薄膜太陽能電池及制造工藝.

1、薄膜太陽能電池及制造工藝I.太陽能電池技術(shù)及光伏產(chǎn)業(yè)背景知識地球天然資源有限，物以稀為貴，原油價(jià)格將持續(xù)颼漲全球能源短缺，而且分布不均勻，尤其是發(fā)展中國家能源匱乏。NASA拍攝的地球夜晩衛(wèi)星圖片溫室效應(yīng)使地球平均氣溫持續(xù)升高1928年與2004年阿根廷的冰川消退對照京都議定書的實(shí)施，世界各國降低溫室氣體排放，實(shí)行減碳 措施，重視地球環(huán)保，開發(fā)潔凈新能源刻不容緩。能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理一煤炭比例過高69.7%氣 炭油電然電他 煤石水天核其2006年中國一次能源消費(fèi)構(gòu)成Z1電力缺口逐年增加2.3% 7.7%2.4% 匚一14.6%煤電 大水電核電氣電 鐵口4.8嚴(yán) 82%15.3%2020年2010#

2、中國未來電力發(fā)展的預(yù)測（中國電力科學(xué)院）能源 水 食物 環(huán)境 貧窮 戰(zhàn)爭 疾病 教育 民主政治 人口人類未來50年面臨的十大問題，以“能源”問題為首。我們可以怎樣解決能源危機(jī)?1 增加及改善能源（煤、石油、天然氣）的生產(chǎn)2. 節(jié)約及保護(hù)能源3.利用其它能源（町再生能源）A.煤非再生能源(Non-renewable energy)B.石油缺點(diǎn)：有限資源；價(jià)格昂貴；環(huán)境破壞。節(jié)約及保護(hù)能源把不需要的電器用品關(guān)掉。減少在夏季使用冷氣的機(jī)會。盡量使川公共交通工貝。使用節(jié)省能源的汽車或機(jī)器。尋找新型清潔能源是解決問題的唯一途徑可再生能源 不斷補(bǔ)充(Constantly replenishing) 用Z不

3、竭(Inexhaustible)分類太陽能、風(fēng)能、生物能、地?zé)崮堋⑺l(fā)電、氫能、海洋能使用其它能源(再生動力資1i)水力發(fā)電(H.E.P)風(fēng)力發(fā)電(Wind Power)地?zé)崮馨l(fā)電太陽能發(fā)電潮汐發(fā)電可再生能源的優(yōu)點(diǎn)環(huán)保(Environmental benefits) 可持續(xù)(Sustainability) 能源安全(Energy security)140010006002002000 202020402100太陽能的優(yōu)點(diǎn):1、數(shù)量巨大：太陽能夠給地球提供驚人的能量。太陽給地球15天提供的能量相當(dāng)于全球可 供開釆石油的總最（3萬億桶）。太陽給地球1小時(shí)的能量可供全球人類使用 一年。太陽提供給地

4、球1秒鐘的能量，相當(dāng)于2008 年汶川&U級地震所釋放的能量。地球上幾乎所有地方都能使用太陽能。 太陽能：唯一的兆兆瓦量級再生能源!2、時(shí)間長久：太陽能發(fā)電在全球未來能源結(jié)構(gòu)中扮演著重要的地位。 太陽能：取之不盡，用之不竭！能潭年消費(fèi)量EJ/a地?zé)崮軘XK它可再牛能滋太陽能供熱 太陽能發(fā)電14.力生物質(zhì)能（規(guī)代）生傷質(zhì)能（傳統(tǒng)）I水力榜能天然氣 煤炭 石油世界能源發(fā)展趨勢3、普照大地太陽輻射能“送貨上門”，既不需要開采和挖掘，也不需要運(yùn) 輸。普天之下，無論大陸或海洋，無論高山或島嶼，都一視同仁“。 既無”專利“可言，也不可能進(jìn)行壟斷，開發(fā)和利用都極為方便。世界太陽能資源地圖4、清潔安全對防止地球

5、溫暖化，減輕對地球環(huán)境的貢獻(xiàn)從太陽能發(fā)電系統(tǒng) 排放的二氧化碳，即使是考慮其生產(chǎn)過程的排放量，也絕對少于 傳統(tǒng)的燃料發(fā)電設(shè)備，是防止地球溫暖化的環(huán)保設(shè)備。同時(shí)在發(fā) 電時(shí)，不排放氧化硫，氧化氮等污染物，減輕了對環(huán)境的壓力。太陽能素有“干凈能源”和“安全能源”之稱.它不僅毫無污染，遠(yuǎn)比常規(guī) 能源清潔；也毫無危險(xiǎn)，遠(yuǎn)比原子核能安全.例：3 k W太陽能發(fā)電系統(tǒng)對環(huán)境污染物的削減量石油替代量：729L/年V丿減排放CO?能力：540kg-C/年森林面積換算:5544m2WpPcnverYieldThroughputUptimeWpPcnverYieldThroughputUptime對能源和節(jié)能的貢獻(xiàn)太

6、陽能電池2. 2年的發(fā)電量即可收回制造太陽能電池時(shí)使用的電力Moneyall%Matenal CostWpPcnverYieldThroughputUptime三分之二的國土面積年日照小時(shí)數(shù)在2200小時(shí)以上 年太陽輻射總量大于每平方米5000兆焦.中國太陽能資源分布1W況中國有12%國土面積為沙漠或戈壁灘，這些地區(qū)年日照小時(shí)數(shù)在 3200小時(shí)以上，如果在這些地區(qū)全部安裝太陽能電池發(fā)電，其電力 足于供給全球使用.其發(fā)展?jié)摿h(yuǎn)遠(yuǎn)沒有挖掘出來.a3心疇Z d/U,& 2込丁注叫睜嚴(yán)JU科詐砂j中國沙漠戈壁分布情況太陽能的利用太陽能的利用可以分為兩種：即光-熱轉(zhuǎn)化利用和光-電轉(zhuǎn)化利用。太陽能集熱器太

7、陽能熱水系統(tǒng)暖房太陽能灶太陽能熱水器太陽能電池原理太陽能電池(英文為Solar Cell)是一種利用太陽光直接發(fā)電的 光電半導(dǎo)休薄片.它只要被光照射，瞬間就可輸出電流。在物理學(xué) 上稱為光伏(Photovoltaic )。簡單的說，太陽光電的發(fā)電原理，是利用太陽電池吸收一定波 長的太陽光，將光能直接轉(zhuǎn)變成電能輸出的一種發(fā)電方式。電勢1IJ太陽能電池技術(shù)發(fā)展: 第一代太陽能電池：結(jié)晶硅類，單晶硅、多晶硅太陽能電池。”第二代太陽能電池：薄膜太陽能電池，如硅基薄膜電池，C1GS薄膜等。尸第三代太陽能電池：量子點(diǎn)型新槪念，新結(jié)構(gòu)的電池，如染料敏化電池，有機(jī)薄膜電池，納米結(jié)構(gòu)電池 等。”第四代太陽能電池：

8、熱電子型。107519801851&901&G5200020062010J來源:NREL,東北址券金融與產(chǎn)業(yè)研究所44太陽能電池轉(zhuǎn)換效率世界記錄高效太陽電池榜單島睦電池：理論上限23%.實(shí)臉蚩最務(wù)效率25%,工業(yè)化丸規(guī)構(gòu)生產(chǎn)效率1819%多晶戌電池：實(shí)臉童歳為效豐22%、 工業(yè)化大規(guī)檳主產(chǎn)效率1618%.非島怪電池：賣臉童畝率14.5%工業(yè)化大規(guī)校生產(chǎn)效率5.59.5%.GaA$陽電池:實(shí)臉室效年32.2%.聚光條件下目詢最為於平 42%.CdTe太陽電池：賣驗(yàn)圭木平16.8%,枇壹生8-10%CIGSt陽電池：賣臉臺放豐19.8%機(jī)董生A8-10%三種主要光伏發(fā)電技術(shù)比較技術(shù)路線實(shí)臉室最高

9、轉(zhuǎn)換效率批童生產(chǎn) 效率組件成本 （美元/W）優(yōu)缺點(diǎn)晶體硅太 陽能電池單晶硅24. 70%17%2.29硅耗大、成本高多晶硅20. 30%16%2.25硅耗大.成本高薄膜太陽 能電池非晶硅薄膜電 池12. 80%6%-7%1. 0-1. 5硅耗小、投資大、有衰 減其他聚光太陽能電池40.70%30%3效率離、成本髙太陽能光伏術(shù)語：光伏(Photovoltaic, PV)光能到電能的直接轉(zhuǎn)換太陽能電池(Solarcells)太陽能電池模組(Solar modules)太陽能電池板(Solarpanels)建筑光伏一體化(Building Integrated Photovoltaics, BIPV

10、) 非品硅 (amorphous Silicon, a-Si )多晶硅(polycrystalline silicon, p-Si)單晶硅(crystalline silicon, c-Si)銅錐I諫硒(Copper Indium Gallium Diselenide, CIGS)電池!組陣列 (Ol)TUV:德國菜茵技術(shù)監(jiān)護(hù)顧問公司的簡稱，它的總部位于德國，是專門測試電子 產(chǎn)品安全的研究機(jī)構(gòu)，TUV的測試依據(jù)是按照IEC與VDE所訂的安規(guī)測試規(guī)范條例 測試，因其產(chǎn)品必須先取得TUV的安全認(rèn)證后，才能在歐洲市場上銷售.UL是英文保險(xiǎn)商試驗(yàn)所(Underwriter Laboratories I

11、nc.)的簡寫.UL安 全試驗(yàn)所是美國最有權(quán)威的，也是界上從事安全試驗(yàn)和鑒定的較大的民間機(jī)構(gòu). 它是一個(gè)獨(dú)立的、非營利的、為公共安全做試驗(yàn)的專業(yè)機(jī)構(gòu).在美國，對消費(fèi)者 來說UL就是安全標(biāo)志的象征。全球，UL是制造廠商最值得信賴的合格評估提供 者之一.“CE”標(biāo)志是一種妥全認(rèn)證標(biāo)志，被視為制造商打開并進(jìn)入歐洲市場的護(hù)照.CE代 表歐洲統(tǒng)一(CONFORMITE EUROPEENNE ) 凡是貼有“CE”標(biāo)志的產(chǎn)晶就 可在歐盟各成員國內(nèi)銷售，無須符合每個(gè)成員國的要求，從而實(shí)現(xiàn)了商品在歐盟 成員國范圍內(nèi)的自由流通.在歐盟市場“CE”標(biāo)志屬強(qiáng)制性認(rèn)證標(biāo)志，不論是歐 盟內(nèi)部企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，還是其他國家生

12、產(chǎn)的產(chǎn)品，要想在歐盟市場上自由流通, 就必須加貼“CE”標(biāo)志，以表明產(chǎn)品符合歐盟技術(shù)協(xié)調(diào)與標(biāo)準(zhǔn)化新方法指令 的基本要求.這是歐盟法律對產(chǎn)品提出的一種強(qiáng)制性要求.必須由總部位于歐盟 成員國的認(rèn)證機(jī)構(gòu)才可以簽發(fā)證書.自80年代末以來，已有一批外資認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn) 駐中國。系統(tǒng)簡介部件名稱：太陽能電池：吸收太陽能，將A陽能轉(zhuǎn)換成直流電能； 控制器：控制希電池的充放電深度，延長蕭電池使用壽命； 蓄電池：儲存太陽能電池板產(chǎn)牛的電能，必要時(shí)，向負(fù)荷提供直流電力; 逆變器：將直流輸入電力轉(zhuǎn)換成交流電力輸出。History - 1975Watered silicon too expensiveBreakthroug

13、hneeded1 11 1_ Thin filmsuJJConcentrationJ 丨 、1Remote1habitati onJSolar farmsHistory - 1975Wafered silicon too expensiveBreakthrough needed,1zr1i11 1 11V iThin films11Conce ntrationLJU.S. D.O.E. wafered silicon programjWhat actually happenedISolar farmsRemote habitationResidential/commercial grid co

14、nnectedIssues today Silicon panels一 Past: 4accidentaP technology一 Present: clear technology of choice, continued cost reduction一 Future: crossroads, but not going away Thin filmEfficiencies finally becoming competitiveBut there9s more to the story than just efficiencies 一 Best on big, commercial roo

15、fs with lots of space? Concentration一 No longer just thermal-only一 But installers dont want moving parts一 Predicated on silicon being expensiveBenefits and drawbacksSilicon PVThin FilmConventional ConcentrationLow silicon consumpti on區(qū)00Low cost岡00High efficiencyE0Low main tenance00區(qū)All climates0Cos

16、t Development 2002 -2010fl Silicon fl Wafer fl Cell fl Module44%20103403303003303002702702702702/0240240240210210210210210210180180400100125156156156156/210 mmlength of wafer edge199520002004200520062007pmdrhwpvcheatrqSSFfibtXjnsurfxe meetingsilicon pcnder pouringString RibbonEdge defined Film-fed G

17、rowthautxndled feeding of quartz pUtesSilicon Sheet from PowderRibbon Growth on SubstrateReduced wafer thickness overWafer thickness, produced industrially pm main thicknessSilicon foil technology developmentProcess to Product1 Thin-Film deposition of 10() meter plus rolls2. Cell / Submodule Manufac

18、turing3. Module Finishing4. DeploymentProducts to MarketRugged EnvironmentStandard Solar ModulesCommercial ProductsSilicon Cell Replacement一、非晶硅薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu).制造技術(shù)簡介1、電池結(jié)構(gòu)分為：單結(jié)、雙結(jié)、三結(jié)2、制遙技術(shù)三種類型： 單室，多片玻璃襯底制遺技術(shù)該技術(shù)主要以美BChronar. APS. EPV公司為代表 多室，雙.片（或多片）玻璃襯底制逍技該技術(shù)主要以日本KANEKA公司為代表 卷繞柔性襯底制造技術(shù)（襯底：不銹鋼、聚.酰亞胺） 該技術(shù)主

19、要以美圉Un i -So I a r公司為代嵐非晶硅薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)、制造技術(shù)簡介所謂“單室，多片玻璃襯底制造技術(shù)”就是指在一個(gè)真空 室內(nèi)，完成P、1、N三層非品硅的沉積方法.作為工業(yè)生產(chǎn)的設(shè) 備，重點(diǎn)考慮生產(chǎn)效率問題，因此，工業(yè)生產(chǎn)用的“單室，多片 玻璃襯底制適技術(shù)的非晶硅沉積，其配笠可以由X個(gè)真空室組 成（為1的正整數(shù)），每個(gè)真空室可以放Y個(gè)沉積夾具（Y為 1的正整4丈），例如：非晶硅薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)、制造技術(shù)簡介 1986年哈爾濱哈克公司、1988年深圳宇康公司從美國Ch rona r公司引進(jìn)的內(nèi)聯(lián)式非晶硅太陽能電池生產(chǎn)線中非晶硅沉積 用6個(gè)真空室，毎個(gè)真空室裝1個(gè)分立央具，毎1個(gè)分立夾具裝4片 晝片，即生產(chǎn)線一批次沉積6x 1 x 4 = 24片基片，毎片基片面積 305mm * 915mm。 19 9 0年美國A PS公司生產(chǎn)線非晶硅沉積