非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池

1、2022/7/291非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池1， 前言2， 薄膜太陽(yáng)能電池分類3， 太陽(yáng)能電池的未來(lái)市場(chǎng)需求4， 為何要發(fā)展薄膜非晶硅太陽(yáng)電池5， 非晶硅太陽(yáng)電池的發(fā)展及趨勢(shì)6， 非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)7， 非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池存在的問題8， 非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的主要市場(chǎng)9， 世界主要非晶硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)廠家10，中國(guó)非晶薄膜電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及存在問題11，中國(guó)應(yīng)當(dāng)抓住的機(jī)遇2022/7/292前言新能源和可再生能源是21世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最具決定性影響的技術(shù)領(lǐng)域之一。光伏電池是一種重要的可再生能源，既可作為獨(dú)立能源，亦可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，而且是零污染排放。硅太陽(yáng)能電池由于成本原因，最初只能用于空間，

2、隨著技術(shù)發(fā)展和工藝成熟，應(yīng)用也逐步擴(kuò)大。面對(duì)今天的能源供應(yīng)狀況和日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，以至危及人類自身生存的現(xiàn)實(shí)，開發(fā)新能源和可再生能源的理念已被世界各國(guó)廣泛接受。大力發(fā)展薄膜型太陽(yáng)能電池不失為當(dāng)前最明智的選擇，但也有其不利的一面，為何如此而言請(qǐng)聽下面分解。2022/7/293薄膜太陽(yáng)能電池分類非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池微(多)晶硅薄膜太陽(yáng)能電池銅銦硒薄膜太陽(yáng)能電池銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池碲化隔薄膜太陽(yáng)能電池染料敏化薄膜太陽(yáng)能電池有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池其他2022/7/294太陽(yáng)能電池的未來(lái)市場(chǎng)需求進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，全球范圍內(nèi)對(duì)太陽(yáng)能電池的需求快速增長(zhǎng)，每年以40%以上的速度遞增。國(guó)內(nèi)外也分別實(shí)施了上網(wǎng)電價(jià)

3、補(bǔ)貼法，進(jìn)一步促這一產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)步伐。中國(guó)已于2005年通過(guò)了“可再生能源法”2006年將采用“一案一議”的辦法實(shí)施上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼法?？梢灶A(yù)計(jì)，世界范圍內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的新的可持續(xù)發(fā)展階段即將到來(lái)。表1列出了到2030年世界光伏市場(chǎng)的年需求量。到2010年，年需求量為14000兆瓦，而目前，全世界光伏工業(yè)的總產(chǎn)能約為1500兆瓦，在4年內(nèi)要達(dá)14000兆瓦，可見其發(fā)展速度十分驚人。2022/7/295 表1 國(guó)際光伏市場(chǎng)需求及預(yù)測(cè) 年國(guó)別2000201020202030美國(guó)(GWp)0.142.136200歐洲(GWp)0.153.041200日本(GWp)0.254.830205總計(jì)(GWp)1.01

4、4.020018502022/7/296為何要發(fā)展非晶硅薄膜太陽(yáng)電池？光伏工業(yè)的高速發(fā)展和關(guān)鍵原材料高純硅短缺的矛盾按照目前全世界年產(chǎn)1500兆瓦晶體硅太陽(yáng)能，約需16500噸高純硅，近幾年全世界高純硅的產(chǎn)能僅為25000噸，70%左右回用于制造集成電路，二極管，三極管等半導(dǎo)體器件，絕對(duì)滿足不了光伏工業(yè)的需求，供需矛盾十分突出，并導(dǎo)致全球范圍內(nèi)高純硅從25美元/公斤上升至200美元/公斤以上，使得2003年前國(guó)際市場(chǎng)每瓦太陽(yáng)能電池2美元左右上升到3.5美元。中國(guó)情況更加嚴(yán)重，市場(chǎng)價(jià)達(dá)到人民幣33元，且有價(jià)無(wú)市。這一情況在3-5年內(nèi)是得不到根本解決的，必定會(huì)嚴(yán)重影響光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。提高單位硅

5、材料的發(fā)電量，現(xiàn)在存在轉(zhuǎn)換效率，成品率的制約。此2項(xiàng)技術(shù)是否能突破，直接影響其與其他薄膜太陽(yáng)能電池的競(jìng)爭(zhēng)。但硅材短缺問題要從根本上解決十分困難。2022/7/297非晶硅太陽(yáng)電池的起源非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池由Carlson和Wronski在20世紀(jì)70年代中期開發(fā)成功，80年代其生產(chǎn)曾達(dá)到高潮，約占全球太陽(yáng)能電池總量的20左右，但由于非晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率低于晶體硅太陽(yáng)能電池，而且非晶硅太陽(yáng)能電池存在光致衰減效應(yīng)的缺點(diǎn)：光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減，其發(fā)展速度逐步放緩。目前非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)量占全球太陽(yáng)能電池總量的10左右。但由于晶體硅的短缺及價(jià)格上漲將是長(zhǎng)期存在的事實(shí)，即使晶體

6、硅瓶頸突破，能源節(jié)省優(yōu)勢(shì)仍然能保障非晶硅太陽(yáng)能電池的生存空間。2022/7/298非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)低成本能量返回期短大面積自動(dòng)化生產(chǎn)高溫性好弱光響應(yīng)好(充電效率高)其他2022/7/299低成本單結(jié)晶硅太陽(yáng)電池的厚度0.5um。主要原材料是生產(chǎn)高純多晶硅過(guò)程中使用的硅烷，這種氣體，化學(xué)工業(yè)可大量供應(yīng)，且十分便宜，制造一瓦非晶硅太陽(yáng)能電池的原材料本約RMB3.5-4（效率高于6%）且晶體硅太陽(yáng)電池的基本厚度為240-270um，相差200多倍，大規(guī)模生產(chǎn)需極大量的半導(dǎo)體級(jí)，僅硅片的成本就占整個(gè)太陽(yáng)電池成本的65-70%，在中國(guó)1瓦晶體硅太陽(yáng)電池的硅材料成本已上升到RMB22以上。從原材

7、料供應(yīng)角度分析，人類大規(guī)模使用陽(yáng)光發(fā)電，最終的選擇只能是非晶硅太陽(yáng)電池及其它薄膜太陽(yáng)電池，別無(wú)它法！2022/7/2910能量返回期短轉(zhuǎn)換效率為6%的非晶硅太陽(yáng)電池，其生產(chǎn)用電約1.9度電/瓦，由它發(fā)電后返回的時(shí)間約為1.5-2年，這是晶硅太陽(yáng)電池?zé)o法比擬的。大面積自動(dòng)化生產(chǎn)目前，世界上最大的非晶硅太陽(yáng)電池是Switzland Unaxis的KAI-1200 PECVD 設(shè)備生產(chǎn)的1100mm*1250mm單結(jié)晶非晶硅太陽(yáng)電池，起初是效率高于9%。其穩(wěn)定輸出功率接近80W/片。商品晶體硅太陽(yáng)電池還是以156mm*156mm和125mm*125mm為主。2022/7/2911短波響應(yīng)優(yōu)于晶體硅太

8、陽(yáng)電池上海尤力卡公司曾在中國(guó)甘肅省酒泉市安裝一套6500瓦非晶硅太陽(yáng)能電站，其每千瓦發(fā)電量為1300KWh，而晶體硅太陽(yáng)電池每千瓦的年發(fā)電量約為1100-1200KWh。非晶硅太陽(yáng)電池顯示出其極大的使用優(yōu)勢(shì)。下圖為該電站的現(xiàn)場(chǎng)照片，第一代非晶硅太陽(yáng)電池的以上優(yōu)點(diǎn)已被人們所接受。2003年以來(lái)全世界太陽(yáng)能市場(chǎng)需求量急劇上升，非晶硅太陽(yáng)電池也出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。2022/7/2912非晶硅太陽(yáng)能電池存在的問題效率較低單晶硅太陽(yáng)能電池，單體效率為14%-17%(AMO)，而柔性基體非晶硅太陽(yáng)電池組件（約1000平方厘米）的效率為10-12%，還存在一定差距。相同的輸出電量所需太陽(yáng)能電池面積增加，對(duì)于

9、對(duì)太陽(yáng)能電池占地面積要求不高的場(chǎng)合尤其適用，如農(nóng)村和西部地區(qū)。我國(guó)目前尚有約28000個(gè)村莊、700萬(wàn)戶、大約3000萬(wàn)農(nóng)村人口還沒有用上電， 60%的有電縣嚴(yán)重缺電；光致衰減效應(yīng)也可在電量輸出中加以考慮，我們認(rèn)為以上缺點(diǎn)已不成為其發(fā)展的障礙，非晶硅太陽(yáng)能電池已迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。2022/7/2913穩(wěn)定性問題 非晶硅太陽(yáng)能電池的光致衰減，所謂的W-S效應(yīng)，是影響其大規(guī)模生產(chǎn)的重要因素。目前，柔性基體非晶硅太陽(yáng)能電池穩(wěn)定效率已超過(guò)10%，已具備作為空間能源的基本條件。成本問題非晶硅太陽(yáng)能電池投資額是晶體硅太陽(yáng)能電池的5倍左右，因此項(xiàng)目投資有一定的資金壁壘。且，成本回收周期較長(zhǎng)，昂貴的設(shè)備折舊率

10、是大額回報(bào)率的一大瓶頸。2022/7/2914非晶硅太陽(yáng)電池的市場(chǎng)大規(guī)模地成本發(fā)電站1996年美國(guó)APS公司在美國(guó)加州建了一個(gè)400千瓦的非晶硅電站,引起光伏產(chǎn)業(yè)振動(dòng)。Mass公司(歐洲第三大太陽(yáng)能系統(tǒng)公司)去年從中國(guó)進(jìn)口約5MWp的非晶硅太陽(yáng)能電池。日本CANECA公司年產(chǎn)25MWp的非晶硅太陽(yáng)能電池大部分輸往歐洲建大型發(fā)電站(約每座500KWp-1000KWp)。德國(guó)RWESCHOOTT公司也具有30MWp年產(chǎn)量,全部用于建大規(guī)模太陽(yáng)能電站。2022/7/2915與建筑相配合,建造太陽(yáng)能房非晶硅太陽(yáng)能電池可以制成半透明的，如作為建筑的一部分，白天既能發(fā)電又能使部分光線透過(guò)玻璃進(jìn)入室內(nèi)，為室

11、內(nèi)提供十分柔和的照明(紫外線被濾掉)能擋風(fēng)雨，又能發(fā)電;美國(guó)，歐洲和日本的太陽(yáng)能電池廠家已生產(chǎn)這種非晶硅瓦。2022/7/2916太陽(yáng)能照明光源由于非晶硅太陽(yáng)能電池的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同樣功率的非晶硅太陽(yáng)能燈具，其照明時(shí)間要比晶體硅太陽(yáng)能路燈的照明時(shí)間長(zhǎng)20%，而其成本每瓦要低約10元人民幣。上海尤利卡公司于2003年-2005年已為松江區(qū)的太陽(yáng)能路燈提供了400多個(gè)非晶硅太陽(yáng)能路燈電源，其冬天的發(fā)電效果明顯優(yōu)于晶體硅。弱光下使用由于非晶硅太陽(yáng)能電池在室內(nèi)弱光下也能發(fā)電，已被廣泛用于太陽(yáng)能鐘，太陽(yáng)能手表，太陽(yáng)能顯示牌等不直接受光照等場(chǎng)合下。2022/7/2917世界主要非晶硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)廠家 MWp/

12、年 生產(chǎn)品種日本kaneka 25 910*910mm電池組件 ,玻璃襯底德國(guó)RWE Schottsolar 30 最大組件100*605mm,玻璃襯底日本三菱電機(jī) 10 玻璃襯底非晶太陽(yáng)電池日本富士通 10 聚合物為襯底柔性非晶太陽(yáng)電池日本TDK 5 不銹鋼為襯底,效率高于8%日本三洋太陽(yáng)能 5 聚酰亞胺為襯底,效率高于8.5%美國(guó)ECD 15 研究單位美國(guó)聯(lián)合太陽(yáng)能 25 不銹鋼,聚酰亞胺為襯底,效率高于10%英國(guó)Intersolar 5 305*915mm玻璃襯底,效率大于7%德國(guó)Esole 明年投產(chǎn),約40MWp生產(chǎn)線2022/7/2918中國(guó)非晶硅太陽(yáng)電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及存在問題目前中國(guó)已有的非晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線存在問題：產(chǎn)量少；效率低；穩(wěn)定性差；面積??；外觀不均勻。序號(hào)單位名稱產(chǎn)能備注1天津津能5MWp2哈爾濱克羅拉太陽(yáng)能1MWp3深圳拓日14深圳創(chuàng)益15深圳日月潭16北京世華籌建中7泉州籌建中2022/7/2919中國(guó)應(yīng)當(dāng)抓住的機(jī)遇自主大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)自主核心設(shè)備技術(shù) *PECVD/濺射設(shè)