量为2000 多吨已经可供全球可用50 年碲化镉电池每瓦用量为01 克瑞士银行的分析报告 碲化镉太阳能电池的2 个误区 误区 2 碲化镉太阳能电池在生产和使用过程中的万一有排放和污染危害环境怎么办太阳能级高纯碲化镉是由高纯碲和镉在高温密闭的惰性气体还原性气体和真空环境中反应得到的反应容器为石英管在这一反应过程中通过回收清洗液中的碲和镉回收使用过的碲化镉太阳能电池可实现零排放美国国家实验室做过碲化镉高温燃烧试验温度为760-1100 度试验发现在火灾发生时每 100万千瓦释放的镉总量极限为001克目前的火力发电厂排放的镉大大高于碲化镉电池生产一节镍镉电池需用 10克镉而峰值功率 100瓦的一

9、平米太阳能电池仅用7 克镉每产生一度电镍镉电池需消耗 3265毫克金属镉而碲化镉太阳能电池仅需13 毫克二者相差 2000倍 碲化镉不是单独的镉元素碲化镉是稳定的答案同镉在其他方面的应用相比镉在碲化镉太阳能电池中的应用是最安全和环保的目前还没有对环境有危害的报道碲化镉电池的政府支持碲化镉太阳能电池技术以他特有的优势得到了多国政府支持美国政府支持开放市场多个发电厂德国政府支持欧盟奖多个建设项目中国政府支持建立世界最大的电站日本政府支持曾经禁止现在重建发电站First Solar 公司的历史经验 历史变迁 哈纳德博士 1948年代建立玻璃公司研发生产钢化玻璃和弯曲玻璃电视机用玻璃结果遇到50 年代

10、美国汽车工业迅速发展挖到第一桶金69 年成为世界第三大电视机和汽车玻璃生产商哈纳德博士 1971年建立 GT 玻璃技术公司专门做汽车钢化玻璃哈纳德博士 1984 年 建立 GT 太阳能公司生产薄膜太阳能电池先做硅薄膜后来放弃87 年把 GT 玻璃公司卖了一亿美金专心做碲化镉薄膜太阳能电池由于几次濒临破产99 年 沃尔玛约翰沃顿投资 4000 万美金改名 FirstSolar 2006 年 12 月上市 2009 年成为世界第一大薄膜太阳能电池生产商四方面因素帮助FirstSolar成功 1技术和人才积累虽然第一太阳能99 年成立但技术贮备从 50 年代就开始了尝试过多种技术方法还是玻璃制造业的

11、专家2 耐心的投资人 沃顿于 99 年投入 4000万美金 和公司一起渡过头几年的艰难 <a name=baidusnap0></a> 岁月 </B>没有像普通风投 3-5年必须套现而是坚持开发和生产公司于2006 年 12 月上市目前公司市值 128 亿美金 320倍回报 4 方面因素帮助成功 3 独特的开发思路公司开发的工艺和方法适合于大规模量产不求转化率最高但求最有竞争力先占领市场再不断提高工厂以快速复制为主4坚持镉元素有毒但碲化镉无毒碲资源当时稀缺但现在不稀缺大部分企业没有信心但 First Solar 坚持不断改进工艺减低耗材并创立产品用后回收制度

12、即让用户放心碲化镉的排放问题又得到碲原料再利用的额外收益 碲化镉薄膜太阳能电池产业化的意义 减低碳排放将低层次过剩产能改造成高效导电玻璃生产基地为全世界的太阳能电池行业提供基材利用中国独有的碲原料优势成为世界碲化镉薄膜太阳能电池的领导者为人类造福 开发符合发展我国具有独立自主知识产权的技术和标准从而使我国碲化镉薄膜太阳电池产业快速步入世界先进行列领导并建立中国国家行业标准占领产业制高点 开发符合我国实际和现实需求的具有自主知识产权的成套工艺技术和关键设备制造技术快速扩大市场 将我国的重金属污染的劣势转化为经济优势解决矿山电解厂冶炼厂的废料回收和污染问题First Solar将在内蒙古建设世界最

13、大的2000 MW CdTe太阳能发电站200911薄膜太阳能电池技术产业化发展现状1954 年 美国贝尔实验室制造出第一块商用太阳能电池1954年2009年世界人口27 亿67亿5千万25倍 石油价格28 美元桶816 美元桶 29倍 汽车数量5千万辆2亿7千万辆54 倍美国开发多样化的能源资源来满足不断成长的能源需求美国的能源结构美国能源部 2009年 5 月公布统计数据美国政府的观点 在未来的十年中美国会面对更高的油价绿色能源将引发一场新的工业革命美国要想继续保持世界领袖地位必须成为新能源领域的领导者美国必须制定更为严格的二氧化碳排放政策奥巴马政府必须制定一系列新政策为美国的绿色能源建设

14、打下政策基础保证政策不变美国政府目前的对策 美国在未来 10年将投资 1500亿美元建立清洁能源工业 美国通过了新的 2009 年二氧化碳税法案 15 美元吨每年增加 10 美元税率 5 年后每年增加 15 美元税率对进口产品同样适用 美国政府强制大型电力公司在其产品中必须有10-24 以上电力来自的再生能源美国联邦和州政府为安装太阳能系统的所有家庭用户提供50 以上的补贴美国政府的具体措施现有电网的强制性再生能源比例美国太阳能行业的几个数据投资2001-2010年的太阳能相关半导体行业风险投资资金为45 亿美元比以往增加1100而对传统的半导体行业的投资则减少了30企业美国太阳能企业有200

15、 多家大部分 2005 年后成立增长 2001-2008 年对太阳能行业年增长率超过40 市场容量从 2000 年的 300 MW增加到2010 年的75 GW 售价 硅系太阳能板的零售价2002 年 75 美元瓦降到2008年3美元瓦2009年18美元瓦2010 年 17 美元瓦 太阳能电池的终极目标和技术解决思路太阳能电池的终极目标 A 真正清洁能源B 社会可负担的价格举例 如果要产生 1GW一个核电机组的电力需要大约面积为5 平方公里大小的太阳能电池板阳光的能量密度约1KWm2到达地面只有 70 而其中只有部分能量可以转换为电力20 可以认为是非常好的商用转换率土地和系统都有成本要取得好

16、的成本效益目前的技术有只2 种解决思路1电池的面积降到最小2电池的成本降到最低为使电池面积最小研制聚焦型太阳能电池 高倍聚焦的太阳能发电系统 80 国内最好的聚焦系统 3KW 38 核心技术 为使成本最低研制薄膜太阳能电池 应该对昂贵的半导体材料的消耗要少 110 材料消耗少 应该非常适合高度自动化的生产过程 工艺成本低 应该在产品达到生命周期后可以回收再用额外收益大 硅和薄膜太阳能电池产业链比较 第一代硅光太阳能电池制备工艺 Chronar 美国 PECVD 三种薄膜技术的优缺点 -1 非晶硅薄膜太阳能电池 优点 硅薄膜沉积温度低可直接沉积在普通基材上 适合生产大面积太阳能电池 56 平米左右 和晶硅太阳能电池比节约原料 缺点 转换效率低 7-8 左右 工艺成本太高生产线造价 1-12 亿美金 技术瓶颈 沉积速度慢 光诱导衰减问题是大难题目前无根本解决方法 非晶硅薄膜太阳能电池 三种薄膜技术的优缺点 -2 铜铟镓硒薄膜太阳能电池 优点 多晶异质结薄膜太阳能电池反对的人少 4 个元素安全环保稳定 目前实验室转换效率高 199 世界纪录 缺点 技术多样无标准工艺方法 4 元化合物工艺复杂沉积速度慢成本高技术瓶颈 材料处理工