太阳电池研发现状与最新发展课件

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洪瑞江博士教授太阳电池研发现状与最新发展目录：1.太阳电池简介

4.太阳电池新技术发展2.世界大型光伏电站介绍3.几种太阳电池的性能比较目录：1.太阳电池简介4.太阳电池新技术发展2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！WaveTide新能源分类新能源太阳能风能生物质能核能地热、潮汐能……资源丰PV可再生核能欧洲联合研究中心对未来能源发展预测PV可再生核能欧洲联合研究中心对未来能源发展预测太阳电池原理光伏发电厂电池片电池组件200-m厚的硅片234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HIT铜铟镓硒（CIGS）砷化镓（GaAs）碲化镉（CdTe）非/微晶硅叠层电池（α-Si）非晶硅(α-Si)太阳电池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30%limit(singlejunction)Source:NREL种类最高效率(%)单晶硅24多晶硅18非晶硅13CIS，CIGS~20DSSC11多结（例如GaAs，InGaP~42单晶硅多晶硅TF非晶硅太阳电池效率30%limit(singlejunction)Sou光伏产业基本产业链设备生产商电池生产商组件生产商原料供应商发电应用研发中心质量检测光伏产业基本产业链设备生产商电池生产商组件生产商原料供应商发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。晶体硅太阳能光伏产业链太阳能级单晶硅棒多晶硅锭多晶电池组件多晶体硅和薄膜太阳电池产业链对比Thinfilm

高度整合硅棒、硅锭硅片电池单元电池板接线贴盒安装售电电池单元光伏组阵接线贴盒安装售电生产设备辅助设备薄膜太阳电池产业链晶体硅太阳电池产业链晶体硅和薄膜太阳电池产业链对比Thinfilm

高世界太阳电池产量1999-2008世界太阳电池产量1999-2008世界太阳电池07/08安装量07年：2.4GW08年：5.65GW世界太阳电池07/08安装量07年：2.4GW08年：5.全球50大光伏发电站

容量安装地点建造商,建造时间60MW西班牙,OlmedillaNobesol,September200850MW西班牙,Puertollano(Castila-LaMancha)Renovalia,200846MW葡萄牙,Moura(Alentejo)ACCIONAEnergia,December200840MW德国,BrandisjuwiGmbH,2007-200834MW西班牙,Arnedo(LaRioja)T-Solar,October200830MW西班牙,OsadelaVega(Cuenca)200830MW西班牙,Trujillo(Cáceres)Elecnor,200830MW西班牙,Merida(Extremadura)DeutscheBankAG等，September200828MW西班牙,CasasdeLosPinosRenovalia,200826MW西班牙,FuenteÁlamo(Murcia)August200824MW韩国,SinanConergyLtd.,October200823.2MW西班牙,LucainenadelasTorres(Almeria)NewEnergyInvestGmbH,August200823.1MW西班牙,Abertura(Caceres)Iberdrola,200823MW西班牙,HoyadeLosVincentes,JumillaLuzentia,January2008全球50大光伏发电站容量安装地点建造商,建造时间60M容量安装地点建造商,建造时间22.1MW西班牙,Almaraz(Caceres)OPDE,September200821.47MW西班牙,ElCoronil(Andalucia)APIAXXI,200821.2MW西班牙,CalavéronEPURONGmbH,200820MW韩国,首尔200920MW西班牙,Calasparra(Murcia)200820MW西班牙,Beneixama(Alicante)CitySolarAG，AccenerS.L.,September200718MW西班牙,Olivenza(Badajoz)November200818MW西班牙,ElBonillo(Albacete)October200810.8MW西班牙,LasGabias(Granada)200817.3MW德国,Turnow-PreilackjuwiHolding,200915MW西班牙,CalzadadeOropesa(Toledo)200915MW韩国,Gochang(Jeollabukdo)Solarworld,October200815MW西班牙,Mahora(Castilla-La-Mancha)CitySolarAG,September200814.75MW德国,Köthen(Sachsen-Anhalt)juwiHolding,December200814.2MW美国,Nellis,NVSunPowerCorp.,December2007容量安装地点建造商,建造时间22.1MW西班牙,AlmClassVII>20MWClassVI10-20ClassV5-10ClassIV3-5ClassIII1-3ClassII0.5-1ClassI0.2-0.5ClassVII>20MWClassVI10-20C全球大型光伏电站的安装情况(1995-2008)(plants)全球大型光伏电站的安装情况(1995-2008)(plant世界最大PV发电站：西班牙Olmedilla60MW世界最大PV发电站：西班牙Olmedilla60MW德国最大PV发电站：Lieberose-solarpark40MW德国最大PV发电站：Lieberose-solarpark北美最大PV发电站：美国LasVegas空间基地14MW北美最大PV发电站：美国LasVegas空间基地14太阳电池研发现状与最新发展西班牙Almeria15.4MW西班牙Almeria15.4MW3、组件测试结果（Photon发布）3、组件测试结果（Photon发布）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%组件仍以晶体硅为主，其中：1456块多晶；995块单晶；8块不同组件的效率分布及平均值不同组件的效率分布及平均值不同组件的功率分布Poly:190WattsMono:187Watts不同组件的功率分布Poly:190WattsMono:16家光伏组件每千瓦年发电量比较(kWh/kW)16家光伏组件每千瓦年发电量比较(kWh/kW)16家光伏组件每月发电量比较(kWh/kW)16家光伏组件每月发电量比较(kWh/kW)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-背电极

选择发射极电池

电极新工艺----银电极取代组件技术

中空组件

建筑组件

全新工艺4、新技术发展电池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。4.1“第三代光伏电池”概念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(α-Si:H/α-SiGe:H、μc-Si:H/α-Si:H)，

Ⅲ-Ⅴ族化合物体系(GaInP/GaAs/Ge、GaInP/GaAs、GaAs/GaSb)

硅量子点体系(Si/SiO2、Si/Si3N4

、Si/SiC)等。叠层太阳电池(Tandemcells)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，沿叠层太阳电池(Tandemcells)三叠层最理想叠层太阳电池(Tandemcells)三叠层最理想上下转换太阳电池

(upanddownconversionsolarcells)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。Trupke.T,etal.Journalofappliedphysics,2002,92:4117-4122Trupke.T,etal.Journalofappliedphysics,2002,92:1668-1674上下转换太阳电池

(upanddownconversi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Ba2ErCl7,BaLn2F8等)和稀土掺杂的氧化物、氟化物、氯化物和硫化物等；2005年Shalav等人将工业上应用的NaYF4:Er3+上转换材料应用到硅太阳电池的背面，电池在激发波长为1523nm，功率为5.1mW的光辐照下，外量子效率达到2.5%，内量子效率达到3.8%。下转换材料：1999年，Rene等人发现LiGdF:Eu3+在室温下可将一个紫外光子转换(quantumcutting)为两个可见光子，其量子效率接近200%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Ba2激光掺杂(Laserdoping)有选择性发射结电池指交型全背电极结构电池激光掺杂(Laserdoping)有选择性发射结电池高速打印：10万个喷嘴，每秒喷出20-30万滴高速摄影，质量控制硅片做得更薄，不会损坏4.2高速打印技术高速打印：高速摄影，质量控制硅片做得更薄，不会损坏4.2高4.3薄硅片技术真空室：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4.3薄硅片技术真空室：离子针注入H+离子，离表面150微4.4晶体硅太阳电池组件的成本构成4.4晶体硅太阳电池组件的成本构成晶体硅太阳电池组件自动化生产线晶体硅太阳电池组件自动化生产线一般组件：单层结构:玻璃/TPT；玻璃/玻璃建筑组件：双层结构：玻璃/玻璃－隔热；玻璃/玻璃-隔热-安全玻璃4.5建筑组件结构一般组件：单层结构:玻璃/TPT；玻璃/玻璃4.54.6薄膜太阳电池生产技术（AM）4.6薄膜太阳电池生产技术（AM）SunFabPECVD5.7SystemforThinFilmSiProcessesglassat4timesthesizeofAppliedMaterials’nearestcompetitorSunFabPECVD5.7SystemforThScale-UpofDepositionto5.7m2GlassSizeScale-UpofDepositionto5.74.7太阳能辐射与光伏发电量数据传输与收集

4.7太阳能辐射与光伏发电量数据传输与收集洪瑞江博士教授

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洪瑞江博士教授太阳电池研发现状与最新发展目录：1.太阳电池简介

4.太阳电池新技术发展2.世界大型光伏电站介绍3.几种太阳电池的性能比较目录：1.太阳电池简介4.太阳电池新技术发展2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！WaveTide新能源分类新能源太阳能风能生物质能核能地热、潮汐能……资源丰PV可再生核能欧洲联合研究中心对未来能源发展预测PV可再生核能欧洲联合研究中心对未来能源发展预测太阳电池原理光伏发电厂电池片电池组件200-m厚的硅片234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HIT铜铟镓硒（CIGS）砷化镓（GaAs）碲化镉（CdTe）非/微晶硅叠层电池（α-Si）非晶硅(α-Si)太阳电池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30%limit(singlejunction)Source:NREL种类最高效率(%)单晶硅24多晶硅18非晶硅13CIS，CIGS~20DSSC11多结（例如GaAs，InGaP~42单晶硅多晶硅TF非晶硅太阳电池效率30%limit(singlejunction)Sou光伏产业基本产业链设备生产商电池生产商组件生产商原料供应商发电应用研发中心质量检测光伏产业基本产业链设备生产商电池生产商组件生产商原料供应商发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。晶体硅太阳能光伏产业链太阳能级单晶硅棒多晶硅锭多晶电池组件多晶体硅和薄膜太阳电池产业链对比Thinfilm

高度整合硅棒、硅锭硅片电池单元电池板接线贴盒安装售电电池单元光伏组阵接线贴盒安装售电生产设备辅助设备薄膜太阳电池产业链晶体硅太阳电池产业链晶体硅和薄膜太阳电池产业链对比Thinfilm

高世界太阳电池产量1999-2008世界太阳电池产量1999-2008世界太阳电池07/08安装量07年：2.4GW08年：5.65GW世界太阳电池07/08安装量07年：2.4GW08年：5.全球50大光伏发电站

容量安装地点建造商,建造时间60MW西班牙,OlmedillaNobesol,September200850MW西班牙,Puertollano(Castila-LaMancha)Renovalia,200846MW葡萄牙,Moura(Alentejo)ACCIONAEnergia,December200840MW德国,BrandisjuwiGmbH,2007-200834MW西班牙,Arnedo(LaRioja)T-Solar,October200830MW西班牙,OsadelaVega(Cuenca)200830MW西班牙,Trujillo(Cáceres)Elecnor,200830MW西班牙,Merida(Extremadura)DeutscheBankAG等，September200828MW西班牙,CasasdeLosPinosRenovalia,200826MW西班牙,FuenteÁlamo(Murcia)August200824MW韩国,SinanConergyLtd.,October200823.2MW西班牙,LucainenadelasTorres(Almeria)NewEnergyInvestGmbH,August200823.1MW西班牙,Abertura(Caceres)Iberdrola,200823MW西班牙,HoyadeLosVincentes,JumillaLuzentia,January2008全球50大光伏发电站容量安装地点建造商,建造时间60M容量安装地点建造商,建造时间22.1MW西班牙,Almaraz(Caceres)OPDE,September200821.47MW西班牙,ElCoronil(Andalucia)APIAXXI,200821.2MW西班牙,CalavéronEPURONGmbH,200820MW韩国,首尔200920MW西班牙,Calasparra(Murcia)200820MW西班牙,Beneixama(Alicante)CitySolarAG，AccenerS.L.,September200718MW西班牙,Olivenza(Badajoz)November200818MW西班牙,ElBonillo(Albacete)October200810.8MW西班牙,LasGabias(Granada)200817.3MW德国,Turnow-PreilackjuwiHolding,200915MW西班牙,CalzadadeOropesa(Toledo)200915MW韩国,Gochang(Jeollabukdo)Solarworld,October200815MW西班牙,Mahora(Castilla-La-Mancha)CitySolarAG,September200814.75MW德国,Köthen(Sachsen-Anhalt)juwiHolding,December200814.2MW美国,Nellis,NVSunPowerCorp.,December2007容量安装地点建造商,建造时间22.1MW西班牙,AlmClassVII>20MWClassVI10-20ClassV5-10ClassIV3-5ClassIII1-3ClassII0.5-1ClassI0.2-0.5ClassVII>20MWClassVI10-20C全球大型光伏电站的安装情况(1995-2008)(plants)全球大型光伏电站的安装情况(1995-2008)(plant世界最大PV发电站：西班牙Olmedilla60MW世界最大PV发电站：西班牙Olmedilla60MW德国最大PV发电站：Lieberose-solarpark40MW德国最大PV发电站：Lieberose-solarpark北美最大PV发电站：美国LasVegas空间基地14MW北美最大PV发电站：美国LasVegas空间基地14太阳电池研发现状与最新发展西班牙Almeria15.4MW西班牙Almeria15.4MW3、组件测试结果（Photon发布）3、组件测试结果（Photon发布）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%组件仍以晶体硅为主，其中：1456块多晶；995块单晶；8块不同组件的效率分布及平均值不同组件的效率分布及平均值不同组件的功率分布Poly:190WattsMono:187Watts不同组件的功率分布Poly:190WattsMono:16家光伏组件每千瓦年发电量比较(kWh/kW)16家光伏组件每千瓦年发电量比较(kWh/kW)16家光伏组件每月发电量比较(kWh/kW)16家光伏组件每月发电量比较(kWh/kW)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-背电极

选择发射极电池

电极新工艺----银电极取代组件技术

中空组件

建筑组件

全新工艺4、新技术发展电池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。4.1“第三代光伏电池”概念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(α-Si:H/α-SiGe:H、μc-Si:H/α-Si:H)，

Ⅲ-Ⅴ族化合物体系(GaInP/GaAs/Ge、GaInP/GaAs、GaAs/GaSb)

硅量子点体系(Si/SiO2、Si/Si3N4

、Si/SiC)等。叠层太阳电池(Tandemcells)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，沿叠层太阳电池(Tandemcells)三叠层最理想叠层太阳电池(Tandemcells)三叠层最理想上下转换太阳电池

(upanddownconversionsolarcells)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。Trupke.T,etal.Journalofappliedphysics,2002,92:4117-4122Tru