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非晶硅/微晶硅薄膜太阳能电池杨勇2010.03.25第一部分项目概述第二部分企业概况第三部分项目技术与产品实现第四部分项目产品市场与竞争第五部分商业模式第六部分企业财务与预测第七部分企业财务基本数据第八部分附件1.非晶硅及微晶硅电池是当今最先进的不用多晶硅的太阳能电池，属于光伏发电低碳经济鼓励发展的产品；2.具有很高的光吸收系数和光谱响应很宽的光谱响应；3.阴天弱光下可以发电，4.高温天气效率不下降，发电量大，使用寿命长达35年能耗低绿色生产无污染5.广泛应用到不同地区发电建筑楼群屋顶、玻璃幕墙、边远荒山发电及并网发电使用。6.采用玻璃、柔性不锈钢、聚乙烯等异质材料，不需要多晶硅/单晶硅昂贵的材料。非晶硅太阳能电池板非晶硅太阳能电池制作工艺流程•非晶硅光伏组件的生产工艺流程是：首先利用红外光激光对TCO导电玻璃基片进行激光刻线；激光刻线后进行超声清洗；基片清洗后装入专用沉积夹具，推入烘箱进行预热；预热后沉积夹具推入PECVD沉积真空室，利用PECVD沉积工艺，进行非晶硅沉积；而后利用绿激光对沉积好非晶硅的基片进行第二次激光刻线，刻线后进行清洗；然后对清洗好的基片利用PVD技术，镀金属背电极复合膜，作为金属背电极复合膜之一的氧化锌层沉积在非晶硅层表面，其他金属背电极层沉积在氧化锌层之上；然后利用绿激光对沉积好金属背电极的基片进行第三次激光刻线，刻线后进行清洗，至此，电池芯片结构已经形成；之后对电池芯片进行层压封装，并安装接线盒及引出导线；最后，对组件进行性能检测，合格品装箱。根据生产的光伏组件的大小规格，生产周期一般需要三至四小时。(对下一页图的具体解释)非晶硅太阳能电池制作工艺流程图非晶硅太阳能电池特点•较高的光吸收系数特别是在0.3-0.75um的可见光波段，它的吸收系数要比单晶硅高出一个数量级，因而它比单晶硅对太阳辐射的吸收效率要高40倍左右，用很薄的非晶硅膜（约1um厚）就可以吸收90%有用的太阳光。这是非晶硅太阳能电池的主要特点，也是它能够成为低价格太阳能电池的主要因素。非晶硅/微晶硅相变薄膜电池非晶硅/非晶硅锗/非晶硅锗叠层电池叠层太阳能电池的优点•具有很宽的光谱响应左图为一个实际的三层太阳能电池的例子，该结构是用宽带隙的非晶碳化硅薄膜作为第一层，用窄带隙的非晶硅锗作为第三层，中间夹以非晶硅层，其理论转换效率最高可达24%。叠层电池设计中的关键问题•叠层电池的转换效率主要受光生电流的限制，因此，叠层电池设计和实现的关键问题是合理选择各子电池i层的能隙宽度和厚度，以获得最佳电流匹配，使转换效率最大。同时也要控制各个掺杂层的厚度，以减少其对入射光子的吸收，也减少光生载流子在这些缺陷密度较高的薄层中的复合损失。非晶硅太阳能电池优点•非晶硅价格便宜，不受硅材料短缺的限制。•制作材料来源广泛，非晶硅可沉积在玻璃、柔性不锈钢、聚乙烯等材料上由于未掺杂的非晶硅实际是弱n型材料，因此，在淀积有源集电区时适当加入痕量硼，使其成为费米能级居中的i型，有助于提高太阳能电池的性能。因而在实际制备过程中，常常将淀积次序安排为p-i-n，以利用淀积p层时的硼对有源集电区进行自然掺杂。这一淀积顺序决定了透明导电衬底电池总是p层迎光，而不透明衬底电池总是n层迎光。非晶硅太阳能电池优点•生产工艺简单，便于工业化大面积生产，成本低。•具有更强的弱光响应。•高温性能优良，具有较低的温度系数和优良的伏安特性，据测试，在相同条件下，非晶硅电池的发电量较单晶硅电池高8%左右，较多晶硅电池高13%左右。非晶硅太阳能电池应用范围•发电建筑楼群屋顶、玻璃幕墙、边远山区并网发电非晶硅太阳能电池应用范围•室内消费电子产品（非晶硅电池弱光性能好）非晶硅电子表非晶硅玩具非晶硅荧光灯非晶硅太阳能电池应用范围•室外庭院灯和路灯、广告站牌等太阳能电池市场概况太阳能光伏市场发展趋势•世界各国都对太阳能光伏发电给予大力支持太阳能光伏市场发展趋势•欧、美、日是太阳能电池主市场太阳能光伏市场发展趋势•日本、欧洲、美国都提出了各自的中长期PV发展路线图项目现状2010-2030年目标PV组件生产成本140日元/W100日元/W(2010年)75日元/W（2020年）50日元/W（2030年）PV组件的寿命20年30年（2020年）Si原料的消耗10-13g/W1g/W（2030年）变换器（功率单元）30.0日元/W15.0日元/W（2020年）蓄电池10.0日元/W10日元/W，寿命20年（2020年）到2030年的日本PV研发目标太阳能电池类型现状效率（%）目标转换效率（实验室效率）（%）2010年2020年2030年晶体硅电池13-14.8（18.4）16（20）19（25）22（25）薄膜电池10（14.7）12（15）14（18）18（20）CIS电池10-12（18.9）13（19）18（25）22（25）III-V电池聚光（38.9）28（40）35（45）40（50）染料敏化电池（10.5）6（10）10（15）15（18）到2030年的日本PV组件/电池的转换效率目标太阳能光伏市场发展趋势•非晶硅太阳能电池迅猛发展2004-2010太阳能电池发展预测（GW）太阳能光伏市场发展趋势•非晶硅薄膜太阳能电池转换效率为6%-8%在八十年代，非晶硅是当时唯一的薄膜型太阳电池材料，但由于它的光电转换效率较低且具有光致衰退效应，因此早期始终无法打入主流的发电用市场，而多应用于小功率的消费性电子产品市场。但近年随着两层或多层接合太阳电池（MultijunctionCell）技术的发展，使得单层厚度可以降低而减缓照光致衰退的现象，且可吸收不同波段的太阳光谱，因此光电转换效率获得提升。如今市面上的非晶硅太阳电池模块效率约为6～8%，并很快就可见到装置容量达数百万瓦级的非晶硅太阳光电板设施。目前主要非晶硅太阳电池厂商包括：Kaneka、UnitedSolar、三洋（Sanyo）、富士电机（FujiElectric）、BPSolar等。太阳能光伏市场发展趋势•薄膜硅原料需求低且发电效率高非晶硅太阳能电池厚度仅约数个微米或更薄，且随着多结叠层太阳能电池技术的发展，其光电转换效率稳步提升，并降低了光致衰退的影响，加之其光谱吸收系数是晶体硅太阳能电池的40倍，且光谱响应范围宽，因而每瓦发电量较高，对消费者而言能源回收期可缩短。太阳能光伏市场发展趋势•国际大厂积极扩大非晶硅薄膜电池产量公司名称产品类型国别/地区2008产能（MW）2008产量（MW）Sharp（夏普）单/多晶硅，非晶硅日本600427.5Sanyo（三洋）单晶硅，非晶硅日本158125SchottSolar多晶硅，非晶硅德国11395BPSolar单/多晶硅，非晶硅美国15785.8ShellSolar单/多晶硅，CIS薄膜德国11059UnitedSolarOvonic非晶硅美国2520KanekaSolartech非晶硅日本3019MHI（三菱）多晶硅日本2401422008年全球主要非晶硅太阳能电池制造企业的市场及产能状况国内非晶硅太阳能电池发展•国内主要非晶硅太阳能电池生产厂商公司名称2008年非晶硅电池产量（MW）2009年预计形成产能深圳市拓日新能源科技股份有限公司1535南通强生光电科技有限公司2040保定天威英利薄膜光伏有限公司08厦门冠宇科技有限公司22深圳市日月环22天津津能电池科技有限公司1012.5深圳创益科技发展有限公司1020黑龙江哈克新能源有限公司22北京世华创新科技有限公司1515合计76136.5国内太阳能电池发展•无锡尚德电力（suntechpower）尚德电力集团董事长：施正荣国内非晶硅太阳能电池发展•深圳拓日新能源股份有限公司托日工业园乐山光伏产业园国内非晶硅太阳能电池发展•保定天威英利新能源有限公司天威英利为美国某地区承建的地面光伏电站（2009年05月）国内非晶硅太阳能电池发展•厦门冠宇科技有限公司2SC1-12（10.8W）柔性太阳能电池板该产品适用于给手持电台、手提电脑、测绘仪器等移动负载提供便携能源国内非晶硅太阳能电池发展•深圳市创益科技发展有限公司太阳能电池未来发展趋势•非晶硅薄膜电池最终将取代单晶硅电池种类优势劣势转换效率单晶硅太阳能电池转化效率最高，技术最为成熟硅消耗量大，成本高，工艺复杂16%-20%多晶硅太阳能电池转化效率较高多晶硅生产工艺复杂，供应受限制14%-16%非晶硅薄膜太阳能电池成本低，可大规模生产转换效率不高，光致衰退效率9%-13%三种硅基太阳能电池性能分析太阳能发电宗旨：降低成本和提高效率太阳能电池未来发展趋势•非晶硅太阳能电池面临的主要问题：转换效率较低，有光致衰退效应（S-W）•提高非晶硅薄膜电池效率措施：（1）提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收；（2）薄膜硅电池叠层技术；（3）中间层技术的研究。提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收•前透明导电氧化物薄膜（TCO）的研究在光滑与织构的ZnO表面上沉积a-Si电池获得的量子效率比较提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收•减反层的研究图4.标准电池与减反层电池的结构（A）：一般电池结构（B）：带有TiO2减反层的电池结构（C）带有TiO2-ZnO的电池结构示意图上图4中三种结构的mc-Si电池量子效率图比较提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收•窗口层的研究图6n型的a-Si、c-Si以及c-SiC:H的吸收系数比较非晶硅薄膜叠层技术研究•a-Si:H/a-Si:H双结叠层电池•a-Si:H/a-SiGe:H/a-SiGe:H三结叠层电池•a-Si/µc-Si叠层电池p-i-n结构的a-Si/a-Si叠层电池与a-Si/µc-Si叠层电池的光谱响应图中间层技术的研究•中间层提高顶电池与底电池的电流匹配左图：具有透明中间层的a-Si/mc-Si叠层电池的结构示意图右图：有中间层与没有中间层的a-Si/mc-Si叠层电池的量子效率对比