非晶硅薄膜太阳电池介绍

非晶硅薄膜太阳电池介绍主讲人：马海庆纲要基本概念与名词解释BIPV介绍太阳电池的发展及种类非晶硅太阳电池非晶硅太阳电池的结构非晶硅太阳电池工艺流程其它太阳电池光伏产业发展现状及前景厂区设备图片展示太阳电池太阳电池是利用半导体材料的光电效应,将太阳能转换成电能的装置。薄膜太阳电池薄膜太阳电池光电转换材料的厚度非常薄，只有几百纳米左右，与晶硅太阳电池180微米左右的厚度而言，薄膜电池是一种非常薄的电池。太阳电池工作原理

1.基本概念与名词解释当太阳光照射到太阳电池上时，电池吸收光能，产生电子-空穴对。电子-空穴对在内建电场作用下分离，电池上、下表面出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”这就是“光生伏特效应”。

如在电池两侧引出电极，并用导线连接负载，负载上就有电流通过。只要太阳光照不断，负载上就一直有电流通过。TCO：透明导电氧化物薄膜FTO：掺氟氧化锡透明导电膜AZO：氧化锌掺铝透明导电膜BZO：氧化锌掺硼透明导电膜ITO:氧化铟掺锡透明导电膜PECVD:等离子体增强化学气相沉积PVD：物理气相沉积PVB：聚乙烯醇缩丁醛（封装材料）EVA：乙烯醋酸乙烯（封装材料）BIPV：光伏建筑一体化（Integrated）BAPV:光伏系统附着建筑上（Attached）

名词解释1.基本概念与名词解释TCOPm：在标准条件下的最大输出功率，等于Vm*ImVoc：开路电压，即组件在不带任何负载下的电压Isc：短路电流，即组件正负极短路条件下的电流Vm：为最大输出功率点对应的电压Im：为最大输出功率点对应的电流FF：填充因子，定义为Pm/(Voc*Isc)η：光电转换效率，定义为η=Pm/Pin=(Voc*Isc)*

FF/Pin（Pin：太阳光入射功率）Rs：串联电阻Rsh：并联电阻KWP：太阳能光伏电池的峰值总功率（太阳能功率）MW：兆瓦，1GW=1000MW=1000000KW名词解释1.基本概念与名词解释（一）、BIPV的含义：光伏建筑一体化BIPV（BuildingIntegratedPhotovoltaics)，是应用太阳能发电的一种新概念，简单的讲就是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的维护结构外表面来提供电力。由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳方式，因而备受关注。（二）、BIPV产品应用类型：根据光伏方阵与建筑物结合的形式不同，BIPV将分成两大类：a、光伏方阵与建筑物的结合。b、光伏方阵与建筑物的集成。

2.BIPV的介绍-基本定义a、光伏方阵与建筑物的结合含义：

光伏方阵与建筑物的结合是将方阵依附于建筑物上，建筑物作为光伏方阵的载体，起支承作用。2.BIPV的介绍-产品简介b、光伏方阵与建筑物的集成含义：

光伏方阵与建筑物的集成是光伏组件以一种建筑材料的形式出现，光伏方阵成为建筑不可分割的一部分（如光电采光屋顶及光伏幕墙等）。

光电采光屋顶光伏幕墙2.BIPV的介绍-产品简介从光伏方阵与建筑墙面、屋顶的结合来看，主要为屋顶光伏电站和墙面光伏电站。而从光伏组件与建筑的集成来讲，主要有光电幕墙、光电采光顶、光电遮光板等形式。目前光伏建筑一体化（BIPV)主要有八种形式，如下表2.BIPV的介绍-主要形式第一代太阳电池晶体硅电池第二代太阳电池薄膜太阳电池第三代太阳电池有机太阳电池3.太阳电池发展及种类晶体硅电池薄膜电池聚光电池新技术单晶硅电池多晶硅电池硅带非晶/微晶硅电池多晶硅薄膜碲化镉铜铟镓硒硒化镓硫化铟其他染料敏化电池有机结构电池其他其他太阳能电池3.太阳电池发展及种类3.太阳电池发展及种类长1245mm宽635mm厚7.5mm(不包括接线盒)重量约

14.4Kg面积0.79m2

夹胶材料PVB前板玻璃3.2mmTCOglass后板玻璃4.0mm白玻璃模块工作温度-30℃-+70℃稳定功率平均值Pmax(W)75W±5%4.非晶硅薄膜太阳电池我司未来产品1.非晶硅锗标准组件2.彩色透光组件我司未来产品通过不同色彩的PVB制作出不同彩色组件，主要有蓝色、绿色、黄色、桔色。3.背电极透光组件我司未来产品通过P6调整激光刻画透光线条的宽度来调整组件的透光率，同时牺牲转换效率。4.拼接组件我司未来产品5.中空组件我司未来产品6.异形组件我司未来产品204.1非晶硅太阳电池的优点材料和制造工艺成本低大面积自动化生产,有很大的效率提升空间易实现柔性电池美观、耐用、特别适合与建筑一体化（BIPV)晶体硅非晶硅21薄膜硅电池在BIPV中的优势获得最佳的采光及装饰效果弱光效应好、温度系数小

组件归一化效率随温度的变化资料来源：EPIA

组件效率随入射光强的变化光强组件温度转换效率（%）归一化转换效率发电量多

不同类型电池相同装机额年发电量对比资料来源：EPIA24能源回收期短产能（MW/年）

能量回收时间（年）多晶硅薄膜非晶硅资料来源：EPIA

25非晶硅太阳电池的效率相对较低，实验室稳定最高转换效率只有13%左右；在实际生产线上，非晶硅太阳电池的效率也不超过10%；非晶硅太阳电池存在光致衰退效应（S-W效应），到目前为止仍然没有根本解决。薄膜太阳电池光衰退测试(资料来源:应用材料)4.2非晶硅太阳电池的缺点光老化时间（小时）组件效率（%）玻璃接线盒a-SiAZO+AlEVA背板玻璃FTO玻璃接线盒a-Si背电极PVB背板玻璃FTO前电极+背电极-

单结双结三结效率：5%-6%效率：6%-7%效率：7%-8%效率：10%-11%效率：10%-11%效率：13%-14%量产阶段研发阶段a-Si:Ha-Si:Ha-Si:Ha-Si:Ha-Si:Ha-Si:Ha-Si:Ha-Si:Ha-SiGe:Ha-Si:Ha-Si:Hµ-Si:Ha-Si:Ha-SiGe:Ha-SiGe:Ha-Si:Ha-SiGe:Hµ-Si:H5.非晶硅太阳电池的结构6.非晶硅太阳电池工艺流程非晶硅薄膜电池工艺演示拼接组件异形组件两种组件都需要进行“芯片排片”及“敷设二”6.1磨边玻璃TCO（透明导电膜）1）对导电玻璃的四个边及角进行磨边和倒角处理，防止其因边缘应力较大而破裂2）避免透明导电玻璃因边缘锋锐造成接触设备的磨损3）避免后续操作人员及作业人员的割伤磨边机TCO玻璃磨边前磨边后6.2清洗+激光刻线一P1玻璃TCO（透明导电膜）用1064nm波长的激光对导电膜进行分割，预形成多个子电池，用于后续串联。1064nm波长激光的能量可以刻透TCO镀膜层，而不会对玻璃造成损伤。清洗机P1激光刻线机6.3预热+PECVD（等离子体化学气相沉积）N：layer：SiH4+PH3+H2i：layer:a-Si:H→SiH4+H2、

a-SiGe:H→SiH4+GeH4+H2P：layer:SiH4+TMB+CH4+H2

glassFTOp1i1(a-Si:H)n1p2i2(a-SiGe:H)n2p3i3(a-SiGe:H)n3AZOAl基本原理：借助射频使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在TCO导电玻璃上沉积出P、i、n层薄膜。6.3预热+PECVD（等离子体化学气相沉积）玻璃TCOa-SiTCO玻璃a-Si:Ha-SiGe:Ha-SiGe:HPPPIIINNN等离子增强化学气相沉积法（PECVD）形成三结PIN太阳电池P结：非晶硅掺入硼元素I结：非晶硅本征层，第二第三结中掺入少量锗元素N结：非晶硅掺入磷元素PECVD沉积室PECVD预热室6.4激光刻线二P2玻璃TCOa-Si用532nm波长的激光对非晶硅层进行划刻，刻出子电池之间的串联沟道。532nm波长激光的能量可以刻透非晶硅层，而不会对导电玻璃上的TCO镀层造成损伤。P2激光刻线机6.5PVD（物理气相沉积)PVD(PhysicalVapourDeposition)1、共10个腔体，分别为进片-隔离-缓冲-溅射4个-缓冲-隔离-出片；2、四种靶材，依次为：AZO、Ni-Cr、Ag、Al。基本原理：在真空条件下利用辉光放电过使Ar气在过程程形成的荷能粒子轰击靶材表面，使被轰击出的粒子在基片上形成薄膜。Ar沉积Si的TCO玻璃放置靶材6.5PVD（物理气相沉积)玻璃TCOa-Si背电极物理气相沉积法（PVD）形成背电极1）沉积电池芯片的背电极，有效收集光电载流子。2）减少出射光，有效提高光在非晶硅薄膜中的吸收利用率。3）填充P2激光形成的凹槽，作为连接子电池正负电极的内连导线。PVD系统玻璃TCOa-Si背电极6.6激光刻线三P3激光作用等效电路用532nm波长的激光对背电极和非晶硅薄膜进行刻划，同时使第n个单元的非晶硅层与第n+1个单元的背电极隔离，连续的非晶硅薄膜层被划分为若干单元,并且在单元之间建立了串联连接。电池片电压为所有子电池电压之和，电流为子电池中最小电流。第n个子电池第n+1个子电池P3激光刻线机玻璃TCOa-Si背电极6.7激光扫边P4用1064nm波长的激光对芯片四周边缘指定范围进行所有膜层的去除，保证电池组件与外接的电气绝缘性。激光扫边机引流条绝缘胶带汇流条6.8汇流+引流+电极引出1）在各子基板的正负极粘贴引流导条，作为正负极引出线2）串接或并接各引流条到汇流条，引出最终的正负极端子作为电池的正负极。引流条玻璃TCOa-Si背电极6.9PVB敷设PVB4mm背板玻璃0.76mmPVB3.2mmTCO玻璃PVB敷设台玻璃TCOa-Si背电极6.10合片+辊压+高压釜PVB背板玻璃4mm背板玻璃0.76mmPVB3.2mmTCO玻璃高压釜组件规格为1245mm，宽635mm6.11成品包装非晶硅太阳电池组件接线盒晶体硅太阳电池7.其它太阳电池单晶硅电池片结构多晶硅电池片结构单晶硅电池组件多晶硅电池组件碲化镉薄膜电池碲元素相对贫乏剧毒元素镉作为原材料碲化镉薄膜电池结构示意图碲化镉薄膜电池组件铜铟镓硒薄膜电池（CIGS)原材料铟是非常稀缺的资源工艺复杂产品性能对材料配比敏感提高产品良率困难CIGS薄膜电池结构示意图CIGS薄膜电池种类电池类型试验效率商业效率优点缺点晶硅电池单晶硅25.0%15-17%转换效率高、寿命较长、稳定性好、公害小高成本、原材料难以获得、不适合低日照水平、不适合光伏建筑一体化多晶硅20.3%14-16%转换效率高、寿命较长、稳定性好、公害小高成本、原材料难以获得、不适合低日照水平、不适合光伏建筑一体化薄膜电池非晶硅16.3%8-10%弱光效应好，成本相对较低。应用范围广，材料器件同步，大面积自动化生产,有很大的效率提升空间。转化率相对较低所需电池面积大碲化镉16.5%9-15%成本最低，转换效率一般，利于建筑一体化。有毒、污染环境、回收有困难铜铟镓硒19.2%11-12%成本低、转换效率一般、利于建筑一体化寿命相对较短、其中必备元素铟属于微量元素，难以获得，对环境有一定污染，且铟储量不足，限制行业规模。市场上主要的太阳电池对比8.光伏产业发展现状及前景光伏产业从九十年代末期的呱呱坠地，到新世纪以后的突飞猛进，再到国际“双反”时期的步履艰难，短短十几年内经历了其它行业几十年甚至上百年才历经的坎坷历程。但这样“惊心动魄”的磨炼并没有让其倒下，而是让这个如太阳一样充满能量的产业在历经险阻以后，依旧浴火重生。从简单的来料加工到形成包括硅材料及硅片、光伏电池及组件、逆变器及控制设备的完整光伏制造产业体系;从光伏制造大国到光伏装机世界第一，我国光伏产业走出了一条极具特点的发展之路。放眼未来，随着清洁能源在全球占据越来越重要的地位，具有社会、环境、经济等巨大综合效益的中国光伏产业的崛起之势已经不可阻挡。8.1光伏产业是朝阳产业，发展前景广阔一发展可再生、环保型的新能源，从根本上解决困扰人类的能源、环境及气候问题已经在全球范围内达成共识，是人类可持续发展的必然趋势。二与其他能源相比，光伏发电具有明显的优越性，必将成为今后替代能源主流。高度的清洁性，发电过程中无损耗、无废物、无废气、无噪音、无毒害、无污染，不会导致“温室效应”和全球性气候变化。绝对的安全性，利用太阳光能发电，对人、动物、植物无任何伤害或损害。普遍的实用性，不需开采和运输，凡是有阳光照射的地方就能实现光伏发电，容易实现分布式发电。资源的充足性，人类只要利用太阳每天光照的5%，就可以满足全球所需能源。三光伏发电的成本能达到商业化竞争的水平。常规电价随着资源开采难度增加和环境成本提高呈上升趋势；光伏发电的成本随着技术进步而下降。专家预测光伏的发电成本达到同常规电价一致（14-15美分/度）的时间大约在2016年。四欧、美、日各国在各自的新能源中长期发展路线图中，都把光伏发电放在重要位置。2007年初，欧盟提出新的可再生能源发展目标，到2050年光伏发电总装机容量将达到440GW；2035至2040年达到总量的一半，即220GW。美国的发展目标是到2030年太阳能电池累计销售量上升到200GW。日本的发展目标是到2030年光伏发电量将达到居民电力消耗的50％，累计安装容量约为100GW。由此推算，到2030年西方三大经济体光伏发电总装机容量将超过400GW，是2007年当年全球安装量2.4GW的166倍。五发展中大国也会随着经济实力的提高，越来越重视新能源的发展。我国从2006年起开始实施《可再生能源法》，制定了《可再生能源中长期发展规划》，规划太阳能发电总容量2010年达到300MW，2020年达到1800MW。光伏产业高端化发展的趋势更加明显，整个行业将向低成本、高质量的方向发展。高昂的上网电价一直是制约光伏产品应用的一大瓶颈。技术进步是降低光伏发电成本、提高光能利用效率、促进光伏产业和市场发展的决定性因素。几十年来围绕着降低成本的各种研究开发取得了显著成就。表现在多晶硅生产成本大幅下降、硅片厚度持续降低、电池效率不断提高、产业化技术不断改进等方面。为了进一步降低成本，实现具有商用价值与竞争能力的目标，国内外正在产业链的各个环节研究开发新的生产工艺。光伏发电设备造价下降的另一个途径是产业链各环节的规模化经营和管理水平的提高。8.2光伏产业高端化发展的趋势更加明显在国际上，许多国家认为新能源是新一轮产业革命的方向，把新能源提高到国际竞争的战略制高点的位置，将更加重视光伏产业发展。在国内，近几年光伏产业发展风起云涌，产业链的上、中游都形成了较大生产规模、较强资金实力、较高研发水平的优势企业，它们具备资金、技术、品牌以及管理优势，在未来几年将主导市场。产业竞争的特点：一是强势企业在竞争中处于有利地位。强势企业往往凭借资金实力，通过长期合作，或者直接投资上游原料生产，来保证原料稳定供应。二是金融危机将引发光伏产业重新洗牌、优化结构。材料、设备价格下降有利于降低光伏发电成本，促进光伏发电的推广应用；光伏市场供需关系的改变，迫使企业加强管理、提高技术水平和产品质量；劣势企业退出，加快了产业结构优化调整，有利于促进产业持续健康发展；8.3光伏产业竞争日趋激烈光伏建筑一