非晶硅薄膜太阳电池

非晶硅薄膜太阳电池***************目录发展背景基本原理制造工艺电池优点及缺点应用发展现状及展望123456新能源和可再生能源是21世纪世界经济发展中最具决定性影响的技术领域之一。光伏电池是一种重要的可再生能源，既可作为独立能源，亦可实现并网发电。Background1非晶硅薄膜太阳电池微晶硅薄膜太阳电池铜铟硒薄膜太阳电池铜铟镓硒薄膜太阳电池碲化镉薄膜太阳电池染料敏化薄膜薄膜太阳电池有机薄膜太阳电池其他薄膜太阳电池薄膜太阳电池分类非晶硅薄膜太阳电池Background1非晶硅薄膜太阳电池由Carlson和Wronski在20世纪70年代中期开发成功，80年代其生产达到高潮，约占全球太阳能电池总量的20%左右，但由于非晶硅太阳能电池转化效率低于晶体硅太阳能电池，而且非晶硅太阳能电池存在光致衰减效应的缺点：光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减，其发展速度逐步放缓。目前非晶硅薄膜太阳电池产量占全球太阳能电池总量的10%左右。Background1硅基薄膜太阳能电池1、转化效率：非晶为6%~7%，非晶/微晶为8.5%~11%2、在产品商业化方面，技术最成熟3、原材料：来源丰富，主要原料为玻璃和硅烷气体4、具有最成熟、最具规模化的生产设备碲化镉薄膜太阳能电池铜铟镓硒薄膜太阳能电池1、量产转化率10%2、镉具有毒性3、一些主流市场较难进入（屋顶系统）4、碲产量较少，将会成为瓶颈5、没有工业化的生产设备1、量产转化率10%以上2、需要突破一些关键技术才能达到批量生产水平3、铟的短缺可能会成为该技术发展的瓶颈4、不具备成型的大规模生产设备1Background非晶硅薄膜电池与晶硅电池的发电原理相似。基本发电原理是由N型半导体与P型半导体通过适当的方法组合到一起，在二者的交界处形成了P—N结，当太阳光照射到电池上时，电池吸收的光能分别在P结和N结产生光电子空穴对，光生电子和空穴在电池内部电场的作用下被分离，空穴漂移到P侧，电子漂移到N侧，形成光生电动势，外电路接通时，产生了直流电能。Fundamental2晶硅和非晶硅薄膜电池结构区别在于：非晶硅薄膜电池的P层和N层厚度非常薄，通常只有晶硅电池厚度的1／100，在P层和N层之间还增加了一个没有掺杂的本征层(I)，本征层的作用一是作为阳光的吸收层，因为P—N层的厚度仅有纳米级别，不能吸收足够的光能。二是由于本征层的内部缺陷较少，产生的光生载流子能在P—N结内建电场的作用下被收集到正负极。Fundamental2薄膜太阳能电池的基本结构玻璃背电极NIPTCO太阳光2FundamentalManufacturing非晶硅薄膜太阳电池的制造流程：清洗设备1清洗TCO玻璃2刻划3沉积4刻划5溅射6封装测试7热老化PECVD磁控溅射测试设备3前处理包括：清洗透明导电玻璃，第一次激光刻划和预热等步骤。高质量的膜层通常要求薄膜和基板结合牢固、致密、无针孔缺陷，因此必须使薄膜沉积在清洁、具有一定温度的基板上。为此前处理的过程包括清洗透明导电玻璃(扣磨、毛刷水洗、去离子水冲洗、冷热风刀吹净)、预热等。Manufacturing3前处理沉积非晶硅薄膜(a—Si)非晶硅薄膜主要采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)法制备，生产工艺是借助于辉光放电法，使得硅烷(SiH)气体，并掺杂乙硼烷(B2H6)和磷化氢(PHi)等气体发生化学反应，获得离子、原子和大量的活性基团，活性基团在基体材料的表面发生化学反应，最终产生将非结晶状态的硅以薄膜形式镀制在廉价的玻璃基板，塑料，不锈钢等材料的表面。Manufacturing3第二次激光刻划是对非晶硅薄膜(a—Si)层进行刻划，使得薄膜层与前电极相联接，实现整板由若干个单体电池内部串联而成，这样，就能够根据电池宽度设定电池和模组的电流。激光采用高脉绿激光(波长532纳米)，绿激光对于硅的破坏值远低于其对透明导电膜(TCO)的破坏值，因此绿激光可以安全透过透明导电膜层后，对非晶硅薄膜层进行刻划。高脉冲(脉冲重复频率超过100KHz)能够确保切口处的彻底清洁。Manufacturing3第二次激光刻划非晶硅薄膜(a—Si)非晶硅薄膜电池的背导电极通常是采用磁控溅射法镀一层氧化锌铝膜(AZ0)。氧化锌铝膜(AZO)既可以作为各单体电池的电极(负极)，还可以反射透过非晶硅膜层的部分光线，以增加对光能的吸收。实验表明如果背导电极采用氧化锌铝膜(AZO)形成的光电流茑摊以直接被耦合，且采用氧化锌铝膜(AZO)成本较低，透光率较高，很适合非晶硅薄膜电池的要求。Manufacturing3磁控溅射镀氧化锌铝膜(AZO)经过IV—Test测试合格的薄膜电池芯板被置于热老化炉内，将环境温度升高，保持一段时间后，再铡曼的冷却。热老化可以让原来处于无序状态下的原子重新排列成有规则形态。排列越有序，电池的光电转化效率就越高，原子间的缺陷也进一步减少，抑制非晶硅薄膜电池的光致衰减效应。铝膜与非晶硅薄膜层结合的更加紧密，减小串联时电池内部产生的电阻。Manufacturing3热老化(退火)沉积反应室的结构：Manufacturing3多室单片型单室多片型单多室结舍型多室连续卷绕镀膜沉积反应室的结构：这种沉积反应室的原理是在一个沉积反应室内同时只有一片或者两片玻璃进行镀膜，且每个反应室中只镀一层膜，如要镀多层薄膜，需要多个不同的反应室。Manufacturing3多室单片型Manufacturing3沉积反应室的结构：沉积反应室一次可以放人多片玻璃进行镀膜，且根据需要可以镀多层薄膜。目前普遍采用是一个反应室中同时放入24片或者48片玻璃。单室多片型4Advantages能量返回期短适于批量生产高温性能好充电效率高成本低主要原料是生产高纯多晶硅过程中使用过的硅烷，这种气体，化学工业可大量供应，且十分便宜。转换效率为6%的非晶硅太阳电池，其生产用电约1.9度电/瓦，由它发电后返回的时间约为1.5~2年，这是晶体硅太阳电池无法比拟的。目前世界上最大的非晶硅太阳电池是11000mm*1250mm，而商品晶体硅太阳电池是以156mm*156mm和125mm*125mm为主。4Advantages低成本能量返回期短大面积自动化生产4Advantages短波响应优于晶体硅太阳电池上海尤力公司曾在中国甘肃省酒泉市安装一套6500瓦非晶硅太阳能电站，其每千瓦发电量为1300KWh，而晶体硅太阳电池每千瓦的发电量约为1100~1200KWh。非晶硅太阳电池显示出极大的使用优势。下图为该电站的现场照片。4Disadvantages非晶硅太阳电池存在的问题单晶硅太阳电池，单体效率为14%~17%，而非晶硅太阳电池组件的效率为10%~12%，还存在一定差距。相同的输出电量所需的太阳能电池面积增加相对于太阳能电池占地面积要求不高的的场合尤其使用，如农村和西部。效率较低4Disadvantages非晶硅太阳能电池的光致衰减，所谓的W—S效应，是影响其大规模生产的重要因素。♥稳定性问题♥成本问题非晶硅太阳电池投资额是晶体硅太阳电池的5倍左右，因此项目投资有一定的资金壁垒，而且成本回收周期长，昂贵的设备折旧率是大额回报率的一大瓶颈。5Utilization与建筑相配合，建造太阳能房非晶硅太阳能电池可以制成半透明的，如作为建筑的一部分，白天既能发电又能使部分光线透过玻璃进入室内，为室内提供十分柔和的照明。既能挡风，又能发电。美国欧洲和日本的太阳能电池厂家已经生产出这种非晶硅瓦。5Utilization太阳能照明由于非晶硅太阳能电池的优势，同样功率的非晶硅太阳能灯具，其照明时间比晶体硅太阳能路灯照明时间长20%，而其成本每瓦低约10元人民币。弱光下使用由于非晶硅太阳电池在室内弱光下也能发电，已被广泛用于太阳能钟，太阳能手表，太阳能显示牌等不直接受光照等场合下。5Utilization6Development世界主要非晶硅太阳电池生产厂家MWp/年生产品种日本kaneka德国RWE日本三菱电机日本富士通日本TDK日本三洋太阳能美国ECD美国联合太阳能英国Intersolar253010105515255910*910mm电池组件，玻璃衬底最大组件100*605mm，玻璃衬底玻璃衬底非晶太阳电池聚合物为衬底柔性非晶太阳电池不锈钢为衬底，效率高于8%聚酰亚胺为衬底，效率高于8.5%研究单位不锈钢、聚酰亚胺为衬底，效率高于10%305*915mm玻璃衬底，效率大于7%6DevelopmentAppliedMaterial公司的SunFab非晶/微晶硅薄膜电池生产线6Prospect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。非晶硅太阳能电池未来发展趋势自主大规模生产技术自主核心设备技术高效率大面积低成本生产发展方向：6Prospect谢谢！