光伏技術(shù)導(dǎo)論課程論文

1、薄膜太陽能電池的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 班級：光電13-2班 姓名：范宇飛 學(xué)號：311308000713 日期：2016.05.14摘要- 2 -概述- 3 -非晶硅薄膜太陽能電池 - 4 -銅銦鎵硒薄膜太陽電池- 6 -有機薄膜太陽能電池 - 7 -總結(jié) - 8 -摘要 盡管近年來多晶硅價格大幅下滑，晶硅電池轉(zhuǎn)換效率穩(wěn)步提升，薄膜電池成本優(yōu)勢減弱，發(fā)展放緩。但光伏行業(yè)正逐步走向技術(shù)多元化，晶硅、薄膜、聚光技術(shù)的博弈不再局限于成本的比拼，各技術(shù)可以在各自的優(yōu)勢應(yīng)用領(lǐng)域上拓展市場空間。在未來市場中，薄膜太陽能電池所占的比重將會不斷增加，薄膜太陽能電池的研發(fā)將繼續(xù)提速。未來光伏建筑一體化的推廣以及國

2、家扶持太陽能電池發(fā)展的政策陸續(xù)出臺，將推動我國薄膜太陽能電池新一輪的高速發(fā)展。另外，薄膜電池已被列入我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃的發(fā)展重點。倡導(dǎo)綠色環(huán)保，清潔高效能源是當(dāng)今時代的主題，越來越受到各國的廣 泛關(guān)注。本文概述了包括非晶硅、CIGS、有機在內(nèi)的薄膜太陽能電池的發(fā)展?fàn)顩r。通過比較這幾種薄膜太陽能電池各自的特點，指出有待解決的問題，展望薄膜太陽能電池的發(fā)展趨勢和研究前景。 關(guān)鍵詞 : 薄膜太陽能電池、非晶硅、銅銦鎵硒、 有機薄膜太陽能電池 概述 太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，太陽能電池是是一種通過光伏效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置，是利用太陽能的一種重要形式。 現(xiàn)今，業(yè)

3、界對以薄膜取代硅晶制造太陽能電池在技術(shù)上已有足夠的把握。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所于2月已經(jīng)研制出當(dāng)今世界上太陽能轉(zhuǎn)換率最高的有機薄膜太陽能電池，其轉(zhuǎn)換率已達到現(xiàn)有有機薄膜太陽能電池的4倍。此前的有機薄膜太陽能電池是把兩層有機半導(dǎo)體的薄膜接合在一起，從太陽能到電能的轉(zhuǎn)換率約為1%。新型有機薄膜太陽能電池在原有的兩層構(gòu)造中間加入一種混合薄膜，變成三層構(gòu)造，這樣就增加了產(chǎn)生電能的分子之間的接觸面積，從而大大提高了太陽能轉(zhuǎn)換率?？烧郫B薄膜的太陽能電池是一種利用非晶硅結(jié)合PIN光電二極管技術(shù)加工而成的薄膜太陽能電池。此系列產(chǎn)品具有柔軟便攜、耐用、光電轉(zhuǎn)換效率高等特點；可廣泛應(yīng)用于電子消費品、遠程監(jiān)控/通訊

4、、軍事、野外/室內(nèi)供電等領(lǐng)域。據(jù)中國產(chǎn)業(yè)調(diào)研網(wǎng)發(fā)布的2016年中國薄膜太陽能電池行業(yè)現(xiàn)狀研究分析與發(fā)展趨勢預(yù)測報告顯示，有機薄膜太陽能電池使用塑料等質(zhì)輕柔軟的材料為基板，因此人們對它的實用化期待很高。通過進一步研究，有望開發(fā)出轉(zhuǎn)換率達20%、可投入實際使用的有機薄膜太陽能電池。未來5年內(nèi)薄膜太陽能電池將大幅降低成本，屆時這種薄膜太陽能電池將廣泛用于手表、計算器、窗簾甚至服裝上。2016年中國薄膜太陽能電池行業(yè)現(xiàn)狀研究分析與發(fā)展趨勢預(yù)測報告對薄膜太陽能電池行業(yè)相關(guān)因素進行具體調(diào)查、研究、分析，洞察薄膜太陽能電池行業(yè)今后的發(fā)展方向、薄膜太陽能電池行業(yè)競爭格局的演變趨勢以及薄膜太陽能電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、薄

5、膜太陽能電池市場規(guī)模、薄膜太陽能電池行業(yè)潛在問題與薄膜太陽能電池行業(yè)發(fā)展的癥結(jié)所在，評估薄膜太陽能電池行業(yè)投資價值、薄膜太陽能電池效果效益程度，提出建設(shè)性意見建議，為薄膜太陽能電池行業(yè)投資決策者和薄膜太陽能電池企業(yè)經(jīng)營者提供參考依據(jù)。 目前，人們根據(jù)所選用的半導(dǎo)體材料將太陽能電池應(yīng)用技術(shù)分為晶硅和薄膜兩大類。晶硅太陽能電池在現(xiàn)階段的大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于其成本過高，限制了其發(fā)展。相比晶硅等其它太陽能電池，薄膜太陽能電池具有生產(chǎn)成本低、原材料消耗少、弱光性能優(yōu)良等優(yōu)勢。隨著世界能源緊缺，薄膜太陽能電池作為一種光電功能薄膜，可以有效地解決能源短缺問題，而且無污染，還可以實現(xiàn)光伏

6、建筑一體化，易于大面積推廣。 非晶硅薄膜太陽能電池 非晶硅薄膜太陽能電池是一種以非晶硅化合物為基本組成的薄膜太陽能電池。一、技術(shù)優(yōu)勢 1.生產(chǎn)成本低。由于反應(yīng)溫度低，可在200左右的溫度下制造，因此可以在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上淀積薄膜，易于大面積化生產(chǎn)，成本較低。單節(jié)非晶硅薄膜太陽能電池的生產(chǎn)成本目前可降到1.2美元/Wp。疊層非晶硅薄膜電池的成本可降至1美元/Wp以下。 2.能量返回期短。轉(zhuǎn)換效率為6%的非晶硅太陽能電池，其生產(chǎn)用電約1.9度電/瓦，由它發(fā)電后返回上述能量的時間僅為1.5-2年。 3.適于大批量生產(chǎn)。非晶硅材料是由氣相淀積形成的，目前已被普遍采用的方法是等離子增

7、強型化學(xué)氣相淀積法。此種制作工藝可以連續(xù)在多個真空淀積室完成，從而實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。采用玻璃基板的非晶硅太陽能電池，其主要工序與TFT-LCD陣列生產(chǎn)相似，生產(chǎn)方式均具有自動化程度高、生產(chǎn)效率高的特點。在制造方法方面有電子回旋共振法、光化學(xué)氣相沉積法、直流輝光放電法、射頻輝光放電法、濺謝法和熱絲法等。特別是射頻輝光放電法由于其低溫過程，易于實現(xiàn)大面積和大批量連續(xù)生產(chǎn)，現(xiàn)成為國際公認(rèn)的成熟技術(shù)。 4.高溫性能好。當(dāng)太陽能電池工作溫度高于標(biāo)準(zhǔn)測試溫度25時，其最佳輸出功率會有所下降；非晶硅太陽能電池受溫度的影響比晶體硅太陽能電池要小得多。 5.弱光響應(yīng)好，充電效率高。非晶硅材料的吸收系數(shù)在整個可見光

8、范圍內(nèi)，在實際使用中對低光強光有較好的適應(yīng)。 上述獨特的技術(shù)優(yōu)勢，令薄膜硅電池在民用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，如光伏建筑一體化、大規(guī)模低成本發(fā)電站、太陽能照明光源。由于非晶硅薄膜電池的良好前景，包括Sharp、Q-Cells、無錫尚德等在內(nèi)的諸多企業(yè)正大規(guī)模進入非晶硅薄膜太陽能電池領(lǐng)域，整個行業(yè)的統(tǒng)計數(shù)字不斷翻新。二、市場前景 在整個太陽能電池家族中，非晶硅薄膜太陽能電池因為其技術(shù)和應(yīng)用方面的優(yōu)勢，正在獲得爆發(fā)性增長。2007年行業(yè)增速約120%，預(yù)計未來3年內(nèi)年均增速高達100%。業(yè)內(nèi)之前曾對非晶硅薄膜太陽能電池持有疑慮，主要原因在于其電池轉(zhuǎn)化效率較低（5%-9%），而且衰減特別快，使用壽命只

9、有有限的2-3年。而隨著技術(shù)的進步，目前主流的非晶硅薄膜電池使用壽命已在10年以上。這使得非晶硅薄膜電池成為目前最被看好的薄膜電池技術(shù)之一。 目前國內(nèi)市場當(dāng)中，涉及非晶硅薄膜電池的上市公司主要包括：拓日新能、天威保變、綜藝股份、贛能股份。由于非晶硅行業(yè)需求迅速擴充，純粹靠購置設(shè)備并開展非晶硅薄膜電池的生產(chǎn)，當(dāng)然也能夠獲得行業(yè)擴容帶來的高成長，但長期來看，畢竟只能夠分享到制造業(yè)的合理利潤，目前國內(nèi)如贛能股份的薄膜電池為OEM模式，獲得的就是產(chǎn)業(yè)鏈中端的制造業(yè)利潤。而一旦行業(yè)上了規(guī)模，行業(yè)的利潤必然向行業(yè)的關(guān)鍵性瓶頸轉(zhuǎn)移，有鑒于此，我們更看好掌握關(guān)鍵技術(shù)的配件生產(chǎn)商和設(shè)備提供商。 銅銦鎵硒薄膜太陽

10、電池學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界普遍認(rèn)為太陽能電池的發(fā)展已經(jīng)進入了第三代。第一代為單晶硅太陽能電池，第二代為多晶硅、非晶硅等太陽能電池，銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有生產(chǎn)成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等顯著特點，光電轉(zhuǎn)換效率居各種薄膜太陽電池之首，接近于晶體硅太陽電池，而成本只是它的三分之一，被稱為下一代非常有前途的新型薄膜太陽電池，是近幾年研究開發(fā)的熱點。1 優(yōu)缺點 1.CIGS電池具有性能穩(wěn)定、抗輻射能力強，光電轉(zhuǎn)換效率目前是各種薄膜太陽電池之首，被國際上稱為下一代的廉價太陽電池。2.該電池具有柔和、均勻的黑色外觀，是對于外觀有較高要求場所的理想選擇。3.由于銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有敏感的元素配比和復(fù)雜的

11、多層結(jié)構(gòu)，因此，其工藝和制備條件的要求極為苛刻，產(chǎn)業(yè)化進程十分緩慢。二市場前景 CIGS電池具有與多晶硅太陽能電池接近的效率，具有低成本和高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，并且產(chǎn)業(yè)化瓶頸已經(jīng)突破，在晶體硅太陽能電池原材料短缺的不斷加劇和價格的不斷上漲背景下，很多公司投入巨資，CIGS產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。目前全球有30多家公司置身于CIGS產(chǎn)業(yè)，2006年、2007年世界CIGS電池組件產(chǎn)能分別為17.5MW、60.5MW，在世界光伏市場上占據(jù)的份額很小。中國的CIGS產(chǎn)業(yè)遠遠落后于歐美和日本等國家和地區(qū)，南開大學(xué)以國家“十五”“863”計劃為依托，建設(shè)0.3MW中試線，現(xiàn)已制備出30cm×30c

12、m效率為7%的集成組件樣品。2008年2月，山東孚日光伏科技有限公司宣布與德國的Johanna合作，獨家引進了中國首條銅銦鎵硫硒化合物商業(yè)化生產(chǎn)線。其中CIGS轉(zhuǎn)換效率足以媲美傳統(tǒng)太陽能電池，加上穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率都已相當(dāng)優(yōu)異，被視為是相當(dāng)具有潛力的薄膜太陽能電池種類。未來幾年，CIGS薄膜太陽能電池的銷售將會加速增長，到2015年，CIGS將占薄膜太陽能電池市場的43.3%。 有機薄膜太陽能電池 有機太陽能電池以具有光敏性質(zhì)的有機物作為半導(dǎo)體的材料，以光伏效應(yīng)而產(chǎn)生電壓形成電流。主要的光敏性質(zhì)的有機材料均具有共軛結(jié)構(gòu)并且有導(dǎo)電性，如酞菁化合物、卟啉、菁等。一有機太陽能電池的幾種結(jié)構(gòu)1.單質(zhì)結(jié)結(jié)

13、構(gòu)單質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是以Schotty 勢壘為基礎(chǔ)原理而制作的有機太陽能電池。其結(jié)構(gòu)為玻璃/金屬電極/染料/金屬電極，利用了兩個電極的功函不同，可以產(chǎn)生一個電場，電子從低功函的金屬電極傳遞到高功函電極從而產(chǎn)生光電流。由于電子空穴均在同一種材料中傳遞，所以其光電轉(zhuǎn)化率比較低。2.PN 異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)P-N 異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是指這種結(jié)構(gòu)具有給體-受體（N 型半導(dǎo)體與P 型半導(dǎo)體）的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖。其中半導(dǎo)體的材料多為染料，如酞菁類化合物、苝四甲醛亞胺類化合物，利用半導(dǎo)體層間的D/A界面（Donor給體，Acceptor受體）以及電子空穴分別在不同的材料中傳遞的特性，使分離效率提高。Elias Stathato

14、s 等人結(jié)合無機以及有機化合物的優(yōu)點制得的太陽能電池光電轉(zhuǎn)化率在5%6%。3.NPC染料敏化納米晶染料敏化太陽能電池（DSSC）主要是指以染料敏化的多空納米結(jié)構(gòu)TiO2 薄膜為光陽極的一類太陽能電池。它是仿生植物葉綠素光合作用原理的太陽能電池。而NPC 太陽能電池可選用適當(dāng)?shù)难趸€原電解質(zhì)從而使光電效率提高，一般可穩(wěn)定于10%，并且納米晶TiO2 制備簡便，成本低廉，壽命可觀，具有不錯的市場前景。有機薄膜太陽能電池具有材料潛在的低價格、加工容易、可大面積成膜、分子及薄膜性質(zhì)可設(shè)計性、質(zhì)輕、柔性等顯著優(yōu)點，但目前有機薄膜太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率很低、穩(wěn)定性差，只有將光電轉(zhuǎn)換效率提高到5以上才可能大規(guī)模應(yīng)用。 總結(jié) 當(dāng)前全球大環(huán)境景氣不佳，傳統(tǒng)硅晶太陽能電池廠正面臨售價跌破成本壓力，但薄膜太陽能電池具成本優(yōu)勢，逐步嶄露頭角。薄膜電池已成為國內(nèi)光伏領(lǐng)域新的投資熱點。薄膜太陽能電池因為低成本、低材料消耗、不斷提高的轉(zhuǎn)換效率，在未來光伏電池技術(shù)發(fā)展中占有越來越重要的位置，很多研究人員都在致力于薄膜太陽能的研究和開發(fā)。不同類型的薄膜太陽能電池具備各自的優(yōu)缺點。a-Si薄膜太陽能電池成本較單晶Si太陽能電池低，但由于存在光致衰退效應(yīng)，目前很難發(fā)展為具有穩(wěn)定高效率的太陽能