演讲 薄膜太阳能电池技术产业化发展现状

2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology1薄膜太阳能电池技术产业化发展现状美国新泽西理工学院太阳能电池研发中心美国新泽西理工学院薄膜太阳能研究中心2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology21954年美国贝尔实验室制造出第一块商用太阳能电池1954年2009年世界人口27亿67亿5千万+2.5倍石油价格2.8美元/桶81.6美元/桶+29倍汽车数量5千万辆2亿7千万辆+5.4倍2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology3美国开发多样化的能源资源来满足不断成长的能源需求2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology4美国的能源结构美国能源部2009年5月公布统计数据2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology5美国政府的观点在未来的十年中，美国会面对更高的油价。绿色能源将引发一场新的工业革命。美国要想继续保持世界领袖地位，必须成为新能源领域的领导者。美国必须制定更为严格的二氧化碳排放政策。奥巴马政府必须制定一系列新政策为美国的绿色能源建设打下政策基础。保证政策不变。2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology6美国政府目前的对策美国在未来10年将投资1500亿美元建立清洁能源工业。美国通过了新的2009年二氧化碳税法案，15美元/吨，每年增加10美元税率，5年后每年增加15美元税率。对进口产品同样适用美国政府强制大型电力公司在其产品中必须有10%-24%以上电力来自的再生能源。美国联邦和州政府为安装太阳能系统的所有家庭用户提供50%以上的补贴。2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology7美国政府的具体措施现有电网的强制性再生能源比例2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology8美国太阳能行业的几个数据投资：2001-2010年的太阳能相关半导体行业风险投资资金为45亿美元，比以往增加1100%，而对传统的半导体行业的投资则减少了30%。企业：美国太阳能企业有200多家，大部分在2005年后成立。增长：2001-2008年对太阳能行业年增长率超过40%。2009-2010年20%市场容量：从2000年的300MW增加到2010年的7.5GW。售价：硅系太阳能板的零售价2002年7.5美元/瓦，降到2008年3美元/瓦。2009年1.8美元/瓦。2010年1.7美元/瓦2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology9太阳能电池的终极目标和技术解决思路太阳能电池的终极目标：A真正清洁能源B社会可负担的价格举例：如果要产生1GW(一个核电机组）的电力，需要大约面积为5平方公里大小的太阳能电池板。阳光的能量密度约~1KW/m2，到达地面只有70%，而其中只有部分能量可以转换为电力。20%可以认为是非常好的商用转换率。土地和系统都有成本。要取得好的成本效益，目前的技术有只2种解决思路。1。电池的面积降到最小2。电池的成本降到最低2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology10为使电池面积最小—研制聚焦型太阳能电池2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology11高倍聚焦的太阳能发电系统80%2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology12国内最好的聚焦系统3KW38%2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology13为使成本最低—研制薄膜太阳能电池应该对昂贵的半导体材料的消耗要少。1%~10%（材料消耗少）应该非常适合高度自动化的生产过程（工艺成本低）。应该在产品达到生命周期后可以回收再用（额外收益大）。碲化镉薄膜太阳能电池板硅和薄膜太阳能电池产业链比较电站建设2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology15三种薄膜技术的优缺点（1）非晶硅薄膜太阳能电池•优点：硅薄膜沉积温度低，可直接沉积在普通基材上。适合生产大面积太阳能电池。5.6平米左右和晶硅太阳能电池比节约原料。•缺点：转换效率低，7-8%左右。工艺成本太高，生产线造价1-1.2亿美金。•技术瓶颈：沉积速度慢。光诱导衰减问题是大难题，目前无根本解决方法2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology16非晶硅薄膜太阳能电池2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology17三种薄膜技术的优缺点（2）铜铟镓硒薄膜太阳能电池•优点：多晶异质结薄膜太阳能电池，反对的人少。4个元素安全环保，稳定。目前实验室转换效率高，19.9%世界纪录。•缺点：技术多样，无标准工艺方法。4元化合物，工艺复杂，沉积速度慢。成本高。•技术瓶颈：材料处理工艺问题是大难题.大面积镀膜的均匀度问题。目前无很好解决方法.2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology18CIGS铜铟镓硒薄膜太阳能电池2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology19三种薄膜技术的优缺点（3）碲化镉薄膜太阳能电池•优点：第一种在工业规模上成本大大优于所有其他材料的太阳能电池技术，2010生产成本仅为0.80美元/W。和太阳的光谱最一致，可吸收95%以上的阳光。工艺相对简单。标准工艺。低能耗，无污染，生命周期结束后，可回收。强弱光均可发电。复杂环境条件下表现好。目前实验室转换效率16.5%，目前工业化转换效率11.4%。理论效率应为28%。发展空间大。•缺点：产品面世时间短，原材料特性认识不充分问题•技术瓶颈：提高Voc，研发出提高转换效率的工艺方法2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology20碲化镉薄膜太阳能电池电力系统需要稳定性，一般情况下三种技术工作稳定性的对比2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology21纽瓦克市30年阳光分布统计2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology222020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology23CTFTechnologyPresentationpage23实际工作环境下性能参数对比技术光照强度低高温环境组件转换率非晶硅++++-晶体硅--++碲化镉++++平均值铜铟镓硒--+根据EUPD2009年调查报告，碲化镉技术与其他技术相比，拥有最好的相对优势排名。2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology24美国电网中的太阳能电力成本比较目前从经济效益上看晶硅太阳能电力价格和传统电网电力价格比，尚无竞争力。但碲化镉有实现平价上网电价的可能。•美国电网平均电价0.086美元/度•美国备用电网平均电价0.22美元/度•美国平均晶硅太阳能电价0.27美元/度•内华达，12.兆瓦碲化镉电站电价0.075美元/度•美国能源部对太阳能发电的期待价格是0.10美元/度2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology25碲化镉薄膜太阳能电池是近期最好的技术最优化的单质结能带理论:EG~1.56eV;实际:EG~1.35–1.40eV直接能带节约原料和成本•~3m(2009)和硅系材料厚度相比—100-300m•~0.7m(2015)NRELRoadmap•阳光吸收指数最高。95%以上。材料的结构和处理过程简单•碲化镉是2种材料的合成，比铜铟镓硒4种元素合成简单系统工作稳定性好已进入大规模工业化生产。（第一太阳能）2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology26从产能，市值数据对比看资本市场的态度排名企业产能股价市值3无锡尚德(STP)590MW$10.921.96B7江西赛维LDK360MW$5.950.78B11保定英力(YGE)400MW$12.081.80B12南京中能(CSUN)390MW$3.850.17B14上海京澳(JASO)175MW$6.080.98B总计1915MW4.99B4第一太阳能484MW$133.2111.36B2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology27美国过去3年中铜铟镓硒薄膜太阳能电池大规模的风险资金投入Solyndra$6亿美元CMEA，Redpoint等Nanosolar$5亿美元LarryPage等Miasole$3亿美元KPCB，firelake等SoloPower$2.3亿美元Convexa等Sulfurcell$1.7亿美元Intel，masdar等（全部是CIGS）BIPV市场应用举例2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology28纽约的太阳能电池绿色阳台2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology29功能性薄膜太阳能电站2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology30集群式小型薄膜太阳能电站2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology31建筑一体化太阳能幕墙2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology32纽约垃圾处理厂薄膜太阳能电站屋顶2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology33停车场2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology34纳斯达克大楼太阳能幕墙2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology35幕墙式太阳能电站2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology36纽约旅馆太阳能光伏幕墙2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology37薄膜太阳能电池板符合建筑美学2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology382020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology39分析碲化镉太阳能电池板结构成看国际市场上中建材的机遇背电极P极-碲化镉N极-硫化镉导电氧化膜基板玻璃光发生率基材玻璃占成本的53%，碲化镉及辅助原料占成本的47%TimGessertGeneralPVEnergyTalk,DateBackground国际光伏产业对商用玻璃的需求Source:BrentNelson,NREL1.00E+051.00E+061.00E+071.00E+081.00E+091.00E+101.00E+111.00E+121.00E+131980200020202040206020802100Area(sq.meters)Year20TW-yr10%efficient预计2020年光伏产业对玻璃的需求达到4-5亿平米约为2005年全球玻璃产量Note:8x107m2=4bigfloatlinesof3-mmglass2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology41碲化镉组件拥有非常高的转换率提升潜力。中期目标转换率TimeLine20092013201511%12%15%当前水平近期优化18%未来预计2011镀层优化提升玻璃透光性持续的改进优化刻槽技术全新的电池和储能装置设计国际光伏技术提升路径2020/6/28NewJerseyInstituteofTechnology42国际市场对未来碲化镉电池尺寸要求碲化镉技术可以适应浮法玻璃尺寸优化边缘。这在未