硅薄膜太陽電池技術(shù)及其應(yīng)用.pdfVIP

2 0 0 8 年第 2 期 上 海 電力 硅薄膜太陽電池技術(shù)及其應(yīng)用 王 永謙 ( 尚德太陽能電力有限公司 ， 江蘇無錫2 1 4 0 2 8 ) 摘要 ： 太 陽能光伏發(fā) 電是清 潔能源領(lǐng)域 的熱點 ， 繼晶體硅太陽電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)在 2 O世紀(jì)末 、 2 1 世 紀(jì)初 得到 飛速發(fā)展之后 ， 以硅薄膜太 陽電池技術(shù) 的快步 升級及 大規(guī)模產(chǎn)業(yè) 化為 特征 的新 一輪光 伏能源技 術(shù)發(fā)展 高潮 正在到來。文章對硅薄膜太陽電池的技術(shù)特點 、 應(yīng)用優(yōu)勢 、 基礎(chǔ)研究 、 產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢等方面作 了簡要 介 紹 。 關(guān)鍵詞 ： 太 陽能發(fā) 電； 太陽電池技 術(shù) ； 薄膜光伏技術(shù) ； 硅薄膜 中圖分類號 ： T K5 1 3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ： B 1 太陽 電池技術(shù)發(fā)展概況 太 陽能 發(fā) 電是利用 半導(dǎo) 體光 生伏 特效 應(yīng)_ 1 把 太 陽光能直接 轉(zhuǎn) 化 為 方便 使 用 的 電能 ， 在 所 有 的 清 潔 、 可 再 生 能 源 技 術(shù) 中最 受 矚 目也 最 可 信 賴 。 發(fā)展太 陽能光 伏 發(fā) 電是 緩解 當(dāng)前 存在 的能 源危機(jī) 以及 由于過 度使 用煤 、 石油 、 天然 氣等 傳統(tǒng) 化石燃 料 所造 成 的全 球災(zāi) 難性 的氣 候變 暖和 環(huán)境 污染 的 重要 手段 。 太 陽能發(fā) 電系統(tǒng) 的核心部 件是 太 陽 電池 。太 陽電池在 其發(fā) 展過程 中先后形 成 三代技 術(shù) ： 第 一 代 太 陽 電池 主 要 是 指 晶 體 硅 片 電 池 ， 1 9 5 4年 由美 國 貝爾 實 驗 室 C h a p i n等 發(fā) 明 2 ， 其 發(fā)展 最 為成熟 ， 較早 獲得 規(guī)模 應(yīng)用 ， 但是 由于需要 使用大量價值不菲的體硅材料 ， 其制造成本難 以 很快 降低 到與傳 統(tǒng)燃 煤發(fā) 電相 當(dāng) 的水平 。 第二代太陽電池是以硅薄膜電池為代表的薄 膜 型 太 陽 電 池 。2 O世 紀(jì) 6 O年 代 輝 光 放 電 法 ( g l o w d i s c h a r g e ) 薄膜 制備 技 術(shù) 的一 系列 重 大 進(jìn) 展 ， 使 人們 意識 到 可 以將 同樣 具 有 光伏 效 應(yīng) 的非 結(jié)晶 狀態(tài) 的硅 以薄膜 形式鍍 制 在廉 價 的玻 璃 基板 上 。在美 國 R C A 實 驗 室 C a r l s o n和 Wr o n s k i _ 3 的共 同努力 下 ， 第一塊 硅薄 膜太 陽電池于 1 9 7 6年 問世 ， 從 此 拉 開 了薄 膜 光 伏 技 術(shù) 研 究 與 發(fā) 展 的 序 幕 。 薄膜 光伏 技 術(shù) 的拓 展 呈 現(xiàn) 出多 樣 化 的 特 點 ， 現(xiàn) 已 形 成包 括 硅 薄膜 電池 、 碲化 鎘 ( C d Te ) 、 銅 銦 鎵 錫 ( Cu l n Ga S e ) 以及 染 料敏 化 ( DS C) 電池 、 有 機(jī) 薄膜 電池等 在 內(nèi)的多 種類 型 。其 中 C d Te電池 所 用 的 Te元 素 是 一 種 有 限 的 資 源 ， 決 定 這 種 電 池 技術(shù) 的 發(fā) 展 和 應(yīng) 用 無 法 得 到 長 遠(yuǎn) 的 保 障 ， 而 C u l n Ga S e 電池 所用 的 I n元 素更 是一 種稀 有資 源 ， 此外 C d Te電池 本體 及 C u l n G a S e電池 的窗 口 層 ( C d S ) 都要 用 到劇 毒 的 金屬 元 素 C d ， 盡管 這 個 問題 在研 發(fā) 與生 產(chǎn) 環(huán)節(jié) 中正 在 得 到逐 步 解 決 ， 不 再 如從 前 那 樣 備 受 爭 議 ， 但 從 C d元 素 的提 煉 一 直 到最終 產(chǎn) 品的 安 全 回 收 ， 都 是 這 兩 種 電 池技 術(shù) 不得 不額 外謹(jǐn) 慎 之 處 。與 此 同時 ， 這 兩 種 電池 技 術(shù) 的工藝 復(fù)雜 性及 控制 難 度 較 高 ， 其 核心 技 術(shù) 及 產(chǎn)業(yè) 化經(jīng) 驗 目前 只掌 握 在 少 數(shù) 幾個 公 司 手 中 ； 染 料敏 化 電池和有 機(jī)薄膜 電池總 體上還 處在 基礎(chǔ)研 究 階段 ， 工 藝穩(wěn) 定性 、 光 電轉(zhuǎn)換 效率 及使用 壽命還 有待 于大 幅度 提 高 ， 這 兩種 電池 技術(shù) 的 特點 是 成 本低 廉 、 方 便制 作 ， 但 要 滿 足太 陽電池 至 少 2 O年 使 用 壽命 的要求 仍 需 做 出長期 的努 力 ， 其 產(chǎn) 業(yè)化 進(jìn) 程不 容樂 觀 ； 硅 薄膜 電池 的原料 組 分 與 晶 體硅 片 電池 一樣 ， 是 無 毒 無 害 、 儲 量 豐 富 的硅 ， 不 存在 資源 與環(huán) 境方 面 的 限制 和 壓 力 ， 并且 作 為 無 機(jī)半 導(dǎo)體 可 以充 分滿 足太 陽 電池長 壽命設(shè) 計對 于原材 料 的 基本要求 ， 因 而始 終 被 認(rèn) 為 是薄 膜 光 伏技 術(shù) 發(fā)展 的主 流。硅 薄膜太 陽電池 目前正在 進(jìn)入 顯著 的技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?；瘧?yīng)用階段 。 第 三代 太 陽 電池 是指 超 高 效 率 電池 ， 包 括 全 硅 量子 點疊層 結(jié) 構(gòu) 電池 以 及熱 光 伏 電 池等 ， 目前 尚處在基本模型的建立和基礎(chǔ)材料的探索研究階 段 。 除 了 以上介 紹 的這 些 電池類 型之 外 ， 還 應(yīng) 提 到 由 I I I V 族 半 導(dǎo) 體 材 料 為 基 體 制 作 的太 陽 電 池 ， 如 Ga As A1 G a As 、 Ga As I n P等單結(jié)或多結(jié) 電 池 ， 其 特 點是 光 電轉(zhuǎn) 換 效率 高 、 抗 輻 射 能力 強(qiáng) ， 作 一 1 1 5 維普資訊 上 海 電力 2 0 0 8 年第 2 期 為性 能優(yōu) 異 的空 間太 陽 電池 可在航 空航 天等特 殊 領(lǐng)域 中得 到適量 應(yīng)用 ， 但 由于制造 成本極 其 昂貴 ， 不具 有大 規(guī)模地 面應(yīng)用 的前 景 。 2 硅薄膜太陽電池技術(shù) 硅薄膜 電池 依 據(jù)材 料 微 結(jié) 構(gòu) 的不 同， 可 分 為 單 晶硅 ( mo n o - S i ) 、 多 晶 硅 ( p o l y S i ) 、 非 晶硅 ( a S i ： H) 和 微 晶 硅 ( “ c S i ： H) 薄 膜 電 池 。依 賴 于 l a y e r t r a n s f e r或 s ma r t c u t等工藝 手段 的單 晶硅 薄膜 電池造 價 昂貴且難 以大 面積制 作在 非硅襯 底 上 ， 目前僅 限于實 驗室 學(xué)術(shù)研 究 ； 多晶硅 薄膜 電池 性能 穩(wěn)定且 轉(zhuǎn)換 效 率 較 高 ， 但 通 常 需要 采 用 長 時 間熱 處理工 藝 ， 需 要 能 夠 耐受 高 溫 的 硼硅 玻 璃 或 陶瓷 材料作 為襯 底 ， 同時還 面臨 材 料性 能 改 善 的 技術(shù)挑 戰(zhàn) 。盡管 由澳大 利亞 新南威 爾士 大學(xué) 和太 平太 陽 電力有 限公 司聯(lián) 合開 發(fā) 的玻 璃基底 多 晶硅 薄膜 電池在 制備 技 術(shù) 上獲 得 了難 能可 貴 的 成功 ， 并 已在德 國 C S G I 公 司實施 了產(chǎn)業(yè) 化 ， 但 基 于 制 造成本 等多 方面 的 考 慮 ， 多 晶硅 薄 膜 電池 現(xiàn) 階段 尚不足 以作 為商 業(yè) 化 薄膜 太 陽 電 池 的最佳 選 擇 ； 非 晶硅 薄 膜 電池 工 藝 最 為 成 熟 且 可 以大 面 積 制 造 ， 單 位面 積的制 造 成 本 遠(yuǎn)低 于 晶體硅 電池 及 晶 硅薄膜 電池 。 非 晶硅薄 膜也 存 在 不 足 之處 ： 非 晶硅 薄膜 的 微結(jié)構(gòu)及 光 電特性 存在著 光致 亞穩(wěn) 變 化 ( S t a b l e r Wr o n s k i 效應(yīng) 4 ) ， 由此 帶來 非 晶硅 薄膜 電池 光 電 轉(zhuǎn)換效率 在一 定程 度上 的光致 衰減 ， 但 衰 減穩(wěn) 定 后 的大 面積 非晶硅 薄膜 電池仍 具有 適 中的轉(zhuǎn) 換效 率 ( 5 7 ) 。非晶硅薄膜電池在現(xiàn)階段仍然是 薄膜光伏 市場 上 的主流產(chǎn) 品 和薄膜光 伏產(chǎn)業(yè) 發(fā)展 的主要 方 向 ； 微 晶硅 薄 膜 電池 轉(zhuǎn) 換效 率 較 非 晶硅 薄膜 電池 初始 效率 稍低 ， 但 其 光 電穩(wěn) 定 性 高且 與 非晶硅 薄膜低 溫 制 備工 藝 完 全兼 容 ， 同時 在對 太 陽光譜 不 同波段 的有效光 電轉(zhuǎn)換 方 面又可 與非 晶 硅 薄膜 電池形 成很 好 的互 補(bǔ) 。 目前 ， 高效 硅 薄膜 電池 技 術(shù) 的一 種很 好 的解 決方案是 ： 以寬帶 隙 的非 晶硅作 為頂 電池 、 窄 帶 隙 的微 晶硅 作為 底 電池 ， 形成 a - S i ： H c S i ： H 雙結(jié) 疊層結(jié)構(gòu) 。采用疊層結(jié)構(gòu)不僅有效地拓寬了電池 的光譜響應(yīng)， 而且可以適度減薄非晶硅頂電池本 征吸收層 的厚度， 這樣在確保獲得較高初始轉(zhuǎn)換 效率 的同時， 光電穩(wěn)定性獲得很大的改善。為 了 充分 吸收 和轉(zhuǎn)換 太 陽光譜 的長 波 部分 能 量 ， 還 可 一 1 1 6一 以采用 在薄 膜 制 備 過 程 中摻 入適 量 鍺 ( Ge ) 的 辦 法 ， 由此 制得 的非 晶硅 鍺 ( a S i Ge ： H) 薄膜 光 學(xué)帶 隙在 1 O 1 7 e V 范 圍 內(nèi)可 調(diào) ， 藉 此 形 成 a S i ： H a S i Ge ： H 異質(zhì) 結(jié)構(gòu) 是非 晶硅 基 疊層 結(jié) 構(gòu) 薄膜 電池 的另 一種 高效 設(shè)計方 案 。 3 硅薄膜太 陽電池的應(yīng)用 晶體 硅 電池 與硅 薄 膜 電池 分 別 作 為第 一 、 第 二 代商業(yè) 化太 陽 電池 技 術(shù) 之 主 流產(chǎn) 品 ， 其 各 自的 技術(shù) 優(yōu)勢 與應(yīng) 用領(lǐng)域 不 同 。晶體 硅 電池單位 面積 光 電轉(zhuǎn)換 效率 較高 ， 但 光敏 性 差 且存 在 致 命 的 熱 斑效 應(yīng) ， 主要用 于較 小 占地 面積 、 直接 面對 陽光且 無 陰影遮 蔽 的區(qū)域 。晶體 硅 電池 使用硅 晶片作為 基體 材 料 ， 由于硅 原 料供 應(yīng) 緊 張 、 制造 成 本高 ， 生 產(chǎn)規(guī) 模 的進(jìn)一 步擴(kuò) 大 在 當(dāng)前受 到制 約 ； 硅 薄 膜 電 池轉(zhuǎn) 換效 率稍 低但 可大面 積制造 、 成 本低 ； 其主 要 原料 不是 硅片 ， 而是 相對廉 價 的玻 璃 ， 硅 的用量不 到 晶體硅 電池 的 l ， 且 完 全排 除 了對 硅 片 的依 賴 。玻璃 襯底 上 的薄 膜 電池 ， 既有 玻 璃 的 結(jié) 構(gòu)特 點 和功 能 ， 又 能發(fā) 電 ， 因此又 可 稱 為光 伏玻 璃 ， 還 可根 據(jù)需 要設(shè) 計成不 同的透光類 型 。 薄膜光伏玻璃組件結(jié)構(gòu)完整、 美觀、 弱光發(fā) 電 效果好 ， 除用 于大 型 光伏 電站 ( 參 見 圖 1 ) 外 ， 還 可 安裝于建 筑物任何部位并 與建 筑融為 一體 ， 完美 演 繹建筑光伏 一體 化 ( B I P V) 的綠 色建 筑 理 念 ( 參 見 圖 2 ) 。建筑能源 占世 界各 國總 能耗 的 5 O 左 右 ， 發(fā)展硅薄膜 電池技術(shù) ， 以硅薄膜 電池 代替普 通 的建 筑玻璃作 為玻 璃幕墻 ( 參見 圖 2 、 3 ) ， 光伏屋 頂 ， 實現(xiàn) 建筑物本身 的能源 自給 、 零污 染 、 零能耗 ， 對 于今 天 廣泛提倡 的開發(fā) 和利 用新 能 源 、 實 現(xiàn)節(jié) 能減 排 ， 建 設(shè)資源節(jié) 約型 、 環(huán)境友好型 的 自然 生態(tài)及 和諧社會 具有十分重要 的意義 。 圖 1 大型地面光伏 電站 5 4 硅 薄膜太 陽電池基礎(chǔ)研 究 維普資訊 2 0 0 8 年第2 期 上 海 電力 一 一 圖 2 光 伏 玻 璃幕 墻 ( 內(nèi)視 ) 5 J 圖 3 光 伏 玻 璃 幕 墻 ( 外觀 ) J 歷經(jīng) 3 0年 的發(fā) 展 ， 非 晶硅基 薄膜 電池?zé)o 論 在 實驗 室基 礎(chǔ)研 究 ， 還 是在 產(chǎn)業(yè) 化發(fā) 展上 ， 都取 得 了 長 足的 進(jìn) 步 。 電池 結(jié) 構(gòu) 由最 初 的單 結(jié) 發(fā) 展 到 雙 結(jié) 、 三結(jié) ， 電池 效率 也 由最 初 的 2 4 提 高 到發(fā) 明 人 當(dāng)時預(yù) 料 的最 高 1 4 9 6 1 5 | 3 。在 此 過程 中 ， 取得 的一 系列 重大 進(jìn)展 ， 例 如 ： ( 1 )1 9 9 4年 日本 Mi t s u i To a t s u Ch e mi c a l s ， I n c的小 面積 a S i ： H 單 結(jié) 薄 膜 電池 的 初 始 效 率 達(dá) 到 1 3 2 | 6 。 ( 2 )1 9 9 6年 瑞 士 Ne u c h a t e l大學(xué) I MT 研 究 所 的小 面積 ( 1 c m ) “ mi c r o mo r p h ”( a S i ： H “ c S i ： H)雙結(jié) 薄膜 電池 的初 始效 率達(dá) 到 1 3 1 l_ 7 。 ( 3 )1 9 9 7 年 美 國 Un i t e d S o l a r公司 的小 面積 ( 0 2 5 c m。 ) a S i ： H a S i Ge ： H a - S i Ge ： H 三 結(jié) 薄 膜 電池 的初 始 效 率 和 穩(wěn) 定 效 率 分 別 達(dá) 到 1 4 6 和 1 3 | 8 。 ( 4 )2 0 0 1年 日本 K a n e k a公 司 的 小 面 積 ( 1 c m。 ) a S i ： H l , c S i ： H l , c S i ： H 三 結(jié) 薄 膜 電 池 穩(wěn) 定 效率達(dá) 到 1 2 。 ( 5 )2 0 0 2年瑞 士 I MT 的小 面積 ( 1 c m ) “ mi c r o mo r p h ”( a S i ： H l , c S i ： H)雙 結(jié) 薄 膜 電池 穩(wěn) 定效 率達(dá) 到 l 1 ， 小組 件 ( 2 3 3 c m。 ) 穩(wěn) 定 效 率達(dá) 到 9 1 。 ( 6 )2 0 0 2年 日本 S a n y o公 司 的大 面積 ( 8 2 5 2 c m ) a S i ： H a S i G e ： H 雙 結(jié) 薄 膜 電池 的 初 始 效 率和穩(wěn) 定 效率分 別達(dá) 到 l 1 2 和 1 0 ” 。 ( 7 )2 0 0 2年 由美 國 To l e d o大學(xué) 創(chuàng)造 并 經(jīng) 美 國再生 能 源 國家 實 驗 室 ( NRAI ) 確 認(rèn) 的小 面 積 ( 0 2 5 c m ) a S i ： Ha S i Ge ： H a S i Ge ： H 三結(jié) 薄 膜 電池 初始效 率世 界記 錄 為 1 2 5 。 ( 8 )2 0 0 3年 美 國 Un i t e d S o l a r 公 司 的小 面積 ( 1 c m ) a S i ： H c S i ： H 雙結(jié) 薄 膜 電池 的初 始效 率 和穩(wěn)定 效率 分別 達(dá) 到 1 3 和 l 1 1 ” 。 ( 9 )2 0 0 4年 日本 Mi t s u b i s h i He a v y I n d u s t r i e s ( MHI )公 司 的大 面積 ( 4 0 5 O c m。 ) a - S i ： H u c - S i ： H 雙結(jié)薄 膜電池 的初始效 率達(dá)到 1 1 1 。 ( 1 0 )2 0 0 4年 日本 K a n e k a公 司 的小 面積 ( 1 c m ) “ Hy b r i d P l u s ” ( a S i ： H Z n O c S i ： H) 雙結(jié) 薄 膜 電池 的初 始 效 率 達(dá) 到 1 4 7 1 5 ， 大 面 積 ( 9 14 5 c m ) “ Hy b r i d Pl u s ”( a S i ： H Zn o u C S i ： H)雙結(jié) 電池 的初 始效 率 達(dá) 到 1 3 5 ， 小組 件 “ Hy b r i d ” ( a S i ： H U c S i ： H) 雙 結(jié) 薄 膜 電 池 穩(wěn) 定 效率 達(dá) 到 1 2 E l 5 。 ( 1 1 )2 0 0 5年 美 國 Un i t e d S o l a r公 司 的小 面 積 ( 0 2 5 c m ) a - S i ： Ha S i Ge ： H n c S i ： H 三 結(jié) 薄膜 電池 的初 始效率 和穩(wěn)定效 率分 別達(dá) 到1 4 6 和 1 2 6 E 1 6 。 ( 1 2 ) 2 0 0 5年 日 本C a n o n 公 司 的 大 面 積 ( 8 0 1 6 c m ) a - S i ： H U c S i ： H U c S i ： H 三結(jié) 薄 膜 電 池初始 效率 達(dá) 到 1 3 1 _ 】 。 我 國硅薄 膜太 陽 電池 的應(yīng) 用基 礎(chǔ)研 究起 步較 早 ， 并 在 “ 七 五 ” 期 間 ( 1 9 8 6 1 9 9 0年 ) 初 具規(guī) 模 。 1 9 9 0年 中科 院半 導(dǎo)體研 制 的小 面積 a S i ： H 單 結(jié) 電池初 始效 率達(dá) 到 l 1 2 ， 接 近 于 當(dāng)時 的 國際 最 高 水平 。此 后 ， 由于相 關(guān) 領(lǐng) 域 科 技政 策 的一 些 調(diào) 整 ， 研究 隊伍 的規(guī) 模 、 支持 面及經(jīng) 費額 度 大幅度 壓 縮 ， 走過 了近 1 0年 的萎縮 、 低 迷期 。與此 同時 ， 西 方 發(fā)達(dá) 國家 硅薄 膜 電 池技 術(shù) 則 在 其各 自國家 “ 陽 光 計劃” 、 “ 新 陽光 計劃 ” 的持 續(xù)支 持下 取得 了突 飛 猛進(jìn) 的發(fā) 展 。 2 0世 紀(jì)末 ， 日益 加劇 的 能源 危 機(jī)及 國際光 伏 技術(shù) 的加 速發(fā) 展 ， 一再 地 啟 示 人 們 決 定 人 類 未來 的能 源發(fā) 展 之路 究竟 應(yīng) 何 去 何 從 。直 到 “ 十 五” 期 間 ( 2 0 0 0 - 2 0 0 5年 ) ， 在 幾番 努 力 下 ， 最終 獲 得批 準(zhǔn) 的國家 “ 9 7 3 ” 項 目的支 助下 ， 我 國硅薄膜 電 池 的研 究 重新受 到 重視并 得 到 了恢 復(fù)性 的發(fā)展 。 由南 開大學(xué) 和 中科 院牽 頭 ， 近年 來 在 重 新 組 織和鍛 煉研 究 隊伍 的 同時 取得 了 多項 進(jìn) 展 ， 其 中 小面積 a S i ： H 2 c - S i ： H 疊 層 電池 初 始 效 率 達(dá) 到 l 1 8 ， 1 01 0 c m 面積 的 a S i ： H U c S i ： H 疊 層 電池初 始 電池 效 率 達(dá) 到 9 7 ， 2 02 O c m。 面積 的 a S i ： H 單 結(jié) 電 池 平 均 初 始 電 池 效 率 達(dá) 到 8 6 8 | 】 ； 上海 交通 大學(xué) 自主研 制 的小 面 積 漸變 能 隙硅薄 膜 電池初 始效率 達(dá) 到 l 1 4 3 。 5 硅薄膜太 陽電池技術(shù) 的產(chǎn) 業(yè)化進(jìn)程 硅薄 膜太 陽 電池在其 被發(fā) 明不 久 即成功地 進(jìn) 入了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段 ， 很快涌現(xiàn) 出一批 以非 晶硅 薄膜 太 陽電池作 為 主 要 產(chǎn) 品 的 國 際著 名 企業(yè) ( 如 一 1 1 7 維普資訊 上 海 電力 2 0 0 8 年第2 期 美 國的 C h r o n a r 、 S o l a r e x 、 E C D 等 ) ， 在 實 現(xiàn)從 實 驗室 技 術(shù) 向 生 產(chǎn) 力 快 速 轉(zhuǎn) 化 方 面堪 稱 典 范 。到 2 0世紀(jì) 8 0年 代 中期 ， 世 界 上 太 陽 電池 的總 銷 售 量 中非 晶硅 占有 4 0 ， 開 始 形 成 非 晶 硅 電池 、 多 晶硅 電池 和單 晶硅 電池 三 足鼎立 之勢 。在接下 來 的 1 0余年 中 ， 增 幅緩慢 的市 場需 求被證 明不 足 以 使硅 薄膜太 陽電池 的規(guī)模 效 益 充 分 展 現(xiàn) ， 其產(chǎn) 業(yè) 化發(fā)展勢頭放緩 ， 市場份額漸次走低， 但其學(xué)術(shù)研 究及 技術(shù)研發(fā) 熱 度絲 毫未減 ， 新 思想 、 新 工藝層 出 不窮 ， 電池效 率記 錄 、 生產(chǎn)線 的 自動化程 度 和產(chǎn)能 記 錄不斷刷 新 ， 目前單 條 生 產(chǎn) 線 的生 產(chǎn) 能 力 已達(dá) 到 2 5 5 0 MW 。 2 0世紀(jì)末 、 2 1世 紀(jì)初對 光伏 太 陽能事業(yè) 來說 是一 個重要 的轉(zhuǎn) 折 點 ， 在 世 界 主要 經(jīng) 濟(jì) 強(qiáng) 國 大力 扶持 和優(yōu)先 發(fā)展 新能 源產(chǎn)業(yè) 的政 策和法 規(guī) 的帶 動 下 ， 一 場 以太 陽能光 伏 發(fā) 電為 主線 的能 源 戰(zhàn) 略性 結(jié)構(gòu) 調(diào)整 正在全 球 范 圍內(nèi) 迅速 展 開 ， 光 伏產(chǎn) 業(yè) 在 最近 5年 以年均 4 5 E z o 3 的速度 快步增 長 ， 呈 現(xiàn) 出 井噴狀 態(tài) 。巨 大的能 源缺 口以及 日臻完 善 的生產(chǎn) 工藝 和有望 接近 常規(guī) 電力 的產(chǎn) 品價格使 得硅 薄膜 電池 在今 天 更 加 受 到青 睞并 提 前 進(jìn) 入 黃 金 發(fā) 展 期 。世界各國的薄膜電池生產(chǎn)商紛紛制定了雄心 勃勃 的擴(kuò)產(chǎn) 計劃 E 2 1 3 ， 就 連一 些原 本 未 曾涉 足太 陽 能領(lǐng) 域 的企 業(yè) 也 開 始 嗅 到 了 薄膜 電 池 的無 限 商 機(jī) ， 不 惜 巨資 、 爭 先恐后 地參 與進(jìn)來 。 依據(jù) 國際權(quán) 威 能 源研 究 機(jī) 構(gòu) 的預(yù) 測 ， 硅 薄 膜 太 陽電池 的市 場 份 額 將 由過 去 幾 年 的 1 0 左 右 迅速 突 進(jìn) 到 2 0 1 0年 的 3 0 ， 并 很快 形 成 與晶 體 硅太 陽 電池 平分 秋色 的市場格 局 。鑒 于空前擴(kuò) 大 的市 場需求 與關(guān) 鍵 技 術(shù)瓶 頸 的陸 續(xù) 突破 ， 全 球 硅 薄膜 電 池 的產(chǎn) 能 將 由 2 0 0 6年 的 實 際 不 到 1 0 0 Mw 迅速 提高 到 2 0 1 0年 的將 近 3 0 0 0 Mw 。其 中， 日本 K a n e k a將 由 目前 的 4 2 Mw 擴(kuò) 展到 2 0 0 8 年 的 7 0 Mw ； MHI將 由 目前 的 3 7 Mw 擴(kuò) 展 到 2 0 0 8年 的 2 2 8 MW ； S h a r p宣布 到 2 0 1 0年 硅 薄膜 電池 產(chǎn)能將 達(dá) 到 1 0 0 0 Mw ； 美 國 Un i t e d S o l a r 計 劃 到 2 0 1 0年 其產(chǎn) 能達(dá) 3 0 0 MW ； 德 國 S c h o t t 公司 計劃 2 0 0 7年秋 天建 成 3 0 MW 的非 晶硅 薄 膜 電 池生 產(chǎn)線 ， E r s o l 公 司的非 晶硅薄 膜 電池生產(chǎn) 線將 在 2 0 0 7年 達(dá)到 4 0 MW 的生產(chǎn) 能力 、 2 0 0 8年達(dá) 到 8 0 Mw 的生 產(chǎn) 能力 。在 國 內(nèi) ， 深 圳 拓 日、 深 圳 創(chuàng) 益 、 深 圳 日月環(huán) 、 天津津 能 的非晶 硅薄膜 電池產(chǎn) 能 均 已達(dá)到 5 MW 。2 0 0 7年 2月 7日天津 津能與 美 一 1 8一 國 Un i t e d S o l a r Ov o n i c簽 訂 協(xié) 約 ， 計 劃 于 2 0 0 8 年 在 天津共 同 出資建立 3 0 Mw 的非 晶硅 基薄 膜 電池組 件封 裝 廠 ； 蚌 埠 普 樂 新 能源 技 術(shù) 有 限公 司 正在 建設(shè)年 產(chǎn) 2 0 MW 的非 晶硅 太 陽能 薄 膜 電池 項 目； 無 錫 尚德規(guī) 劃 中的 3 6 0 Mw 薄膜 太 陽能 項 目 2 0 0 7 年 正式 啟動 ， 到 2 0 0 8年底 一期 4 0 MW 將 建 成投 產(chǎn) 。位 于上海浦 東 的 尚德 電力薄 膜光伏 技 術(shù) 研發(fā) 中心及 產(chǎn)業(yè) 化基 地如 圖 4所 示 。 圖 4 尚 德 電力 薄 膜 光 伏 技 術(shù) 研 發(fā) 中 心 及產(chǎn) 業(yè) 化 基 地 繼 無錫 尚德 之后 ， 又有 廊 坊 新 奧 、 保 定 天威 、 南通強(qiáng)生 、 浙江正泰 、 福建金太陽等 8家公司， 先 后 宣 布啟 動百兆 瓦級 的硅薄膜 電池 建設(shè) 項 目。憑 借 國內(nèi)光伏 產(chǎn)業(yè) 如 火 如荼 的發(fā) 展 形 勢 、 良好 的投 資環(huán)境及廉價的勞動力等優(yōu)勢 ， 我 國有希望成為 當(dāng)今世 界上 頭號 硅薄膜 太 陽電池 生產(chǎn) 大 國。 歸 因于連續(xù) 的新 能源計 劃滾 動項 目的支 持和 未 曾 間 斷 的基礎(chǔ) 研 究 ， 以美 國 、 日本 、 德 國為代 表 的西方 發(fā)達(dá) 國家 ， 不 僅 掌 握 了較 高 水 平 的硅 薄 膜 太 陽電池制 造工 藝 ， 還 能 夠 配套 生 產(chǎn) 技 術(shù) 先進(jìn) 的 專 業(yè) 制造設(shè) 備 及 相關(guān) 設(shè) 施 。相 比之下 ， 我 國硅 薄 膜電池的研究此前卻走過了一段曲折的歷程 。產(chǎn) 學(xué) 研相 脫節(jié) 且顧 此 失彼 ， 使 得有 限 的實 驗 室資 源 與學(xué)術(shù) 研究 的初 始成果 始終 未能 轉(zhuǎn)化 為行之 有效 的產(chǎn)業(yè) 化技術(shù) ， 幾 乎 所 有 的 薄膜 電池 生 產(chǎn)企 業(yè) 都 不 得不 首先 考慮 花費 巨資從 國外 引進(jìn)生 產(chǎn)線 。盡 管 在 當(dāng)前太 陽電池 薄 膜化 的技 術(shù) 革命 浪潮 中 ， 我 國企業(yè) 已大膽介 入 ， 但 要 真 正保 持 技 術(shù) 的 先進(jìn) 性 及 發(fā) 展后勁 ， 就 必須 在 引 進(jìn) 與 消化 的基 礎(chǔ) 上進(jìn) 行 二 次創(chuàng) 新 ， 通 過 自主研 發(fā) 真 正 獲得 具 有 自主知 識 產(chǎn) 權(quán) 的核心 工藝 技術(shù) 和關(guān)鍵 的制 造設(shè) 備設(shè)計 或集 成 技術(shù) ， 僅僅 依靠 對 于 落 后 工藝 和 設(shè) 備 的借 鑒 和 仿制 ， 走單純依靠低端設(shè)備加工與勞動力成本的降 低來 參與競爭 的道 路從長遠(yuǎn)來看是 十分不足 的。 國內(nèi)光伏 業(yè) 界一些 領(lǐng)軍企 業(yè) 以及一 些重要 的 研究 機(jī) 構(gòu) ， 正 在進(jìn) 一 步 抓 緊 調(diào) 整和 加 強(qiáng) 這方 面 的 維普資訊 2 0 0 8 年第2 期 上 海 電力 工作 ， 相信 真正 屬 于中 國制造或 創(chuàng)造 的 ， 真正 具有 產(chǎn)業(yè) 化應(yīng)用 前 景 的薄 膜太 陽電池先 進(jìn)制 造工 藝和 設(shè)備 集成技 術(shù) ， 能夠 在不 遠(yuǎn) 的將 來 ， 在我 國光 伏產(chǎn) 業(yè) 的發(fā)展進(jìn) 程 中不 斷涌現(xiàn) 并真 正發(fā) 揮作 用 。 6硅薄膜太陽 電池產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展趨勢 從 國內(nèi)外 的情 況 來 看 ， 硅 薄 膜太 陽 電池 技 術(shù) 正處 在一個 技術(shù) 與規(guī) ?？?步升 級 的關(guān) 鍵 時期 。硅 薄膜太 陽電池 當(dāng)前 的技術(shù) 發(fā)展 趨勢 ： ( 1 )玻 璃 襯 底 上 的硅 薄 膜 太 陽 電池 向 大 面 積 、 高品質(zhì)方 向發(fā)展 ， 其相對 于 與 晶體 硅 電池及 其 他 類 型薄膜 電池 的應(yīng) 用優(yōu) 勢進(jìn) 一步得 到加 強(qiáng) 。 ( 2 ) a S i ： H c S i ： H高效穩(wěn)定疊層硅薄膜 電 池高 速制備 技術(shù) 開始 步人產(chǎn) 業(yè) 化進(jìn) 程 。 ( 3 )單 條 生 產(chǎn) 線 產(chǎn) 能 和 自動 化 程 度 迅 速 提 高 ， 開 始呈現(xiàn) 注 重規(guī) 模 效 益 和 規(guī)模 化 競 爭 的產(chǎn)業(yè) 發(fā) 展態(tài) 勢 。 從 當(dāng)前 的光伏 市場 對 于薄膜 電池 產(chǎn) 品的 品質(zhì) 要 求 和規(guī)?；?生產(chǎn) 要求 來看 ， 大 面積 、 高質(zhì) 量硅 薄 膜 的制 備是硅 薄膜 太 陽 電池 制造 技術(shù) 發(fā)展 迫切 需 要 解決 的首 要 問題 。通 常用 于玻 璃襯 底上 硅薄 膜 制 備 的 等 離 子 體 增 強(qiáng) 化 學(xué) 氣 相 沉 積 方 法 ( P E C VD ) 從 薄膜 沉 積 方 式 上 可 分 為 單 室 沉 積 和 分室沉積； 從反應(yīng)氣體分布模式上可分為平行布 氣 和垂直 布?xì)?。 傳統(tǒng) 的 E P V 或 T e r r a s o l a r 技 術(shù) 屬 于單 室沉 積 技術(shù) ， 這種技 術(shù) 可 在 一 個 生長 室 同時 沉 積 多 片 薄 膜 ， 但存 在 著反 應(yīng) 氣 氛 的交 叉 污 染 和 不 均 勻分 布 問題 ， 電池 光 電轉(zhuǎn) 換 效 率 和 面積 停 留在 較 低水 平 ( 全面 積組 件效率 5 、 電池 面 積 0 8 m ) ， 并且用 于非 晶 硅 微 晶硅 ( a S i ： H c S i ： H) 高效 疊層 電池 的制 造 還存 在 著 難 以克 服 的技 術(shù) 障礙 。 如何 在沉 積方 式 、 布?xì)?模 式 及 設(shè) 備 利 用 率 三方 面 做 出優(yōu) 化 選 擇 ， 是 太 陽 電池 制 造 技 術(shù) 的關(guān) 鍵 環(huán) 節(jié) 硅 薄膜 制備技 術(shù)發(fā) 展 的努力 方 向 。 近年來 ， 一 些在 硅薄 膜 TF T I C D平板 顯示 技術(shù) 制造設(shè) 備領(lǐng) 域擁 有先 進(jìn)設(shè) 計能 力和 豐 富經(jīng)驗 的 國際知名 廠商 如 AMAT、 Oe r l i k o n 、 UI VAC等 開始介 人薄 膜 電池專用 設(shè)備 P E C VD乃 至 整條 生 產(chǎn) 線 的 Tu r n k e y業(yè) 務(wù) ， 并 各 自擁有 多家 正在 新建 的大規(guī) 模硅 薄膜 電池 生 產(chǎn) 線 客 戶 。AMAT 公 司 生產(chǎn) 的大 面 積 ( 5 7 2 m。 ) 硅 薄 膜 電 陽 電池 衛(wèi) ， 最 大輸 出功率 為 3 4 0 W ， 如圖 5所示 。 圖 5 AMA T大面積( 5 7 2 m ) 硅薄膜太陽電池 這 些從 TF T行 業(yè) 轉(zhuǎn) 移 過 來 的設(shè) 備 技 術(shù) 能 否 很 好 的用 于薄膜 太 陽 電池 的 制造 、 各 自具 有 哪些 比較優(yōu) 勢 和需要 改 進(jìn) 之 處 ， 即將 在 今后 的數(shù) 年 中 得 以展 現(xiàn) 。先 進(jìn) 的 電池工 藝技術(shù) 與頂 級 的半導(dǎo)體 薄 膜制備 設(shè)備 技 術(shù) 相 結(jié)合 ， 將使 得 硅 薄 膜 太 陽 電 池技 術(shù) 的發(fā)展 與 應(yīng) 用 真正 進(jìn) 入 一 個 大 規(guī)模 、 高 品 質(zhì) 的嶄新 時代 ， 對 于未 來 新 能 源領(lǐng) 域 的技 術(shù)拓 展 乃 至整 個能 源系 統(tǒng) 的戰(zhàn)略性 結(jié)構(gòu) 調(diào)整 發(fā)揮不 可估 量 的作用 。 參 考 文 獻(xiàn) ： 1 A E B e c q u e r e l ， C o mp t R e n d Ac a d S c i 9 ，5 6 1( 1 8 3 9 ) 2 D 、 MC h a p i n ， C S F u l l e r ，G I P e a r s o n ， J Ap p 1 P h y s 2 5 ，6 7 6 (1 9 5 4 ) 3 D E C a r l s o n， C RWr o n s k i ， Ap p 1 Ph y s L e t t 2 8 ， 6 7 1 ( 1 9 7 6 ) 4 D L S t a b l e r a n d C RWr o n s k i ，Ap p 1 P h y s L e t t 3 1 ， 2 9 2 ( 1 9 7 7 ) 5 b b s s o l a r z o o m e o m 6 Y As h id a ， S o l a r E n e r g y Ma t e r i a l s a n d S o l a r C e l l s 3 4 ， 2 9 1 ( 1 9 9 4) 。 7 J Me i e r e t a l ，Ma t Re s S o c S y mp P r o c 4 2 0 ， 3 ( 1 9 9 6 ) E 8 J Ya n g ，AB a n e r j e e ，a n d S Gu h a ， Ap p 1 P h y s L e t t 7 0 ， 2 9 7 5 ( 1 9 97 ) 9 KYa ma mo t o e t a l ， S o l a r En e r g y Ma t e r i a l s a n d S o l a r C e l l s 6 6，ll 7 ( 2 0 0 1 ) 1 O J Me ie r ，e t a l ，S o l a r E n e r g y Ma t e r i a l s a n d S o l a r C e l l s 7 4，45 7 ( 2 0 0 2) 1 1 E Ma r u y a ma e t a l ，S o l a r E n e r g y Ma t e r i a l s a n d S o l a r Ce l l s 7 4， 3 3 9 ( 2 0 02 ) 1 2 h t t p： www p h y s i c s u t o l e d o e d u d e n g x h i g h e f f i c i e n e y p d f 1 3 J Ya n g e t a l ，NC P V a n d S o l a r P r o g r a m R e v i e w Me e t i n g 5 5 6 ( 2 0 03 ) 1 4 HTa k a t s u k a e t a l ， S o l a r E n e r g y ，7 7 ，9 5 1 ( 2 0 0 4 ) ( 下轉(zhuǎn) 第 1 4 1頁) 一 1 1 9 維普資訊 2 0 0 8 年第2 期 上 海 電力 表 1不 同供 電方案 比較分 析 月平均 2 0 3 0 k W 4 0 k W 9 0 k W 月份 輻射量 風(fēng)速 用電量 風(fēng)光復(fù)合發(fā)電站 光伏發(fā)電站 風(fēng)力發(fā)電站 M J m 一 2 m S 一 1 k W h 月發(fā)電量估算 k W h l 3 8 0 4 1 4 2 4 7 3 0 6l 3 1 07 3 6 2 l 2 4 2 8 4 8 4 2 4 7 3 7 4 5 3 5 0 0 4 9 6 0 3 5 8 8 5 6 4 2 4 7 5 2 8 7 4 8 08 7 4 7 8 4 6 5 3 5 5 4 2 4 7 5 6 0 5 5 3 4 0 7 05 7 0 7 0 9 4 6 4 2 4 7 5 4 6 9 5 7 98 4 9 7 8 6 6 9 2 4 3 4 2 4 7 5 l 7 5 5 6 59 4 l 2 0 7 6 7 0 3 9 4 2 4 7 4 8 l 0 5 4 7 9 3 0l 4 8 6 3 5 3 5 4 2 4 7 4 43 5 5 l 9 3 2 3l 9 9 5 2 4 3 6 4 2 4 7 3 7 7 4 4 2 85 2 4 78 l 0 4 88 3 8 4 24 7 3 65 3 3 9 9 l 2 9 0 0 11 3 93 4 5 4 2 47 3 4 4l 3 2 1 4 4 5 5 2 l 2 3 33 4 6 4 2 47 3 l 6 3 2 7 2 3 4 9 7 8 發(fā)電站投資 7 元 3 6 0 4 2 0 3 9 0 由表 1 計算結(jié)果 分析 ， 風(fēng)力發(fā) 電系統(tǒng)在 各月所 發(fā)電量 的穩(wěn)定性 差 ， 在風(fēng)力 資源較好 的 3 月 份其 能 量 輸 出較大 ， 高 出用 電需求 量 的 7 6 ， 這 部分 能量 會 被 白白浪費 ； 在 風(fēng)能資源較 差的 8月份能 量輸 出 也較 差 ， 僅能滿足 用 電需求 量 的 5 5 9 6 ， 遠(yuǎn) 遠(yuǎn)不 能滿 足用 電需求 。光伏 發(fā) 電系統(tǒng)其 供 電保 證率 最好 ， 能 量輸 出較 風(fēng)力 發(fā) 電系 統(tǒng)要 穩(wěn)定 許 多 。風(fēng) 光 復(fù) 合發(fā) 電系統(tǒng)雖 然供 電保證率要 比光伏 發(fā) 電系統(tǒng) 略低 ， 但 由于太 陽能 、 風(fēng)能 資 源 的互 補(bǔ) ， 使 得輸 出能量 品質(zhì) 相對最 好 。從 電站 投 資 分 析 ， 風(fēng) 光 復(fù) 合 發(fā) 電站 最 低 ， 其次是風(fēng) 力發(fā) 電站 ， 光伏 發(fā) 電站最 高 。 3風(fēng)光復(fù)合發(fā) 電的應(yīng)用 目前 ， 國 內(nèi)陸地 大型風(fēng) 電場 興建 項 目較 多 ， 海 上 風(fēng) 電場項 目也 在逐 步上 馬 。風(fēng)機(jī) 布置 間距 一般 在 3 0 0 1 0 0 0 r n ， 各風(fēng) 電投 資 開發(fā) 公 司 圈 下來 的 地 域面 積相 當(dāng)大 。風(fēng)機(jī) 之 間的 空地可 用來 安 置光 伏發(fā) 電設(shè)備 ， 充 分 利用 風(fēng) 電場 地塊 ， 并 且可 以穩(wěn)定 電場 的電能輸 出 ， 保證 電能年 度 內(nèi)的穩(wěn) 定 。甚 至一 些 已經(jīng) 投運的風(fēng) 電場 也可二次 規(guī)劃增設(shè) 光伏發(fā) 電， 如 圖 5 所 示 。另外 ， 海 上風(fēng) 電場 中還可 以考慮 采用 光伏發(fā) 電作 為風(fēng) 電場 的場用 電和保安 電源考 慮 。 4 結(jié)語 圖 5 風(fēng)光 復(fù)合發(fā) 電 隨著 各種 新 型 能源 的不 斷 開 發(fā) ， 對 于 電網(wǎng) 沖 擊也 越來 越大 ， 穩(wěn) 定 的輸 出將 對 電 網(wǎng) 的運 行 和調(diào) 度起 到很 好 的 幫 助 。風(fēng) 光 復(fù)合 發(fā) 電 ， 甚 至 是 風(fēng)光 燃料 復(fù)合 發(fā) 電 ， 多 種 能 源 混 合 發(fā) 電將 是 今 后 的發(fā) 展趨 勢 。 參考文獻(xiàn) ： 1 中國投資咨詢 網(wǎng) 2 0 0 7 -2 0 0 8年 中國風(fēng)力發(fā) 電行業(yè)分析 及 投資 咨詢報告 ( 上 中下卷 ) ， 2 0 0 7 ， 8 E 2 3 鄭詩 程 葛蘆生 ，