薄膜太阳电池的发展现状.ppt

1、薄膜太阳电池的概述,主要内容,薄膜太阳电池发展概述 发展机遇 应用市场 国内薄膜太阳电池研究 多晶硅薄膜电池产业化前景 发展薄膜太阳电池建议,薄膜太阳电池概说,太阳电池发展的基本问题 - 市场情况 硅材料90%以上 - 提高效率和降低成本 - 材料的选择和工艺优化 薄膜太阳电池的技术难点 - 衬底材料 硅、陶瓷、玻璃、塑料 - 薄膜制备工艺 Sol-Gel, CVD, PVD 非晶硅太阳电池 多晶硅薄膜太阳电池 碲化镉薄膜太阳电池 铜铟镓锡薄膜太阳电池 第三代光伏太阳电池的提出,薄膜太阳电池发展概述1999-2004各类太阳电池产量百分比对比：薄膜太阳电池没有发展机会?!,1999200020

2、01200220032004 Mono-Si40.837.434.636.432.236.2 Poly-Si 42.148.250.251.657.254.7 Si-sheets 4.14.35.64.64.43.3 a-Si 12.39.68.96.44.54.4 CdTe 0.50.30.50.71.11.1 CIS 0.20.20.20.20.60.4,薄膜太阳电池发展概述德国Ulm面粉厂CIS电池建筑集成（100kW）(Wuerth Solar),薄膜太阳电池的发展机遇,至今为止，薄膜电池未能达到所期望的发展 原因：效率、稳定性、价格 硅电池长寿命，经长时期应用检验，认可度高 发展机遇

3、：硅材料短缺 薄膜电池优点 薄膜化、大面积是太阳电池发展趋势 成本降低 柔性电池,薄膜太阳电池应用市场,消费品( 手表、计算器和玩具等） 建筑构件（幕墙、门窗、光伏屋顶) 便携式系统 (移动电源-照明、通讯，单兵作战装备) 柔性电池,国内薄膜太阳电池研究机构,中科院半导体所 非晶硅、多晶硅 北京太阳能所 多晶硅 南开大学 非晶硅、铜铟锡 中科院等离子体物理所 二氧化钛 四川大学 碲化镉 中山大学 多晶硅,非晶硅太阳电池 - 发展,1975年Spear等人利用硅烷的直流辉光放电技术制备出a-Si:H材料，即用补偿了悬挂键等缺陷态，才实现了对非晶硅基材料的掺杂，非晶硅材料开始得到应用； 1976年

4、第一个非晶硅太阳电池被研制出（效率：1-2%）； 1980年非晶硅太阳电池实现商品化。日本三洋电气公司利用非晶硅太阳电池率先制成计算器电源，并实现工业化生产； 目前世界非晶硅太阳电池生产能力50MW/年，效率13%，应用范围从多种电子消费产品如手表、计算器、玩具到户用电源、光伏电站,非晶硅太阳电池 - 特性,非晶硅a-Si禁带宽度为1.7eV, 通过掺B 或掺P可得到p型a-Si或n型a-Si; 非晶硅掺C, 可得到a-SiC, 禁带宽度2.0 eV（宽带隙）; 掺Ge,可得到a-SiGe禁带宽度1.7-1.4eV （窄带隙）; 在太阳光谱的可见光范围内，非晶硅的吸收系数比晶体硅大将近一个数量

5、级，其本征吸收系数高达105cm-1; 非晶硅太阳电池光谱响应的峰值与太阳光谱的峰值接近； 由于非晶硅材料的本征吸收系数很大，1um厚度就能充分吸收太阳光， 厚度不足晶体硅的1/100，可明显节省昂贵的半导体材料 S-W 效应：非晶硅及其合金的光暗电导率随光照时间加长而减少， 经200度退火2小时可恢复原状。这种现象首先由Stabler 和Wronski 发现。这是非晶硅材料结构的一种光致亚稳变化效应，即光照是材料产生悬挂键等亚稳缺陷,非晶硅太阳电池的制备,非晶硅的结构示意图，禁带宽度1.7eV,在一定范围内可通过氢含量变化,非晶硅太阳电池的制备,PECVD法制备非晶硅薄膜太阳电池原理示意图。

6、 S:衬底；C,A :电极；VP:真空泵；RF射频电源,非晶硅太阳电池的制备,PECVD法生产非晶硅薄膜太阳电池原理示意图,非晶硅太阳电池的制备,非晶硅薄膜太阳电池串联连接结构示意图,非晶硅薄膜太阳能电池生产的主要设备和工艺流程,非晶硅薄膜太阳电池串联连接结构,非晶硅太阳电池的制备,非晶硅太阳电池组件,非晶硅太阳电池的制备,非晶硅(短波)与单晶硅(长波)太阳电池光谱响应曲线,非晶硅太阳电池,研究单位： - 中国科学院半导体研究所（48所?） - 南开大学、 - 中国科学院研究生院 - 汕头大学 生产单位： - 哈尔滨克罗拉 - 深圳创益、拓日、日月环 - 天津津纶 - 北京,Sharp硅片生产

7、性工艺,Sharp硅片生产新工艺类似AstroPower?,多晶硅薄膜太阳电池产业化,CSG Solar公司，2004年建于德国Thalheim, 致力于发展以玻璃为衬底的多晶硅太阳电池 技术来源：Matin Green和Paul Basore等领导下的10年的研究成果（SiH4) 产品：1.4m2, 超过100W 10MW/年，2006年投产 CEO Mr D.Hogg （公司创建人） CTO Dr Paul Basore（公司创建人） CFO Ms Dawn Mills（公司创建人） COO Mr Franz Leibl,非晶硅薄膜太阳电池产业化,Unaxis Solar,2003成立，借

8、鉴平板显示器工业的薄膜工艺，结合硅太阳电池工艺，致力于发展硅薄膜太阳电池的生产设备，正在寻求合作伙伴() 技术来源：瑞士Neuchatel大学微技术研究所(IMT)和Lausanne联邦技术研究所(EPFL) 发展计划： -2004年可以生产1.4m2非晶硅太阳电池组件 -2005年发展非晶硅/多晶硅双结太阳电池组件 -2005年建成第一条规模生产线,铜铟锡太阳电池,同质或和异质结电池 n-CdS/p-CuInSe2 pin CdS/CuInSe2 (ZnCd)/CuInSe2 制备工艺 效率19.5%,安装在北威尔士St Asaph 的Welsh Development Agency光学中心

9、 由CIS 太阳电池组件组成的85 kW光伏电站,1 MW CIS太阳电池厂，Wuerth Solar in Marbach, 德国,碲化镉/镉化硫太阳电池,结构特点：CdTe是II-VI族化合物，闪锌矿结构，晶格常数a= 0.16477nm；CdS是II-VI族化合物，纤锌矿结构 光学性能：直接带隙半导体材料，1.5eV,光谱响应与太阳光谱非常吻合，1m厚度的薄膜可吸收99%所对应的太阳光能量 ；CdS：直接带隙半导体材料，2.42eV 电学性能：薄膜组分、结构沉积条件、热处理过程对薄膜的电阻和导电类型有很大影响 CdTe/CdS薄膜太阳电池参数的理论值： 开路电压电压Voc= 1.05mV

10、；短路电流Jsc 30.8mA/cm2；填充因子FF=83.7%；转换效率约27% 尽管和相差10%，但他们能形成电性能优良的异质结,First Solar CdTe 太阳池组件组成的80 kW光伏电站,减反射膜及结构制备,薄膜太阳电池的结构,发展薄膜太阳电池建议,高效率非晶硅薄膜； 多晶硅薄膜； 有机太阳电池； 第三代太阳电池,参考文献 Ken Zweibel, Bolko von Roedern, Harin Ulal, Die Marktluecke des Jahrhunderts Der Mangel an Solarsilizium ist eine einmalige Chance fuer die Duennschicht-Technik, Photon Das Solarstrom Magazin,11/2004, p22-31 Jochen Siemer, Amorphe