光伏技术

2007-101涉及面广、技术含量高、用途广泛涉及物理、化学、光学、材料、化工、电子、通讯、机械等专业太阳能太阳光伏太阳光热太阳电池电池组件光伏材料光伏系统光伏设备一、产业及技术背景2007-102007-102光伏（PV）技术的现状与发展趋势◆光伏产业链中，光伏电池的制造是核心环节，其作用犹如微电子产业链中的芯片制造一样。光伏电池制造技术研发有二大目标：一是提高太阳能电池的光电转换效率，二是降低其生产成本。为达到这二个目标，就需要寻求高性能的光电转换材料和适合于规模生产的制造工艺技术。◆从技术开发的成熟程度和市场占有率区分，光伏（PV）技术大体上可列出以下三代第一代PV技术用晶硅（单晶硅和多晶硅）技术制造太阳能电池第二代PV技术用薄膜技术制造太阳能电池第三代PV技术新颖的革命性的概念、材料及开发新技术◆三代PV技术的比较、发展趋势、市场份额2007-102007-103晶硅太阳能电池制造技术是目前主流的太阳能电池制造技术硅材料资源丰富，研究比较透彻借助半导体制造工艺（如扩散、刻蚀、镀膜等），技术成熟晶硅太阳能电池转换效率高（sc-Si16-17%，mc-Si14-15%）制造成本高制造晶硅太阳能电池的主要流程为：硅片清洗、制绒→扩散→刻蚀→去磷硅玻璃（PSG）→镀膜（SiN）→丝网印刷→焊接、烧结→测试分档趋势——使用廉价硅料（电子级→太阳能级；单晶→多晶）薄硅片（＜200μm）的加工工艺技术（电池片、组件的封装集成）进一步提高光电转换效率（电池：20%→25%；组件：16%→22%）2007-102007-104晶硅太阳能电池的基本结构抗反射膜~0,2µm~220µm上电极下电极n-区p-区-+光子耗尽区----------++++++++++（PV-en.ppt）2007-102007-105PV硅片厚度及硅用量进展（EPIASGIV2007）2004200520062007200820092010硅片厚度μm硅用量g/Wp30025020015010050012111098.587.5300240200180170160150121086420硅片厚度μm硅用量g/Wp2007-102007-106薄膜太阳能电池制造技术●硅料短缺和降低成本的推动，各类薄膜太阳能电池制造技术的研发及产业化步伐正在加快●用淀积在（玻璃板或不锈钢板）衬底上的薄膜半导体材料制作太阳能电池常用的薄膜材料有：非晶硅非晶硅/微晶硅（αSi/μSi）碲化镉（CdTe）铜铟硒（CIS）或铜铟镓硒（CIGS）等通常在1米大小的衬底上淀积1至数微米厚的薄膜制作太阳能电池●薄膜技术可以减少材料使用量，加工过程需要的人员和能耗也少，有望提高规模生产效率。近十年来，薄膜技术在改进太阳能电池的光电转换效率，降低成本方面的进展迅猛，非晶硅薄膜太阳能电池已经工业化生产，非晶硅/微晶硅和铜铟镓硒光伏电池的制造近年来已由中试生产向工业化规模生产转化，已开发出专门的加工工艺、生产技术和专用制造设备，正很快地切入市场●二种目前进展迅速、最具市场前途的薄膜太阳能电池制造技术铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池制造技术非晶硅/微晶硅（αSi/μSi）叠层太阳能电池制造技术2007-102007-107蓝色电池（α-Si合金）绿色电池（α-SiGe合金）红色电池（α-SiGe合金）柔性不锈钢带衬底TCO膜多结电池总厚度＜1μm背反射层UnitedSolarOvonic公司的三结非晶硅薄膜太阳能电池示意图★将具有不同光吸收特性的材料连续地一层叠一层淀积，成为三结结构，提高光电转换效率低照度下的效率、组件效率稳定性及在高温下的损失均比晶硅技术电池组件优★η=6-8%（高照度），7-9%（低照度）非晶硅薄膜技术(UnitedSolarOvonic)2007-102007-1080500010000150002000025000MW2006-2015不同PV技术的市场份额总量2078.12650.73432.44513.66090.98134.410759140741822323528硅基1862.52346.73003.83904.95232.669078979.2114931448218102薄膜等215.5304428.7608.7864.31227.41779.72580.53741.85425.62006200720082009201020112012201320142015硅基90%→77%薄膜等10%→23%2007-102007-109不同的技术产品会在PV不同的应用领域（联网系统、独立离网系统、消费电子产品等）找到其用途。不同技术太阳能电池占有的市场份额新概念技术薄膜技术晶硅技术2007-102007-1010技术材料实验室最高效率%目前规模生产效率%晶硅技术单晶24.3(1997)14-17多晶20.5(2003)13-15薄膜技术CIGS19.2(2003)10CdTe17(2000)8-10非晶Si：H）（稳定后）12.8(1998)6-7纳米/微晶/多晶-Si16.4(2001)8多结多晶14.8(2004)8-13新兴技术染敏电池11(1997)有机电池4.8(2004)多结+光集聚器40.7(2007)各种PV电池的光电转换效率比较2007-102007-1011设备●光伏市场的需求推动了光伏产业的发展，也给作为光伏产业链中重要一环的光伏设备行业的发展创造了极好的机遇。太阳能电池产业正处于转折时期，PV设备市场总值2010年将达到30亿美元(225亿人民币），薄膜技术设备市场的增长速率将远高于晶硅技术设备（AM公司太阳能电池制造设备计划在07财年获得4亿美元订单，到今年7月已获超过2亿美元合同）●一代技术、一代设备、一代产品设备是PV产业的支柱之一，PV技术的发展及PV市场的扩展对PV设备制造业提出了更高的要求，设备是实现技术转换为市场能接受的产品的关键之一（成本/转换效率）晶硅技术设备薄膜技术设备（未来技术设备）●PV电池制造设备发展趋势•用于大大降低每瓦硅和能量使用量的结晶和硅片加工（包括硅带）设备。•低价格、全自动、标准化的加工设备。•开发高产额、低成本、大面积制造薄膜电池的加工方法及设备2007-1012中国已成为光伏产业发展最快的国家√最近五年产量增长184倍，产能增加700倍截止十月底,产能已超过2900MW2007年新增69条线√2004年产量一举超过澳大利亚和印度成为国际第四大生产国（地区）√2006年产量超过美国排名全球第三2007-1013十家光伏企业国外上市公司融资市场涉足领域上市时间无锡尚德纽交所电池、组件、应用系统2005.12.13苏州阿特斯NASDAQ电池、组件2006.11.8江苏林洋NASDAQ电池、组件、应用系统2006.12.20常州天合纽交所单晶、切片、电池、组件2006.12.19河北晶澳NASDAQ电池、组件2007.2.7浙江昱晖英国伦敦AIM单晶、切片、组件2006.8.8南京中电NASDAQ电池2007.5.17江西LDK纽交所多晶2007.6.4保定英利纽交所多晶、电池、组件、应用2007.6.8江阴浚鑫英国伦敦AIM电池、组件2007.8.72007-1014涉足光伏行业的国内上市公司达十二家G天威----天威英利（多晶硅、硅片、电池、组件）航天机电----上海太阳能科技（电池、组件）深南玻A----深圳南玻光伏（白玻璃、多晶硅、电池）特变电工----新疆新能源（组件、应用系统）杉杉股份----宁波杉杉优利卡（电池、组件）交大南洋----上海交大泰阳（电池、组件、应用系统）乐山电力----新光硅业（多晶硅）江苏阳光----宁夏石嘴山硅业（多晶硅）新华光----云南天达光伏（电池、组件）……2007-102007-101565.95154.84337.45597.15427010020030040050060070080020032004200520062007销售额（百万元）800（预计）2003年～2007上半年国内太阳能电池生产设备销售额（1-6月）电池制造设备/材料生长加工设备：33/67（2005）；27/73（2006）2006比2005增长率：电池制造设备70%；材料生长加工设备92%2007-102007-1016晶硅技术PV电池制造设备：●国内设备制造厂（所）已具备了PV电池生产线整线装备能力：清洗制绒机扩散炉刻蚀机PECVD丝网印刷机低温烘干炉烧结炉48所、45所、2所、七星华创、43所恒力公司●设备技术水平整体不高，缺乏自动化的大生产设备以单机供应客户为主，不能向客户提供“交钥匙”的完整成套生产线设备●趋势：批次加工设备全自动连续（inline)加工设备手动单机自动化整线自动化适应薄硅片（＜200μm)的加工设备BTU连续式链式扩散炉（15×1.5m）：10-35MW/年；烘干/烧结一体炉：30MW/年ROTH&RAUPECVD抗反射层镀膜设备：10-100MW/年2007-1017太阳能电池生产过程及装备清洗制绒扩散刻蚀去PSG制备氮化硅印刷背电极烘干印刷背电场烘干印刷正电极烘干烧结测试分选包装2007-1018影响太阳能电池光电转换效率的主要因素有：（一）、晶体硅电池片本身晶格质量（二）、硅片表面绒面质量（三）、PN结质量（四）、周边PN结去除质量（五）、减反射氮化硅膜质量（六）、金属栅线印刷质量（七）、欧姆接触表面质量关键电池片制造设备与之相对应的关键工艺设备有：（一）清洗制绒设备（二）扩散炉（三）刻蚀机（四）PECVD（五）丝网印刷机（六）快速烧结炉2007-1019序号工艺相应设备（仪器）1去表面损伤层、氧化层清洗机2制作减反射绒面制绒机3甩干、烘干甩干机4抽样测试绒面制作效果光学显微镜5制作PN结扩散炉6测试硅片扩散的质量均匀性四探针测试仪7去除周边PN结刻蚀机8抽测周边刻蚀效果PN结测试仪9去除电池片表面磷硅玻璃清洗机10甩干、烘干甩干机11表面沉积氮化硅减反射膜PECVD12测量减反射膜均匀性椭偏仪太阳能电池制造工艺对应的设备仪器12007-1020序号工艺相应设备（仪器）13背电极印刷丝网印刷机（共三个头）14背电极的烘干低温烘干炉15铝背场印刷丝网印刷机16铝背场的烘干低温烘干炉17正面栅线电极印刷丝网印刷机18金属电极栅线的烧结、熔合高温烧结炉19测试电池光电转换效率效率测试仪20分选分检机21电池组件电极的连接光焊机22太阳能电池组件的封装层压机23扩散、PE等石英器件的清洗石英管清洗机太阳能电池制造工艺对应的设备仪器22007-1021*国际上156X156硅片的设备已成主流210X210硅片的设备也已开始使用•适合硅片厚度≦180微米的设备已大量使用（软接触技术、防翘曲烧结等技术大量应用，有效降低了整线的碎片率）2007-1022清洗/制绒机功能：去除硅片表面油污、损伤层、金属离子，制绒、自然氧化。1、清洗液自动搅动技术，清洗/制绒效果更好2、节水节液技术，降低清洗成本3、新型非金属材料融合技术，有效杜绝了微漏，保护了电气系统，更可靠更安全4、环保清洗/制绒液的应用，降低了后续处理成本2007-1023扩散炉功能：向硅片内掺入五价P-离子，结深在0.3～0.5μm,电阻在20～70/□间（1）大容量反应器热场及气氛场控制技术（2）闭管扩散减少源消耗技术（3）悬臂载片软着陆技术（4）洁净扩散技术2007-1024全封闭洁净扩散开管扩散---闭管扩散---全封闭扩散1、大大减少偏磷酸排放2、石英管及舟的清洗周期延长十倍以上3、具备环保处理功能2007-1025链式扩散重新受到关注优势：1、硅片的方块电阻均匀性较管式更好2、适合薄、大硅片工艺，硅片变形小3、生产效率高4、自动上下片，避免人工污染5、不会出现偏磷酸污染硅片问题6、不需清洗反应管和石英舟2007-1026链式扩散技术劣势：1、需前后道支持，自动化衔接支出大2、表面偏磷酸挥发物会固结在灯管表面2007-1027功能：干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边1、片