太阳能电池基础知识介绍

BestSolarConfidential1硅基薄膜太阳电池基础知识介绍部门:技术部2010年5月31日BestSolarConfidential2太阳电池分类硅基薄膜太阳电池的发展硅基薄膜太阳电池的优缺点薄膜电池的光照性能衰退现象电池光电转换效率的计算薄膜电池工艺基础简介提纲BestSolarConfidential3薄膜太阳电池分类硅基薄膜太阳电池的发展薄膜电池的光照性能衰退现象电池光电转换效率的计算电池片的应用一、太阳能电池分类汇总BestSolarConfidential薄膜太阳电池简介硅薄膜碲镉系(CdTe)染料薄膜和有机薄膜(TiO2)非晶,非晶/微晶(a-Si,a-Si/c-Si)FirstSolar，USUnitedSolar(~8%),EPV(5~6%)USKaneka,Sharp(8~10%)JapanLG,周星(~9.6%)韩国铜铟系(CIS,CIGS)金属薄膜正泰(~9.0%),天威(6`7%),新奥(8~8.5%),金太阳(~8%%),尚德(6`7%),百世德(8~8.5%)中国LeyboldOptics(~9.5%)GermanJSTGerman山东孚日股份中国BestSolarConfidential51975年Spear等在非晶氢硅中实现可控掺杂，1976年美国RCA实验室制成了世界上第一个非晶硅太阳电池效率2.4%1980年日本三洋电器公司利用非晶硅太阳电池制成袖珍计算器；1987年掺C,掺Ge,光陷阱工艺非晶硅电池转化效率达12%(Initial)；面积从0.1M2发展到0.3M2,Module功率14W(stableEff~5%)1988年与建筑材料相结合的非晶硅太阳能电池投入应二、硅基薄膜太阳电池的发展HistoryToday实验室:Triple电池~15.3%产业化:非晶硅/微晶硅叠层电池G5(1.1*1.3M2)~9.6%G8.5(2.2*2.6M2)~8.5%BestSolarConfidential6硅基薄膜太阳电池的技术发展EPV,Oerlikon,AMATEPVEPV泉州金太阳Unit-solarOerlikonAMATKanakaSharp……..?BestSolarConfidentialBestSOLARConfidential三、硅基薄膜电池优缺点优点:耗材少:硅薄膜太阳电池的厚度在2μm左右其厚度只有晶硅电池的1%能耗低:硅薄膜电池制备工艺200OC左右，而晶体硅核心工艺需要1000OC无毒，无污染更多的发电量a.良好的弱光性:使得在阴雨天比晶体硅电池有多10%左右的发电量b.高温性能好:温度系数低,使得薄膜电池在高温工作状况下同样有比晶体硅电池高的发电量美观、大方电池组件的颜色与建筑物的颜色比较容易匹配，美化室内外环境，加上精细、整齐的激光切割线，使建筑物更加美观、大方，更有魅力。应用稳定性更好由于非晶硅太阳电池的电流密度较小,热斑效应不明显，所以，使用起来更加方便、可靠。能源回收期短成本低且下降空间大BestSolarConfidential缺点前期资金投资大光致衰退(S-w效应)效率偏低设备、原材料国产化减薄非晶硅层,改善光衰叠层电池如非晶硅/微晶硅,改善光衰,提高效率改善各层材料间界面性能，提高功率新产品的开发、新材料、新工艺解决方案硅基薄膜太阳电池缺点以及应对BestSolarConfidential四、非晶硅的光照衰退(Staebler-Wronski效应)光致衰退现象：非晶硅电池在强光下照射数小时，电性能下降并逐渐趋于稳定；若样品在160℃下退火，电学性能可恢复原值(S-W效应)非晶硅制造过程中Si-Si弱键的作用BestSolarConfidential薄膜太阳电池LID测试(IEC认证)资料来源:应用材料BestSolarConfidential相对功率80%85%90%95%100%020406080衰减时间（天）Pm(a.u.)9124-22-3-019124-22-3-059124-22-3-09光老化试验BestSolarConfidential测试环境标准条件（STC）•光强：光功率密度为1000W/m2•光谱特征：AM1.5•环境温度：25℃五、电池的光电转换效率计算BestSolarConfidential光谱特征：AM1.5ΘcosΘ=2/3(48.2o)AM1.5=1/cosΘLightBestSolarConfidentialEff=Pm/（1000W/m2×组件面积)例如公司电池片输出功率为480W，面积为5.7m2，则效率η=480/(1000*5.7)=8.42%StableEff&InitialEff初始最大输出功率稳定最大输出功率(初始功率-稳定功率)/初始功率组件效率Eff计算InitialEffStableEffLIDBestSolarConfidentialSOL:I-V曲线指标介绍(Q-size)0204060801001201401600.00.51.01.5Voltage/VCurrent/A020406080100120140160Voc=144.896VIsc=1.326AJsc=10.854mA/cm2Pmax=141.089WVmp=115.741VImp=1.219AEff=9.87%FF=73.433%Rs=12ohmRsh=4022ohmGlassID=B2BFAS011005050013PFTesttime=2010-05-20Power/WBestSolarConfidential名词解释Pm：在标准环境下的输出功率，等于Vm*ImVoc：为电池片在不带任何负载下的电压Isc：为电池片正负极短路条件的电流Vm：为最大输出功率时对应的电压Im：为最大输出功率时对应的电流FF：为Pm/(Voc*Isc)Rs：表征电池内部的串联电阻Rsh：表征电池元之间的并联电阻BestSolarConfidential六、薄膜电池工艺简介BestSolarConfidential叠层电池结构SiO2(20~40nm)TCO(700~1000nm)a-si(~300nm)SiO2(100nm)μc-Si(~1.7μm)AZO(~100nm)Ag(130~200nm)BestSolarConfidentialITO(In2O3:Sn)氧化铟(锡)FTO(SnO2:F)掺氟氧化锡ZAO(ZnO:Al)掺铝氧化锌其他(GAO,ATO,…..)TCO(transparentconductiveoxide)[透明导电氧化物]的分类TCO简介BestSolarConfidentialITO(In2O3:Sn)氧化铟(锡)1、应用范围主要平板显示器、液晶显示、触摸屏薄膜太阳能电池(CIGS、HIT)缺点:成本高，热性能较差(耐还原性差,在等离子体下易被还原)2、制备方式DC-磁控溅射RF-磁控溅射电子束蒸发磁控溅射BestSolarConfidentialFTO(SnO2:F)掺氟氧化锡1、应用范围薄膜太阳能电池缺点:Sn4+易被氢离子还原2、制备方式:APCVD法在线式APCVD(浮法线)AGC(Asahifloatglass),NSG离线式APCVD(离线式)优点:成本低,制备技术相对成熟,耐热性能好BestSolarConfidentialZnO:Al(ZAO)氧化锌1、应用范围a-si;uc-si;a-si/uc-si优点:稳定性好;近红外高透过率,不受氢离子还原作用2、制备方式磁控溅射+制绒(leyboldoptics,PIANova,信义玻璃)缺点：成本较高,产品有待验证BestSolarConfidentialTCO与薄膜太阳能电池的关联薄膜太阳能电池Sunlightglass-AgZnO:Aln:a-sii:a-sip:a-siTCO(SnO2:F)+光生电压VocTCO用于薄膜电池的前电极BestSolarConfidentialTCO作为薄膜电池前电极的性能要求透光性:可见光(Transimission)80%4005006007008009002025303540455055606570758085BA透过率（%)波长（nm)AHazeCompensatedTransmissiionBDirectTransmission表面绒面度:(Roughness)12~15%面电阻R□9~13ΩBestSolarConfidential更低的成本薄膜太阳能电池的未来0%20%40%60%80%100%WattsperModuleMaterialsCostReductionOperationalImrovementsFinalCostTJCost:-40%BestSolarConfidential26ZnO:Ag+TCOQ4Q1Q4Q3Q2Q2Q4Q3Q1Q3CY2010CY2011CY20098.5%9.0%10.0%12.0%IntermediateLayer(SOIR)Q29.5%10.5%Q1Q2Q3Q4CY201211.0%Project-XEnhancedLightTrappingQ1Q2Q3Q4Q1CY2013$Production/watt=Watt/m2Cost/m2DrivingCostDownDrivingWattsUp更高的效率BestSolarConfidential非晶硅/微晶硅电池的未来结构氧化硅(掺磷)夹层非晶硅微晶硅氧化锌(ZnO)/银氧化锌(ZnO)玻璃光捕获(LightTrapping)示意图BestSolarConfidential单位基础常识微米1um＝10-6m（米）纳米1nm＝10-9m（米）埃米1Å＝10-10m（米）赫兹1Hz＝1/T（T为周期，T的单位为秒）兆瓦1MW=1000KW=106W真空单位1Torr=1000mtorr=133Pa1bar＝1000mbar≈1atm=1.03*105Pa1mtorr=0.133Pa1hpa=100Pa=1mbarBestSolarConfidential