太阳能薄膜电池

太阳能薄膜电池Thinfilmsolarcell薄膜电池工程案例薄膜电池应用薄膜电池介绍太阳能电池介绍目录02010304太阳能电池介绍01太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”“，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏（Photovoltaic，photo光，voltaics伏特，缩写为PV），简称光伏。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳能电池介绍太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式（以下表示为a-）两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形（a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等）、ⅢV族（GaAs,InP等）、ⅡⅥ族（Cds系）和磷化锌(Zn3p2）等。太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池、塑料太阳能电池，其中硅太阳能电池是发展最成熟的，在应用中居主导地位。下面我们主要介绍太阳能薄膜电池。太阳能电池分类太阳能电池分类示意图太阳能薄膜电池介绍01薄膜太阳能电池可以使用在价格低廉的陶瓷、石墨、金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm，目前转换效率最高可以达13%。薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其应用范围大，可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份，应用非常广泛。太阳能薄膜电池薄膜电池发电原理与晶硅相似，当太阳光照射到电池上时，电池吸收光能产生光生电子—空穴对，在电池内建电场的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴漂移到P侧，电子漂移到N侧，形成光生电动势，外电路接通时，产生电流。太阳能薄膜电池原理按材质可分为：非晶硅(AmorphousSilicon,a-Si)、微晶硅(NanocrystallineSilicon，nc-Si，MicrocrystallineSilicon，mc-Si)、化合物半导体II-IV族[CdS、CdTe(碲化镉)、CuInSe2]、色素敏化染料(Dye-SensitizedSolarCell)、有机导电高分子(Organic/polymersolarcells)、CIGS(铜铟硒化物)..等太阳能薄膜电池分类太阳能薄膜电池分类示意图太阳能薄膜电池制作流程图太阳能薄膜电池结构碲化镉薄膜太阳能电池结构示意图非晶硅薄膜太阳能电池模组结1.相同遮蔽面积下功率损失较小(弱光情况下的发电性佳)2.照度相同下损失的功率较晶圆太阳能电池少3.有较佳的功率温度系数4.较佳的光传输5.较高的累积发电量6.只需少量的硅原料7.没有内部电路短路问题(联机已经在串联电池制造时内建)8.厚度较晶圆太阳能电池薄9.材料供应无虑10.可与建材整合性运用(BIPV)太阳能薄膜电池特点太阳能薄膜电池优势示意图我国太阳能电池设备主要是晶硅太阳能电池设备主要制造商经过2011年上半年的快速增长127.2%，并创历史同期新高后，进入下半年，由于光伏产品供大于求，库存大量积压，使得大部分光伏生产企业扩产计划推迟，大批设备订货合同不得不推迟交货，销售迅速回落。但2011年全年太阳能电池设备销售收入还是以较高的增长率增长75%。进入2012年，我国太阳能电池设备市场继续低迷，全年太阳能电池设备销售收入呈现了负增长。2012年量价齐跌超60%，2008年全球薄膜太阳能电池产量达988.8MW，同比增长122%。2009年世界生产的光伏电池总量达到10700MWp，其中薄膜电池1700MWp，在其中占比约15.9%。2010年全球薄膜太阳能电池产量增长迅速，产量为2767MW。这几年中，薄膜太阳能电池总产量的增长率一直维持在高位。太阳能薄膜电池发展趋势我国也高度重视薄膜太阳能电池技术的研发和产业化，与国际先进水平差距逐步缩小，积极有序地发展。截至2008年底，我国已建成并投产的14家薄膜太阳能电池企业的产能约达125.9MW，年产量约为46MW。截止2009年底，已开工建设和已开展前期工作宣布建设的薄膜太阳能电池项目将近40个。2011年1月，首台“中国造”代表国际尖端水平的薄膜太阳能电池关键生产设备——等离子体增强型化学气相沉积设备（PECVD）成功下线，打破了高端薄膜太阳能电池设备一直被国外厂商垄断的局面。2011年5月5日，中国首支CIGS薄膜太阳能集电管的面世，向业界宣告国内薄膜太阳能电池发展紧跟世界脚步。尽管近年来多晶硅价格大幅下滑，晶硅电池转换效率稳步提升，薄膜电池成本优势减弱，发展放缓。但光伏行业正逐步走向技术多元化，晶硅、薄膜、聚光技术的博弈不再局限于成本的比拼，各技术可以在各自的优势应用领域上拓展市场空间。太阳能薄膜电池发展趋势在未来市场中，薄膜太阳能电池所占的比重将会不断增加，薄膜太阳能电池的研发将继续提速。未来光伏建筑一体化（BIPV）的推广以及国家扶持太阳能电池发展的政策陆续出台，将推动我国薄膜太阳能电池新一轮的高速发展。另外，薄膜电池已被列入我国太阳能光伏产业“十二五”规划的发展重点。现今，业界对以薄膜取代硅晶制造太阳能电池在技术上已有足够的把握。日本产业技术综合研究所于2月已经研制出当今世界上太阳能转换率最高的有机薄膜太阳能电池，其转换率已达到现有有机薄膜太阳能电池的4倍。此前的有机薄膜太阳能电池是把两层有机半导体的薄膜接合在一起，从太阳能到电能的转换率约为1%。新型有机薄膜太阳能电池在原有的两层构造中间加入一种混合薄膜，变成三层构造，这样就增加了产生电能的分子之间的接触面积，从而大大提高了太阳能转换率。可折叠薄膜的太阳能电池是一种利用非晶硅结合PIN光电二极管技术加工而成的薄膜太阳能电池。此系列产品具有柔软便携、耐用、光电转换效率高等特点；可广泛应用于电子消费品、远程监控/通讯、军事、野外/室内供电等领域。太阳能薄膜电池发展趋势有机薄膜太阳能电池使用塑料等质轻柔软的材料为基板，因此人们对它的实用化期待很高。研究人员表示，通过进一步研究，有望开发出转换率达20%、可投入实际使用的有机薄膜太阳能电池。专家认为,未来5年内薄膜太阳能电池将大幅降低成本，届时这种薄膜太阳能电池将广泛用于手表、计算器、窗帘甚至服装上。由于其所使用的半导体原料远较一般太阳能电池为少，因此可解决太阳能电池价格高昂的问题。后来，研究人员使用称为CIS的复合半导体的技术，将2～3微米厚的CIS放在玻璃等物料上，制成薄膜太阳能电池。它比传统以矽制成的太阳能电池薄100倍，实际上比头发还要薄，它亦较轻和使用较少半导体物料，售价因此较便宜并可大量生产。太阳能薄膜电池发展趋势传统的矽电池需大量半导体物料，价格昂贵，因此无法普及，而且由于较笨重，其应用范围受限制。薄膜电池却只需要将廉价物料放在诸如塑胶等有弹性的表面上便可，价钱便宜而且轻便。专家相信,不久的将来，薄膜材料的太阳能电池将出现在人们的日常生活中。现今，世界上至少有40个国家正在开展对下一代低成本、高效率的薄膜太阳能电池实用化的研究开发。太阳能薄膜电池发展趋势太阳能薄膜电池发展趋势图太阳能薄膜电池应用03技术上的突破为薄膜太阳电池带来了新的应用方向，薄膜太阳电池技术的不断进步和发展，尤其是透明太阳电池和柔性太阳电池的出现，为薄膜电池的应用拓展了领域。当然，以目前的技术水平来说，在薄膜太阳电池应用方面还存在一些问题，比如效率低、稳定性差、相同的输出电量所需太阳电池面积增加等，但是，这些问题随着科技的进步、研发的深入将会一一得到解决。太阳能薄膜电池的应用1.光伏建筑一体化薄膜太阳电池适合于与建筑结合的光伏发电组件，即适用于光伏建筑一体化(BIPV)，在建筑上的应用已经非常广泛，尤其是屋顶。双层玻璃封装刚性的薄膜太阳电池组件，可以根据需要，制作成不同的透光率，可以部分替代玻璃幕墙；而不锈钢和聚合物衬底的柔性薄膜太阳电池适用于建筑屋顶等需要造型的部分。目前出现的透明薄膜电池使薄膜太阳电池的应用领域更加广泛，由于薄膜电池可做成金色、银色和茶色，所以，安装在墙体内面上可起到发电和装饰的双重作用；安装在窗户上，不但透明而且能反射70%的红外光，在夏季可大大降低室内温度，起到LOW-E玻璃的功能。城市用地的稀缺性，使建立地面太阳能发电站几乎成为不可能，而将薄膜太阳电池应用于城市中大量既有和待开发的建筑外立面、屋顶、窗户等，既可以避免现有玻璃幕墙的光污染问题，代替建材，同时发电又节能，因此，薄膜太阳电池将成为未来城市利用光伏发电的主要方向。太阳能薄膜电池的应用2.农业大棚薄膜式太阳能农业大棚电站就是将透明薄膜太阳能电池和农业大棚结合起来，简而言之，就是利用大棚屋顶发电，同时棚内种植农作物，如图5所示。一般农业大棚的高度都在5m以上，薄膜式太阳能农业大棚不仅不会影响农作物的生长，而且有保温作用，在一定程度上还能加快农作物生长。薄膜式太阳能农业大棚顶上装设的透明薄膜式太阳能电池，使原来无法穿透晶硅太阳能电池的太阳光可以透过非晶硅薄膜式太阳能电池照射到棚内的植物，太阳光中植物生长所需要的波段穿透农业大棚屋顶的太阳能电池被植物吸收，植物生长所不需要的波段则部分被太阳能电池吸收发电，部分转换成热能加温农业大棚。而且，薄膜式太阳能农业大棚还可以根据植物生长的需要控制棚内温度、湿度、光照度，调整植物生长的环境。薄膜式太阳能发电农业大棚电站与传统太阳能电站相比，可以更有效