薄膜太阳电池范文

薄膜太阳电池范文（精选11篇）

薄膜太阳电池 第1篇

基于能源问题和政策驱动,光伏技术及产业发展迅速,特别是在欧美国家、日本和中国等地区。太阳电池中的薄膜太阳电池(主要是Si基薄膜电池[1,2],CIGS和CdTe薄膜电池)具有低成本优势,当前其产能可达到GW数量级。近两年来,Si基薄膜太阳电池取得迅猛发展并极大地推动了透明导电氧化物薄膜(Transparent conductive oxide-TCO)技术及产业。据权威部门测算,每峰瓦薄膜电池成本的1/3来自于透明导电玻璃。获得广泛研究及应用的TCO薄膜材料主要有SnO2、In2O3、ZnO。磁控溅射技术[3,4,5]和LP-MOCVD[6,7,8,9]以及喷雾热分解技术是主流镀制TCO薄膜技术。为了进一步提高薄膜太阳电池性能、降低生产成本和拓展应用,绒面结构TCO薄膜、高迁移率TCO薄膜以及柔性衬底TCO薄膜是当前研究的重点。因此,探索合适的关键镀膜技术和研究低成本高质量薄膜太阳电池用TCO薄膜适应当前光伏技术及产业的发展。本实验重点研究了(玻璃衬底和柔性衬底)绒面结构ZnO-TCO薄膜和高迁移率In2O3基薄膜的镀膜技术和主要特性。

1 实验

本实验中绒面结构ZnO薄膜采用磁控溅射和LP-MOCVD镀膜技术,而高迁移率In2O3基薄膜采用电子束沉积镀膜技术,Si基薄膜材料采用PECVD技术生长。磁控溅射镀制ZnO薄膜采用Zn-Al合金靶或者ZnO陶瓷靶(Al2O3掺杂剂),工作气体是Ar、O2、H2,衬底为玻璃;其中,采用Zn-Al合金靶镀膜时利用PEM(Plasma emission monitor)监控薄膜生长过程。LP-MOCVD技术生长绒面结构ZnO薄膜采用二乙基锌DEZn和H2O作为原材料,B2H6作为掺杂剂,衬底为玻璃和柔性衬底PET材料。电子束沉积镀膜过程中采用膜厚监控仪控制薄膜的生长速率和厚度,靶材为In2O3(Mo和W金属或其氧化物作为掺杂剂)。薄膜材料及太阳电池分析主要有薄膜微观结构、光电性能以及电流-电压特性。Si基薄膜太阳电池结构为pin型。

2 结果及讨论

2.1 磁控溅射技术生长绒面结构ZnO-TCO薄膜及薄膜太阳电池应用

在磁控溅射技术镀制ZnO薄膜实验中,通过两种技术方案均可实现绒面结构生长。其一是常规的溅射技术和湿法刻蚀技术相结合(陶瓷靶或者合金靶)。首先溅射得到平整致密的ZnO薄膜,然后利用湿法刻蚀技术(通常为0.1%～0.5%体积分数的HCl溶液,腐蚀时间为20～30s)获得粗糙的光散射表面。其二是借助Zn-Al合金靶材,O2作为反应气体(可通过PEM控制),利用磁控溅射技术,通过工艺技术等方面的优化,直接溅射获得粗糙的绒面结构特征,其特征尺寸L约为300～800nm,粗糙度RMS约为50～90nm。图1为磁控溅射技术直接生长的绒面结构ZnO∶Al薄膜的SEM图,其电阻率为(2.0～5.0)10-4Ωcm,可见光范围透过率为80%～90%。对于产业化应用来说,减少了湿法腐蚀工艺的控制过程,降低了制造成本,缩短了生产时间。此种溅射技术直接生长具有绒面结构特征的ZnO∶Al薄膜具有明显优势,应用于a-Si基薄膜太阳电池(Glass/ZnO/pin a-Si/ZnO/Al)作为绒面结构前电极,光电转换效率η为7.7%。绒面结构控制及形成机制仍需进一步探索。

Van de Walle等[10]基于密度泛函理论的第一性原理计算表明,H在ZnO材料中可作为浅施主作用,H+费米能级位置中处于最稳定和最低能态。实验借助ZnO陶瓷靶材料,磁控溅射气体中适当引入H2可提高薄膜的光电性能,衬底温度为280℃时,ZnO薄膜电子迁移率可从8.5cm2/(Vs)提高至34.5cm2/(Vs),如图2所示。高迁移率TCO薄膜的应用有助于增加近红外区域(NIR)的透过特性。此种类型的ZnO薄膜(呈平整表面)通过优化溅射工艺经湿法刻蚀可获得良好的绒面结构。

此外,采用直流脉冲磁控溅射法可实现室温下生长H化Ga掺杂ZnO薄膜(GZO/H),并通过湿法后腐蚀技术获得绒面结构。实验表明,引入适当流量的H2可有效提高薄膜的电学特性,使GZO/H具有更低的电阻率及较高的迁移率和载流子浓度,如表1所示。采用纯氩气溅射制备GZO薄膜的电阻率为3.610-3Ωcm,Hall迁移率为10.2cm2/(Vs);当通入H2流量为6sccm时,薄膜电阻率下降至6.810-4Ωcm,Hall迁移率增加至34.2cm2/(Vs)。GZO/H薄膜(6sccm)可见光及近红外区域平均透过率高于85%,如图3所示。平面结构GZO/H薄膜经稀释HCl溶液湿法刻蚀技术处理后表面粗糙度为69.35nm,如图4所示。

2.2 LP-MOCVD技术柔性衬底生长绒面结构ZnO-TCO薄膜及薄膜太阳电池应用

与玻璃衬底相比,柔性聚合物等衬底(包括聚对苯二甲酸乙二醇酯-PET,聚酰亚胺-PI和聚碳酸酯-PC等),简称“柔性衬底”,具有质量轻、可折叠、不易破碎等优点,最近的研究热点逐渐集中在柔性衬底上生长TCO薄膜,其目标是应用在柔性薄膜太阳电池等领域。LP-MOCVD技术生长ZnO∶B薄膜[6,7,8,9]具有低温(Ts为120～150℃)、直接生长出绒面结构、便于高速率及大面积薄膜沉积等特点。因此,利用MOCVD技术在柔性衬底上生长绒面结构ZnO-TCO薄膜,作为绒面结构前电极和背反射电极,将更好地应用于柔性衬底薄膜太阳电池,并提高薄膜电池光电转换效率。图5为LP-MOCVD技术获得的绒面结构PET/ZnO薄膜的SEM图,其电阻率为2.510-3Ωcm,方块电阻为20Ω,薄膜表面呈现典型的“类金字塔”状晶粒,特征尺寸为300～500nm。图6是绒面结构PET/ZnO∶B薄膜应用于a-Si薄膜太阳电池测试的I-V曲线,光电转换效率η=6.3% (JSC=10.6mA/cm2, VOC=0.93V,FF=64%),器件结构为PET/ZnO/pin a-Si/Al。同等镀膜条件下Glass/SnO2获得7.5%的光电转换效率。

2.3 高迁移率In2O3基TCO薄膜(IMO薄膜、IWO薄膜以及IM/WO薄膜)

基于μc-Si和a-Si/μc-Si叠层薄膜电池应用,要使p-i-n型电池结构中的前电极TCO在可见光范围和近红外区域有高透过率并维持高电导率,有效的途径是制备出载流子浓度较低而迁移率较高的TCO薄膜。利用高价态差(如Mo6+和In3+的价态差为3)掺杂的In2O3∶Mo(Mo掺杂In2O3,即IMO)和In2O3∶W(W掺杂In2O3,即IWO)等薄膜适应了此方面的应用发展[11]。实验提出利用电子束沉积技术梯度速率生长高迁移率In2O3∶Mo(IMO) 和In2O3∶W(IWO)薄膜。首先,利用低沉积速率(0.01nm/s)生长1层薄IMO或者IWO缓冲层(Buffer layer);其次,提高生长速率为0.04nm/s,即正常实验高速率生长IMO或者IWO薄膜。典型IMO薄膜电阻率ρ为2.510-4Ωcm,载流子浓度n为5.81020cm-3,电子迁移率μ为47.1cm2/(Vs),可见光和近红外区域透过率为75%～90%。典型IWO薄膜电阻率ρ为5.110-4Ωcm,载流子浓度n为1.81020cm-3,电子迁移率μ为67.1cm2/(Vs),可见光和近红外区域透过率为75%～90%。图7为典型Glass/IMO薄膜的透过率曲线。表2为梯度速率生长高迁移率InO3∶W薄膜的电学性能。此外,W、Mo共掺技术实验和正常单一掺杂W或者Mo获得的In2O3基薄膜性能相当。

2.4 绒面结构ZnO薄膜表面处理技术及太阳电池应用

LP-MOCVD技术生长ZnO薄膜(通常需要(110)峰晶体取向),尽管在a-Si薄膜电池可以很好的应用,但在应用于μc-Si薄膜时,存在一定的界面问题,例如,“类金字塔”状晶粒棱角比较尖锐影响后续沉积Si薄膜的均匀性、晶化和导致电池漏电等。基于应用中存在的问题,尝试探索CH3COOH湿法刻蚀技术进行ZnO薄膜的表面处理,以便适应微晶硅薄膜电池应用。相比于等离子体表面处理技术,此种方法操作简单易行,并且实验成本低。图8为LP-MOCVD-绒面结构ZnO薄膜直接生长获得(a)以及经CH3COOH溶液处理(刻蚀20s(b)、刻蚀40s(c))表面后的SEM图。应用于微晶硅薄膜电池,适当表面处理后(t=20s)改善ZnO/Si薄膜界面及光散射特性,光电转化效率η可相对提高为21.2%,主要是短路电流密度(Jsc)和开路电压(Voc)获得提高。

2.5 TCO薄膜中缓冲层技术应用

采用IMO和SiO2等缓冲层技术应用于TCO薄膜。表3为具有缓冲层的MOCVD-ZnO以及Sputter-ZnO薄膜的电学性能。实验表明,具有IMO缓冲层的LP-MOCVD-ZnO薄膜可改善薄膜电学性能。此外,具有SiO2缓冲层的Sputter-ZnO薄膜可提高薄膜电子迁移率至57.1cm2/(Vs)。上述现象可归因于IMO缓冲层促进ZnO薄膜晶化以及SiO2良好的杂质阻挡作用。

2.6 LP-MOCVD梯度掺杂技术生长绒面结构ZnO薄膜

LP-MOCVD实验中引入“梯度掺杂”技术,利用不同掺杂量下ZnO∶B薄膜的性能差异,实现对ZnO∶B薄膜的表面特性、光学特性以及电学特性的改善。恒定掺杂为单一B2H6流量,“梯度掺杂”技术指在薄膜生长的不同时间段内,采用不同量的掺杂剂,即在薄膜生长过程中,以时间为依据改变掺杂量(生长薄膜过程中掺杂量可以改变一次,也可改变多次)。实验获得了迁移率达56.1cm2/(Vs)、电阻率为1.1210-3Ωcm、载流子浓度为9.911019cm-3的ZnO∶B薄膜,如表4所示,其中B=10～15sccm,前半段生长时间掺杂流量为10sccm,而后半段生长时间为15sccm;B=0sccm、B=10sccm和B=15sccm均为整个过程中保持恒定掺杂流量。

2.7 磁控溅射技术生长ZnO/Al背反射层技术及太阳电池应用

磁控溅射生长薄膜太阳电池用ZnO/Al背反射层,具体技术及性能要求:(1)ZnO薄膜应具有良好的光学性能,其可见光及近红外区域(λ=400～1200nm)透过率通常高于85%;(2)根据薄膜干涉(减反)原理和薄膜电池类型,通常薄膜厚度约为80～120nm;(3)溅射生长ZnO/Al薄膜过程中,应避免和最大程度减少对已生长Si薄膜的粒子轰击作用(主要影响pn结特性),其措施主要是通过适当调整溅射功率和溅射气压,或通过调控溅射靶枪状况。磁控溅射技术获得的ZnO薄膜特性:薄膜厚度约为100nm,方块电阻约为150Ω,可见光及近红外区域透过率为85%。应用于pin型Si基薄膜电池,Jsc和η可分别提高约2～3mA/cm2和0.5%～1.0%。

3 结论

(1)利用磁控溅射技术生长绒面结构ZnO-TCO薄膜并应用于硅基薄膜太阳电池,可实现衬底尺寸S=30cm30cm;H2可有效提高ZnO薄膜的光电性能。

(2)利用LP-MOCVD技术可实现在PET等柔性衬底上低温生长绒面结构ZnO-TCO薄膜,电阻率为2.510-3Ωcm,初步应用于a-Si薄膜电池转换效率达6.3%(器件结构:PET/ZnO-TCO/pin-a-Si/Al。

(3)梯度速率镀膜技术获得高迁移率IMO以及IWO薄膜。电子迁移率达67.1cm2/(Vs),可见光及近红外区域透过率为75%～90%。

(4)MOCVD-ZnO薄膜表面处理可改善TCO/Si薄膜界面,提高薄膜电池性能。

(5)采用IMO和SiO2等缓冲层技术应用于TCO薄膜,有效提高薄膜电学性能。

(6)梯度掺杂技术应用于LP-MOCVD技术生长绒面结构ZnO薄膜,并获得优良的光电性能,其中薄膜电子迁移率可达到56.1cm2/(Vs)。

(7)通过调节溅射功率及反应气压以及调控溅射靶枪状况等技术可获得良好的ZnO/Al背反射层,应用于薄膜太阳电池,可提高器件性能。

参考文献

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[10]Chris G,Van de Walle.Hydrogen as a cause of doping inzinc oxide[J].Phys Rev Lett,2000,85(5):1012

薄膜太阳能实时手机充电设备论文 第2篇

摘要：新型薄膜太阳能可以实时的给手机充电，它是将手机的翻盖皮套内外全部用新型的柔性薄膜太阳能电池材料代替，并且在手机正面的外套是双层的，可以展开进行快速充电。用此太阳能电池无论在弱光下还是在强光下，都会产生电流。还有电能稳定模块，电能稳定模块非常的小和薄，可以贴装在手机后壳的内部。它是将不同环境中所产生的不同的电压电流变成恒定的电压，并源源不断的将电能输送给手机电池。当手机电池充满电时，电能稳定模块可以检测到并且停止向手机电池充电。如果手机电池的电量低于95%时，将会继续给手机电池充电，这样保证手机不断电。

关键词：新型薄膜太阳能；手机充电；实时充电；设备；电能稳定模块

随着科学技术的不断进步，手机用户的不断增加，手机也是随处可见，随之带来的就是手机充电问题，很多手机都出现了电量不够用的情况，特别是功能强大的智能手机，电量更显得捉襟见肘。打电话时无意间就由于电量的不足导致了关机，中断通话。如果可以利用太阳能方便的随时的给手机充电，将会使手机有源源不断的电能。摆脱接入电源线充电的问题。

1.太阳能翻盖皮套设计

为了美观可以将在市场上销售的镶在手机后的翻盖皮套，用新型柔性薄膜太阳能电池材料代替。一是翻盖皮套可以和手机融为一体，可以很好的布线，同时可以将电能稳定模块安装在后盖的内测，方便将电能传送给手机电池。二是翻盖外套的面积足够大，总共有三面，有内测一面，外侧两面，这样将大大降低薄膜太阳能电池性能的压力。此外，在手机翻盖薄膜太阳能外套的前面是一个折叠的可以展开的薄膜太阳能电池板，展开后将是正面手机面积的三倍。因为薄膜太阳能电池板很薄，折叠起来又不会影响美观和厚度。同时，将大大的提高充电的效率。

柔性薄膜太阳能电池有一定的柔性，在很多情况下可以弯折，而且可以防水，这就可以代替翻盖皮套的材料。在翻盖的弯折处就不用安装太阳能材料，否则就容易因为经常弯折而断裂，在经常弯折的地方就用柔软的并且可以与太阳能电池板材料可以很好的连接的塑料材料进行连接，起到衔接作用。而在衔接的塑料材料内部也要铺设上容易弯折的线，用于将前后面的太阳能电池连接起来。这样当不用的时候就可以将手机放在桌上或者阳光略微强一点的地方自行进行充电。用到的太阳能电池板是新型的转化效率极高的，而不是普通的，即使不是在阳光直射的情况下也会产生很大的电流。

2.电能稳定模块的设计

另一部分就是贴在手机后盖内测的.电能稳定模块。这一部分很重要，它起到平衡电流电压的作用。所有的薄膜太阳能电池板源源不断的将光能转化为电能通过各条导线将电流汇总在电能稳定模块。此时电能稳定模块就要将不同大小的电流电压通过稳压变成4.3V的可以直接给电池充电，通过稳压模块的电流一定要是直流而不能是交流。电流的大小有时会有变化，但是会源源不断的把电能存在手机电池里。又如，实际情况中有很多因素导致到达薄膜太阳能电池板上的阳光的会变化。例如阴雨天，阳光明媚的天气。无论阳光如何变化，电能稳定模块输出的电压一定要是4.3V能供给手机充电，此时电流大小会有一点变化，但是电流大小的变化只会影响到充电的快慢，不会使其充不进去电。当电流非常小的时候，也就是5mA以下的时候电能稳压模块不再有电流输出，薄膜太阳能电池板与手机电池之间处于断开状态，而此时的环境处于黑夜或者已将手机放在了背包。如果再给手机充电不但没能充进去多少电，还容易损坏手机电池。同时电能稳定模块还有检测手机电池是否充满电，如果太阳能转化的电能将手机电池充满，那么手机将不会再充电，电能稳定模块将没有电能的输出。当电池的电量低于95%，电能稳定模块再会将电能输送给手机电池。电能稳定模块有一个控制输出电流的保护功能，使其最大值不能超过1A，防止充电电流过大，电池过热，影响电池寿命，或者发生爆炸事故。

3.整体结合设计

翻盖薄膜太阳能充电设备位于手机后壳部分是与太阳能电池板粘贴在一块的，在粘贴的同时已经将通往电能稳定模块的线通过钻孔的方式在手机后壳上开了一个小小的孔通往内侧的，这样在手机背面将没有一点导线的外露。贴在手机后壳内部的电能稳定模块统一将用SMT贴装工艺加工，所有元件都是特别小的贴件。然后在手机内侧略挖一个槽将电能稳定模块镶嵌在里面，这将大大节省手机内部的空间。在手机的外部将看不到一点突起的地方以及各种的导线，这样将是很美观的。

4.结语

薄膜太阳电池 第3篇

不久，一种更“给力”并实惠的能源将走入寻常百姓家。今天，首台代表着国际尖端技术水平的薄膜太阳能电池关键生产设备——等离子体增强型化学气相沉积设备（PECVD）在位于上海张江的理想能源设备公司正式下线。这台设备的研制成功和下线，大幅降低硅薄膜电池生产成本，打破了高端薄膜太阳能电池设备市场一直被国外厂商垄断的局面，填补了光伏电池高端设备国产化的空白。中共中央政治局委员、上海市委书记俞正声致信祝贺。

据介绍，一片约1.5平方米的普通平板玻璃完成导电层覆膜后，进入PECVD反应腔，完成化学气象材料叠层结构的覆膜，厚度增加了两个微米，即成为转化率可达10％的薄膜太阳能电池。代表第二代光伏技术的薄膜太阳能电池是在玻璃、金屬或塑料等基板上沉积很薄的光电材料形成的一种太阳能电池。它在弱光条件下仍可发电，既可应用于大规模光伏电站，也可制成柔性及半透明电池，实现真正的光伏建筑一体化应用。这种电池可大幅降低生产过程的能耗，具备显著降低原料和制造成本的潜力，近年来逐渐成为光伏产业的热点。

由该公司研制的PECVD，采用了先进的超高频射频技术、真空和温度控制技术，以及自主创新的自动传输技术。其中采用非晶微晶双结硅薄膜太阳能电池结构，首次实现独立多腔多片的反应腔系统，大大提高了产能。该系统能够同时处理3个反应腔中30片的玻璃覆膜过程，并且各腔又具有单腔独立运作的灵活性，可以分别沉积非晶微晶薄膜，属世界领先技术水平。产品性能可与国际一流设备媲美，售价仅为进口设备的一半。（记者王春）

薄膜太阳电池发展概述 第4篇

据专家估算, 以现在的能源消耗速度, 可开采的石油资源将在几十年后耗尽, 煤炭资源也只能供应人类约200年。能源问题已成为世界关注的一个重大问题。同时, 随着环境污染的日趋严重, 也促使人们努力去开发新能源, 特别是可再生能源。太阳因内部发生着核反应, 温度高达1.5×107K, 会辐射出大量的热能。照射到地球上的太阳能非常巨大, 大约40min照射到地球上的太阳能就足以满足全球人类一年的能量需求。而且, 利用太阳能还可减少环境污染。风能和潮汐能等虽属可再生能源, 但受地理环境等条件的限制。唯有太阳能辐射到地球的每个角落, 因而成为21世纪最具大规模开发潜力的新能源之一。我国幅员辽阔, 太阳能资源丰富, 太阳能利用条件较好的地区占国土面积的2/3以上。特别是在西部地区, 人口密度低, 距离骨干电网远, 交通不便, 显然太阳能是这些地区能源的最佳选择。

目前太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面, 对于工业和其它产业部门, 后者则是最理想的方案。利用太阳能发电目前有两种办法:一是利用太阳能加热液体, 使之变成气体用以驱动涡轮机发电;另一种就是太阳能电池。根据半导体光生伏打效应 (光伏效应) 制成的太阳能电池即光伏电池, 是将太阳辐射能直接转换为电能的转换器件。用这种器件封装成太阳能电池组件, 再按需要将多块组件组合成一定功率的太阳能电池方阵, 经与储能装置、测量控制装置及直流—交流变换装置等相配套, 即构成太阳能电池发电系统, 也称之为光伏发电系统。它具有不消耗常规能源、无传动部件、寿命长、维护简单、使用方便、功率大小可任意组合、无噪声、无污染等优点。

二、薄膜太阳电池

自1954年第一块太阳能电池问世以来, 光伏产业得到了飞速发展, 仅仅经过50多年的时间, 目前已成为空间卫星的基本电源和地面无电、少电地区及某些特殊领域的重要电源, 并将进一步发展成为21世纪世界能源舞台上的主要成员之一。因此, 研究与开发太阳能利用成为世界各国政府可持续发展能源的战略决策。阳光发电是大规模经济地利用太阳能的重要手段, 因此对各种太阳电池的研究受到普遍重视, 美国、欧洲、日本及发展中国家, 均制定了庞大的光伏技术的发展计划, 把光伏发电作为人类未来能源的希望。

太阳电池实现薄膜化后, 至少有三大好处。一是大大节省昂贵的半导体材料;二是薄膜太阳电池的材料和器件制备可同步完成, 工艺技术比较简单, 便于大面积连续化生产, 有利于降低制造成本;三是薄膜太阳电池采用低温技术, 便于使用廉价衬底, 同时明显降低能耗, 缩短能量回收期。薄膜太阳电池按材料可分为三类:硅基薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池和染料敏化的光化学太阳电池。

(一) 硅基薄膜太阳电池。

薄膜太阳电池在降低成本方面具有很大的优势, 其中, 硅基薄膜电池的优势更大, 因为:一是硅材料储量丰富 (硅是地球上储量第二大元素) , 而且无毒、无污染, 是人们研究最多, 技术最成熟的材料。二是耗材少、制造成本低。硅基薄膜电池的厚度小于1μm, 几乎是晶体硅电池厚度的1/100, 这便大大降低了材料成本;硅基薄膜电池采用低温工艺技术 (200℃) , 这不仅可节能降耗, 而且便于采用玻璃、塑料等廉价衬底;另外, 硅基薄膜采用气体的辉光放电分解沉积而成, 通过改变反应气体组分可方便地生长各种硅基薄膜材料, 实现单结和各种叠层结构的电池, 节省了许多工序。三是便于实现大面积、全自动化连续生产。

所谓硅基薄膜是指非晶硅薄膜、微晶硅薄膜和多晶硅薄膜。微结构和氢含量的不同使它们有不同的能隙宽度和光吸收系数。这样, 硅基薄膜能形成不同类型的太阳电池。

虽然第一个非晶硅太阳电池1976年才被研制出来, 但1980年就实现了商品化。如日本三洋电气公司1980年利用硅基薄膜太阳电池率先制成计算器, 随后便实现了工业化生产, 并把产品打入世界市场。由于非晶硅材料优越的短波响应特性, 使其在计算器、手表等荧光下工作的微功耗电子产品中占据很大优势, 不仅在20世纪80年代的10年中取得了数十亿美元的利润, 而且至今仍然具有很大的消费市场。

随着硅基薄膜电池效率的不断提高, 其应用的领域也不断扩大, 从计算器、手表等弱光下应用扩大到各种消费品及功率应用领域。如太阳能收音机、太阳帽、庭院灯、微波中继站、航空航海信号灯、气象监测、光伏水泵及户用独立电源等。随着硅基薄膜太阳电池应用领域的不断扩大, 其产量亦迅速增加, 世界上出现了若干MW级的生产线和许多生产硅基薄膜太阳电池的企业。

在光伏应用中, 硅基薄膜太阳电池有许多特殊的优点, 比如:一是硅基薄膜电池可在任何形状的衬底上制作, 可直接做成屋瓦式太阳电池。这种太阳能屋顶, 可极大地节省安装空间, 减少系统成本。特别是柔性衬底的硅基薄膜电池, 轻而柔软, 容易安装, 在建筑集成市场中具有很大的竞争力。二是可以做成透射部分可见光的硅基薄膜太阳电池, 称为Seethrough型电池, 这样的电池可作为小汽车的太阳顶及房屋的窗玻璃。三是可以在很薄的不锈钢 (50μm) 和塑料衬底上制备超轻量级的硅基薄膜太阳电池。这种电池具有很高的电功率/重量比 (300W/kg) , 对于城市遥感用平流层气球平台和军用无人驾驶寻航飞机的能源系统具有特殊的应用价值。四是硅基薄膜太阳电池子组件可做成集成型, 具有高的输出电压, 便于组装和联接。五是由于a-Si材料的光学带隙比μc-Si和poly-Si宽, 因此a-Si太阳电池的功率输出不明显依赖于温度。

由于硅基薄膜太阳电池的上述优点, 再加上硅基薄膜电池在降低成本方面的巨大潜力, 使其在光伏应用中占有不可轻视的地位。目前功率型应用主要集中在三个方面:传统的商业化应用市场, 如通信、交通信号和管网保护等;边远地区的供电系统和并网的光伏发电系统。随着国际社会对气候变化问题的日益重视, 包括太阳能在内的可再生能源技术的发展将会起到越来越重要的作用。谁首先在这个领域里加强投入, 谁就会在今后10年中占领这一市场, 从而获得巨大的市场利润。

(二) 硅基薄膜太阳电池的结构。

硅基薄膜太阳电池按沉积顺序, 分为顶衬结构 (superstrate) 和底衬结构 (substrate) 两种, 有时也将这两种结构分别称为pin和nip结构。无论是pin还是nip结构, 多数都是以p层作为迎光的窗口层。顶衬结构一般是在透明顶衬 (TCO玻璃) 上首先沉积p层, 然后沉积i层, n层和背面电极。该结构的太阳电池对衬底的要求较高, 要求顶衬在可见光范围内必须具有较高的透过率。由于衬底材料的选择受到了限制, 人们又研制了nip结构 (即底衬结构) 的太阳电池。底衬结构是先沉积n层, 然后顺序沉积i层, p层, 透明导电膜和正面栅线电极。这种结构的电池对衬底在可见光范围内的透过率没有要求, 即衬底可以是不透明的材料, 扩大了电池的制备及应用范围, 受到了人们的广泛重视和关注。

三、结语

太阳电池作为最具发展潜力的可再生能源之一, 提高光电转换效率和降低成本一直是其发展的方向, 硅基薄膜太阳电池的低成本无疑为其自身的发展提供了有利条件, 其民用前景也成为目前研究的热点。

参考文献

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[2] .李海雁, 杨锡震.太阳能电池[J].大学物理, 2003

薄膜太阳电池 第5篇

报告

▄ 核心内容提要

【出版日期】2017年4月 【报告编号】20111 【交付方式】Email电子版/特快专递

【价

格】纸介版：7000元

电子版：7200元

纸介+电子：7500元

▄ 报告目录

第一章 铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池概述 第一节、太阳能电池的分类

一、硅系太阳能电池

二、多元化合物薄膜太阳能电池

三、聚合物多层修饰电极型太阳能电池

四、纳米晶化学太阳能电池

第二节、铜铟硒（CIS）薄膜太阳能电池介绍

一、CIS太阳能电池的结构

二、CIS太阳能电池的特点

三、CIS太阳能电池生产障碍

第三节、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池介绍

一、CIGS太阳能电池简介

二、CIGS太阳能电池的结构

三、CIGS薄膜太阳电池的优势

四、CIGS薄膜电池的适用范围

五、CIGS太阳能技术概述

六、CIGS薄膜三种制备技术

第二章 2015-2017年薄膜太阳能电池的发展分析 第一节、2015-2017年全球薄膜太阳能电池产业总体概况

一、全球薄膜太阳能电池市场发展回顾

二、全球薄膜太阳能电池专利申请态势

三、全球薄膜太阳能电池产业规模

四、美国薄膜太阳能电池发展分析

五、德国薄膜太阳能电池发展迅速

第二节、国内外薄膜太阳能电池技术对比分析

一、专利和技术领域布局

二、主要竞争对手专利质量

三、主要竞争机构技术优势

四、竞争机构发展趋势

第三节、2015-2017年中国薄膜太阳能电池发展分析

一、中国薄膜太阳能电池产量

二、薄膜太阳能电池相关政策

三、中科院推出新型薄膜电池

四、薄膜电池应用于共享单车

第四节、薄膜太阳能电池面临的问题及对策

一、我国薄膜电池产业发展的瓶颈

二、薄膜太阳能电池产业链有待完善

三、薄膜太阳能电池产业有待政策支持

四、硅基薄膜太阳能电池的发展方向

五、提高薄膜太阳能电池效率的方法

第三章 2015-2017年CIGS薄膜太阳能电池发展分析 第一节、全球CIGS薄膜太阳能电池发展概况

一、市场发展形势

二、市场产量分析

三、转换效率进展

四、部分制造商介绍

第二节、2015-2017年全球CIGS薄膜太阳能电池发展动态

一、欧盟CIGS薄膜太阳能电池提升计划

二、美国CIGS薄膜太阳能电池原料政策

三、韩国CIGS薄膜太阳能电池研发进展

第三节、2015-2017年中国CIGS薄膜太阳能电池发展分析

一、CIGS薄膜太阳能电池国产化的优势

二、国内CIGS薄膜太阳能电池产业特征

三、国内CIGS薄膜太阳能电池研发进程

四、CIGS薄膜太阳能电池组件应用现状

五、中国CIGS薄膜电池产业面临的形势

六、国内CIGS薄膜太阳能产业联盟成立

第四节、2015-2017年中国CIGS薄膜太阳能电池项目动态

一、2015年大型CIGS薄膜电池项目落户江阴

二、2015年蚌埠CIGS薄膜电池项目正式开工

三、2016年山东CIGS薄膜电池组件收益良好

四、2017年CIGS薄膜太阳能生产线落户重庆

第五节、2015-2017年CIGS薄膜太阳能电池技术及企业动向

一、2015年苏州瑞晟纳米研制CIGS新型制备工艺

二、2016年ZSW刷新薄膜CIGS太阳能电池效率纪录

三、2016年CIGS薄膜太阳能光伏组件堆刷新纪录

四、2017年汉能CIGS薄膜太阳能组件刷新纪录

五、2017年蚌埠新型CIGS薄膜太阳能电池背极材料 第六节、中国CIGS薄膜太阳能电池发展的问题及对策

一、存在的问题

二、企业竞争混乱

三、政策性建议

四、推进产业化

第四章 2015-2017年CIGS薄膜太阳能电池的技术分析 第一节、CdTE和CIGS薄膜太阳能电池技术分析

一、CdTE和CIGS两种薄膜太阳能工艺概述

二、CIGS和CdTe两种光伏电池工艺存在的亮点

三、CIGS和CdTe两种光伏电池工艺面临的难题 第二节、相关材料对CIGS太阳能电池的影响

一、Ga对CIGS薄膜太阳能电池性能的影响

二、Na对CIGS太阳能电池的影响

三、OVC薄膜材料对CIGS太阳能电池的影响 第三节、CIGS薄膜太阳能电池的研究进展

一、CIGS薄膜太阳能电池实验室技术

二、国内真空沉积方法的改进

三、国内非真空沉积方法的改进

第四节、CIGS薄膜太阳能电池的研究重点

一、小面积单电池技术

二、基板的可挠性

三、模板的实用化

第五章 2015-2017年国内外CIGS薄膜太阳能电池重点企业分析 第一节、德国Manz AG

一、企业发展概况

二、企业运营现状

三、企业CIGS业务发展分析

四、企业CIGS技术研发进展 第二节、日本Solar Frontier

一、企业发展概况

二、企业运营现状分析

三、企业布局CIGS薄膜电池领域 第三节、汉能薄膜发电集团

一、企业发展概况

二、2015年企业经营状况

三、2016年企业经营状况

四、2017年企业经营状况 第四节、铸能控股有限公司

一、企业发展概况

二、2015年企业经营状况

三、2016年企业经营状况

四、2017年企业经营状况 第五节、其他企业介绍

一、美国Stion

二、美国First Solar

三、美国Ascent Solar

四、青岛昌盛日电太阳能科技有限公司

五、重庆神华薄膜太阳能科技有限公司 第六章 CIGS薄膜太阳能电池投资及前景分析 第一节、CIGS薄膜太阳能电池投资分析

一、国内薄膜太阳能电池市场投资趋热

二、薄膜太阳能电池领域迎来政策机遇

三、CIGS薄膜太阳能技术投资大有可为

四、CIGS薄膜电池行业投资优势分析

五、CIGS薄膜太阳能电池投资风险分析

第二节、薄膜太阳能电池发展前景展望

一、发展前景向好

二、全球市场规模预测

三、全球市场发展趋势

四、国内市场机遇分析

第三节、CIGS薄膜太阳能电池市场前景分析

一、全球CIGS薄膜电池市场发展潜力上升

二、中国CIGS薄膜太阳能电池前景展望

▄ 公司简介

中宏经略是一家专业的产业经济研究与产业战略咨询机构。成立多年来，我们一直聚焦在“产业研究”领域，是一家既有深厚的产业研究背景，又只专注于产业咨询的专业公司。我们针对企业单位、政府组织和金融机构，提供产业研究、产业规划、投资分析、项目可行性评估、商业计划书、市场调研、IPO咨询、商业数据等咨询类产品与服务，累计服务过近10000家国内外知名企业；并成为数十家世界500强企业长期的信息咨询产品供应商。

公司致力于为各行业提供最全最新的深度研究报告，提供客观、理性、简便的决策参考，提供降低投资风险，提高投资收益的有效工具，也是一个帮助咨询行业人员交流成果、交流报告、交流观点、交流经验的平台。依托于各行业协会、政府机构独特的资源优势，致力于发展中国机械电子、电力家电、能源矿产、钢铁冶金、嵌入式软件纺织、食品烟酒、医药保健、石油化工、建筑房产、建材家具、轻工纸业、出版传媒、交通物流、IT通讯、零售服务等行业信息咨询、市场研究的专业服务机构。经过中宏经略咨询团队不懈的努力，已形成了完整的数据采集、研究、加工、编辑、咨询服务体系。能够为客户提供工业领域各行业信息咨询及市场研究、用户调查、数据采集等多项服务。同时可以根据企业用户提出的要求进行专项定制课题服务。服务对象涵盖机械、汽车、纺织、化工、轻工、冶金、建筑、建材、电力、医药等几十个行业。

我们的优势

强大的数据资源：中宏经略依托国家发展改革委和国家信息中心系统丰富的

数据资源，建成了独具特色和覆盖全面的产业监测体系。经十年构建完成完整的产业经济数据库系统（含30类大行业，1000多类子行业，5000多细分产品），我们的优势来自于持续多年对细分产业市场的监测与跟踪以及全面的实地调研能力。

行业覆盖范围广：入选行业普遍具有市场前景好、行业竞争激烈和企业重组频繁等特征。我们在对行业进行综合分析的同时，还对其中重要的细分行业或产品进行单独分析。其信息量大，实用性强是任何同类产品难以企及的。

内容全面、数据直观：报告以本最新数据的实证描述为基础，全面、深入、细致地分析各行业的市场供求、进出口形势、投资状况、发展趋势和政策取向以及主要企业的运营状况，提出富有见地的判断和投资建议；在形式上，报告以丰富的数据和图表为主，突出文章的可读性和可视性。报告附加了与行业相关的数据、政策法规目录、主要企业信息及行业的大事记等，为业界人士提供了一幅生动的行业全景图。

深入的洞察力和预见力：我们不仅研究国内市场，对国际市场也一直在进行职业的观察和分析，因此我们更能洞察这些行业今后的发展方向、行业竞争格局的演变趋势以及技术标准、市场规模、潜在问题与行业发展的症结所在。我们有多位专家的智慧宝库为您提供决策的洞察这些行业今后的发展方向、行业竞争格局的演变趋势以及技术标准、市场规模、潜在问题与行业发展的症结所在。

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▄ 最新目录推荐

1、智慧能源系列

《2017-2021年中国智慧能源前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国智能电网产业前景预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国微电网前景预测及投资咨询报告》

《2017-2020年中国小水电行业前景预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国新能源产业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国太阳能电池行业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国氢能行业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国波浪发电行业发展预测及投资咨询报告 《2017-2020年中国潮汐发电行业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国太阳能光伏发电产业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国燃料乙醇行业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国太阳能利用产业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国天然气发电行业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国风力发电行业发展预测及投资咨询报告》

2、“互联网+”系列研究报告

《2017-2021年中国互联网+广告行业运营咨询及投资建议报告》 《2017-2021年中国互联网+物流行业运营咨询及投资建议报告》 《2017-2021年中国互联网+医疗行业运营咨询及投资建议报告》 《2017-2021年中国互联网+教育行业运营咨询及投资建议报告》

3、智能制造系列研究报告

《2017-2021年中国工业4.0前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国工业互联网行业前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国智能装备制造行业前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国高端装备制造业发展前景预测及投资咨询报告》

《2017-2021年中国工业机器人行业前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国服务机器人行业前景预测及投资咨询报告》

4、文化创意产业研究报告

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5、智能汽车系列研究报告

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6、大健康产业系列报告

《2017-2020年中国大健康产业深度调研及投资前景预测报告》 《2017-2020年中国第三方医学诊断行业深度调研及投资前景预测报告》 《2017-2020年中国基因工程药物产业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国基因检测行业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国健康服务产业深度调研及投资前景预测报告》 《2017-2020年中国健康体检行业深度调研及投资前景预测报告》 《2017-2020年中国精准医疗行业深度调研及投资前景预测报告》 《2017-2020年中国康复医疗产业深度调研及投资战略研究报告》

7、房地产转型系列研究报告

《2017-2021年房地产+众创空间跨界投资模式及市场前景研究报告》 《2017-2021年中国养老地产市场前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国医疗地产市场前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国物流地产市场前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国养老地产前景预测及投资咨询报告告》

8、城市规划系列研究报告

《2017-2021年中国城市规划行业前景调查及战略研究报告》

《2017-2021年中国智慧城市市场前景预测及投资咨询报告》

《2017-2021年中国城市综合体开发模式深度调研及开发战略分析报告》 《2017-2021年中国城市园林绿化行业发展前景预测及投资咨询报告》

9、现代服务业系列报告

《2017-2021年中国民营医院运营前景预测及投资分析报告》 《2017-2020年中国婚庆产业发展预测及投资咨询报告》

大型薄膜太阳能电池项目奠基 第6篇

采用国际先进技术、一期拟投资127亿元的大型薄膜太阳能电池项目汉能广东河源薄膜太阳能电池研发制造基地, 1月12日在广东省河源市高新技术开发区举行奠基典礼。

该大型项目将引进采用当今世界上最先进的第二代硅基薄膜太阳能光伏核心技术建造。与第一代晶体硅太阳能电池技术相比, 新技术具有无污染、成本低、发电量高、弱光响应好等优势, 可广泛应用于大规模光伏电站、居民屋顶发电、建筑光伏一体化等领域。项目建成后, 将促进我国薄膜太阳电池技术的快速发展, 提高我国新能源产业的核心竞争力。

汉能控股集团董事局主席李河君表示, 汉能广东河源一期项目将于2010年年底前投产。根据规划, 汉能在未来几年将在广东河源投入280亿元, 最终形成年产1GW的亚洲最大的薄膜太阳能电池生产和研发基地。项目全部达产后, 年销售收入可达117.05亿元, 年税后利润22.18亿元。

有机薄膜太阳能电池发展探究 第7篇

新能源和可再生能源是21世纪世界经济发展中最具决定性影响的技术领域之一。在能源日趋枯竭,环境污染日益严重的今天,寻找一种清洁的可再生的新能源已经迫在眉睫。太阳能是一种清洁的可再生的新能源,它是人类可以利用的最丰富的能源,同时具有“取之不尽用之不竭”的优点[1]。将太阳能直接转换为电能和热能造福于人类一直是科学家的追求目标,因而自从1954年第一块单晶硅太阳能电池问世以来[2],人们就对利用半导体太阳能电池解决将来由于矿物燃料枯竭而引起的能源危机寄予了很大希望。现在各种形式的太阳电池相继问世,目前研究和应用最广泛的太阳电池主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅系列电池,然而硅电池原料成本高,生产工艺复杂,而且材料本身不利于降低成本,这限制了它的民用化,因此有必要开发出低成本、环境稳定性高、具有良好光伏效应的太阳电池。

光伏电池是一种重要的可再生能源,既可作为独立能源,亦可实现并网发电,而且是零污染排放。光伏电池大致可分为晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。其中,薄膜太阳能电池由于具有可制备在柔性衬底上,可采用印刷或打印的方式实现工业化生产,可大面积制备,较低的生产成本、绿色能源、无环境污染等优点而越来越被各国的研究单位、企业所重视。

薄膜太阳能电池的研究始于20世纪60年代,目前从国际上的发展趋势看,主要是非晶硅薄膜太阳电池、微(多)晶硅薄膜太阳电池、铜铟硒薄膜太阳电池、碲化镉薄膜太阳电池、染料敏化薄膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池等。

2 薄膜太阳能电池产业化概况

我们将常见的几种薄膜太阳能电池性能及产业化等情况列入表1。

3 有机薄膜太阳能电池

3.1 有机薄膜太阳能电池优势

有机薄膜太阳能电池是把两层有机半导体薄膜结合在一起。其光电转换效率约为l%。有机薄膜太阳能电池使用塑料等质轻柔软的材料为基板;有机小分子光电转换材料本身具有低成本,可以加工成大面积;合成、表征相对简单,化学结构容易修饰,可根据需要增减功能基团;可通过不同的方式互相组合,以达到不同的目的。因此。人们对它的实用化期待很高。

与晶硅太阳能电池相比,有机薄膜太阳能电池具有如下优点:(1)化学可变性大,原料来源广泛[3];(2)有多种途径,可改变和提高材料光谱吸收能力、扩展光谱吸收范围,并提高载流子的传送能力[4];(3)加工容易可大面积成膜,可采用旋转法流延法成膜,可进行拉伸取向使极性分子规整排列,采用L.B膜技术可在分子水平控制膜的厚度[5];(4)易进行物理改性如采用高能离子注入掺杂或辐照处理以提高载流子的传导能力,减小电阻损耗提高短路电流;(5)电池制作可多样化;(6)价格便宜,有机染料高分子半导体等的合成工艺比较简单,如酞菁类染料早已实现工业化生产,因而成本低廉。

3.2 有机薄膜太阳能电池分类

有机薄膜太阳能电池按照有机半导体层材料的差别可分为3类:单质结结构有机薄膜太阳能电池、p-n异质结结构有机薄膜太阳能电池、p-n本体异质结结构有机薄膜太阳能电池,将逐一介绍如下。

3.2.1 单质结结构有机薄膜太阳能电池

单质结结构有机薄膜太阳能电池是研究最早的有机薄膜太阳能电池。其电池结构为:玻璃/金属电极/染料/金属电极。常用的各种有机光伏材料均可用于制成此类有机薄膜太阳能电池,如酞菁类化合物、卜啉、菁染料、叶绿素、导电聚合物等。

3.2.2 p-n异质结结构有机薄膜太阳能电池

p-n异质结结构有机薄膜太阳能电池结构为:玻璃/ITO/n一染料/p一染料/金属电极。由于其具有给体受体异质结结构的存在,所以p-n异质结结构有机薄膜太阳能电池较单质结构有机薄膜太阳能电池转换效率要高,成为后来研究的重点。

p-n异质结结构有机薄膜太阳能电池因存在D/A界面使激子的分离效率提高,同时电子和空穴分别在不同的材料中传输,使得复合几率降低,因而具有较高的光电转换效率:但由于有效的电荷分离只能发生在D/A界面处,即在接近于激子扩散途径或空间电荷区域附近,而在远离D/A界面处产生的激子就会先扩散到异质结界面处而复合掉。同时电荷分离被限制在电池较小的区域,从而使吸收光子的数量受到限制,所以此类有机薄膜太阳能电池的光电转化效率仍然较低。因而增加D/A界面、改进电池结构、开发新材料以提高有机薄膜太阳能电池光电转换效率显得尤为重要。

3.2.3 pn本体异质结结构有机薄膜太阳能电池

p-n本体异质结结构有机薄膜太阳能电池结构为:玻璃/ITO/A+D混合材料/金属电极。

自1997年Cao等报道了由给体(MENPPV)和受体(C60)混合成膜而制成的器件具有较高的转化效率,人们开始了对此类有机薄膜太阳能电池的研究。在此结构中给体和受体分子紧密接触而形成DA连接网络,增加了D/A接触,从而提高了光电转化效率。在理想情况下,电荷分离与收集具有同等效率,但实际上复合体微观结构是无序的,两种组分可能以孤岛形式存在,网络之间存在大量缺陷,从而阻碍了电荷的分离和传输。如果能有效减少这些孤岛尺寸,就会增加有效的D/A界面面积,从而提高电池的光电转化效率。Sun利用非共轭柔性链作为D/A的桥梁合成了有序的本体异质结结构太阳能电池,试图从减少激子损失、载流子损失和吸收光子的损失三个方面来提高电池的转化效率。同时,制备电池所选择的工艺流程及环境气氛、混合时所用给体和受体的比例也是影响有机薄膜太阳能电池光电转化效率的因索。G.Dennler等人将MDMOPPV与PCBM按不同比例相混合作为有机层制作的有机薄膜太阳能电池,发现增加PCBM的比有助于提高太阳能电池的性能[6]。

目前,对本体异质结结构有机薄膜太阳能电池的研究集中在两个方面[7]:一是多功能新材料的合成开发;二是器件制造技术即薄膜制备技术的提高。聚合物薄膜太阳能电池效率受诸多因素的影响[8],如光敏层对太阳光谱响应范围,光敏层组分,材料载流子迁移率和电极材料及界面等。

目前,我国北京师范大学研究的柔性聚合物薄膜太阳能电池光电转化效率达到8%左右,2010年3月,乐凯集团第二胶片厂已与该校签约柔性聚合物薄膜太阳能电池,将联合攻关并实现产业化。

美国西北大学采用PLD(脉冲激光沉积法)法,在正极上涂布了厚度仅数nm～数十nm的氧化镍(NiO)层(起空穴输送和电子拦截的作用,减少导致能量散失的再结合)。再通过旋转涂布法层叠了P3HT等半导体层。他们研究发现氧化镍层的厚度在5～10nm厚时效果最佳,使原来3～4%的单元转换效率提高到了5.2～5.6%。

此外,日本的夏普、三菱、东丽、日本印刷,韩国光州科学技术学院,美国西北大学、加利福尼亚大学、Konarka科技等公司或大学均开展了柔性聚合物薄膜太阳能电池的相关研究。

3.3 有机太阳能电池的缺陷

与无机硅太阳能电池相比,在转换效率、光谱响应范围、电池的稳定性方面,有机太阳能电池还有待提高。各种研究表明,决定光电效率基本损失机制的主要有:

(1)半导体表面和前电极的光反射;

(2)禁带越宽,没有吸收的光传播越远;

(3)由高能光子在导带和价带中产生的电子和空穴的能量驱散;

(4)光电子和光空穴在光电池光照面和体内的复合;

(5)有机染料的高电阻和低的载流子迁移率。

产生这些问题的原因主要是:

(1)高分子材料大都为无定型,即使有结晶度,也是无定型与结晶形态的混合,分子链间作用力较弱。光照射后生成的光生载流子主要在分子内的共轭价键上运动,而在分子链问的迁移比较困难,使得高分子材料载流子的迁移率一般都很低,为10-6～10-1cmz/VSt[9];

(2)高分子材料的禁带宽度Eg,通常键分子链的Eg范围是7.6～9eV,共轭分子Eg范围是1.4～4.2eV[10]L。掺杂后导电高分子的Eg虽然会下降,但与无机半导体Si、Ge等相比Eg依然很高,因此有机太阳电池与无机太阳电池载流子的产生过程有很大的不同。有机高分子的光生载流子不是直接通过吸收光子产生,而是先产生激子,然后再通过激子的离解产生自由载流子,这样形成的载流子容易成对复合,最后使光电流降低;

(3)共轭聚合物掺杂均为高浓度掺杂,这样虽能保证材料具有较高的电导率,但载流子的寿命与掺杂浓度成反比,随着掺杂浓度的提高,光生载流子的增大,电池的光电转换效率很小。

4 全球制造非晶硅太阳电池的主要厂家

5 非晶硅太阳电池的应用市场状况

(1)大规模地建设发电站

1996年美国APS公司在美国加州建了一个400千瓦的非晶硅电站;日本CANECA公司的非晶硅太阳能电池大部分输往欧洲建大型发电站;德国RWESCHOOTT公司30MWp年产量全部用于建大规模太阳能电站;

(2)建造太阳能房

非晶硅太阳能电池可以制成半透明的,如作为建筑的一部分,白天既能发电又能使部分光线透过玻璃进入室内,为室内提供十分柔和的照明(紫外线被滤掉)能挡风雨,又能发电;美国,欧洲和日本的太阳能电池厂家已生产这种非晶硅瓦;

(3)太阳能照明光源

由于非晶硅太阳能电池的技术优势,同样功率的非晶硅太阳能灯具,其照明时间要比晶体硅太阳能路灯的照明时间长20%,而其成本每瓦要低约10元人民币;(4)其他 由于非晶硅太阳能电池在室内弱光下也能发电,已被广泛用于太阳能钟,太阳能手表,太阳能显示牌等不直接受光照等场合。

6 结束语

“他山之石,可以攻玉”。因此,我们可以借鉴研究无机材料的成熟技术及研究思路等推进有机光伏材料的研究,并应用于器件,通过优化器件结构、改善材料性质等提高有机薄膜太阳能电池的综合性熊。同时,充分利用有机材料与无机材料的优点,制备有机/无机复合材料而应用于有机太阳能电池,将成为今后研究的热点。

纳米材料因是由超微粒组成,且这些微粒边界区的体积大约是材料总体积的50%,因此,利用纳米材料组装有机太阳能电池,前景会十分广阔,值得我们关注。

参考文献

[1]Katsumi Yoshino,Kazuya Tada,Akihiko Fujii,et al.Anorganic infrared electroluminescent diode utilizing aphthalocyanine film[J].IEEE Trans Electr Dev,1997,44(8):120.

[2]Chapin D M,Fuller C S,Pearson G I.A new silicon p-njunction photocell for converting solar radiation into elec-trical power[J].J Appl Phys,1954,25(5):676.

[3]Angelopoulos Marie,Liao Yun-Hsin,Furman Bruce,et al.Solvent and salt effects on the morphological structure of-polyaniline[J].Synthetic Metals,1999,98(3):201.

[4]Ram Manoj Kumar.Optical,structural and fluorescencemicroscopic studies on reduced form of polyaniline:Theleucoemeraldinebase[J].Synthetic Metals,1997,89(1):63.

[5]Dabke R B.Electrochemistry of polyaniline langmuir-blodgett films[J].Thin Solid Films,1998,335(1-2):203.

[6]靳新慧.有机薄膜太阳能电池初探[J].科学之友,2008,10:139.

[7]王彦涛.聚合物本体异质结型太阳能电池研究进展[J].高分子通报,2004(6):9-14.

[8]黎立桂.聚合物太阳能电池研究进展[J].科学通报,2006,51(21),2457-2468.

[9]Yoshino K.Novel electrical and optical properties of liq-uid conducting polymers and oligomers[J].IEEE TransDielectri Electri Insul,1994,1(3):353.

太阳能薄膜电池的制造技术革新 第8篇

关键词：太阳能,太阳能薄膜电池,技术革新

1 太阳能的优势

太阳能具有其它能源都无法比拟的优点。首先是太阳光的覆盖范围广, 不受地域的限制, 矿产被开采或核能的能量产生后, 必须要有运输的过程, 而太阳能则不同, 可以现场采集现场使用。其次, 太阳能的开发使用潜力大, 矿产的开采总是有限度的, 但太阳能却几乎可以说是取之不尽, 用之不竭的, 只要太阳继续向地球辐射能量, 那我们就可以一直利用太阳能。

再者, 太阳能属于清洁能源, 对环境没有任何危害, 但在各种矿产的开采和使用过程中, 无论是对人体的伤害还是对环境的污染作用都是巨大且不可避免的;对于核能, 也存在很大的核污染隐患, 核废料和核泄漏都是很严重的问题。在国内, 雾霾时时触动着人们的神经, 各种河流海洋的污染问题也层出不穷, 环境保护更加得到人们的重视, 这种情况下, 清洁无污染的太阳能就更显得难能可贵。将来太阳能可以更好的工业化推广后, 相信即使其成本会稍高, 也必定会更加受国家、社会和消费者的青睐。因此, 在应用太阳能已经得到越来越多的重视的同时, 如何高效环保的利用太阳能就成了至关重要的问题。

2 太阳能电池大规模应用的瓶颈

若想有效的利用太阳能, 就必须要用到太阳能电池。在太阳光的照射下, 太阳能电池可以瞬间输出电压并产生电流, 通过光电效应或光化学效应将太阳能转换成电能。

对于太阳能电池, 主要有2 方面问题阻碍了其大规模应用, 一是成本, 二是光电转换的效率。目前, 虽然一部分太阳能电池的成本较低, 但其光电转换效率非常不理想;另一部分太阳能电池虽然光电转换效率稍好, 技术也较为成熟, 但由于成本太高, 难以被大规模推广。因而, 从这两个方面解决太阳能电池本身的问题, 才有可能进一步的对太阳能进行推广。

利用太阳能电池时, 除了上面提到的太阳能电池本身的技术性问题, 还会遇到一些外界环境的不利因素。如辐射至地球的太阳能的总能量虽然比较巨大, 但这种能量却是比较分散的, 这就导致了太阳能收集的不易。再者, 即使在同一地点, 不同时间被辐射到的太阳能总量也是不稳定的, 要受季节、昼夜、天气等因素的影响。因此, 虽然太阳能有诸多优点, 且太阳能电池具备了一定的光电转换率, 但太阳能电池的大规模推广应用仍任重而道远。

3 太阳能薄膜电池的优点

在各种太阳能电池中, 硅太阳能电池的发展和应用相对要成熟一些, 目前属于在应用中相对多的太阳能电池。硅太阳能电池的缺点是当温度升高时, 它的光电转换率会降低;但是金属氧化物的太阳能电池则不同, 当温度升高时, 金属氧化物太阳能电池的光电转换率也会升高。同时, 金属氧化物的成本比硅低, 且来源较广阔, 这使得金属氧化物有更广阔的应用潜力。在太阳能电池中, 金属氧化物是作用机理是首先将光子转化成电子, 然后通过电子将水解离成氧气和氢气。

更轻更薄、光电转换效率更高是太阳能电池的发展趋势, 特别是对于应用在航空航天设备上的太阳能电池, 对于太阳能电池的性能有着更严苛的要求。在太阳能电池中, 太阳能薄膜电池有质量轻、厚度极薄、可弯曲的优点。在航天航空设备上利用太阳能电池时, 选择太阳能薄膜电池有更多的优势, 首先, 薄膜电池的重量轻厚度薄, 可以为飞行器节约更多的动力;其次, 薄膜电池的可弯曲特性使其除了具有较好的强度外, 还具备了更好的弯曲强度和韧性, 这更有利于将薄膜电池包覆在飞行器上, 从而可以更有效的采集太阳光。目前, 太阳能薄膜电池的主要材质有铜铟镓硒、非晶体硅、碲化镉等。

4 太阳能薄膜电池的制造技术革新

要制备出更轻更薄、光电转换率更高的太阳能薄膜电池, 除了电池本身材质的研究, 薄膜电池制造技术的革新也是研究的一大重点。对于相同的材料, 不同的制造技术也会导致其性能的差异, 因此, 选择更科学的太阳能薄膜电池加工制造方法, 对更优性能的太阳能薄膜电池研究是非常有益的。

制造技术通常可被分为减法制造、等法制造和加法制造, 减法制造无疑是最为人所知的形式, 比如切削加工。等法制造一般是指在几乎不改变材料本身质量的情况下, 通过技术手段改变其形状或内部结构, 以得到理想的性能。加法制造是在制造的过程中, 采取加量的方式, 对单一零件进行制造, 这是一种具有特色的新型制造方法。对于太阳能薄膜电池制造技术, 应该更综合的考虑这3 种方法, 通过综合利用这3 种制造方法, 相信可以得到性能更优异的太阳能薄膜电池。

在本文中, 笔者主要对加法制造进行一些介绍, 在加法制造中, 最著名的就是3D打印技术。3D打印是一种可以快速成型的制造技术, 它以电脑中建立的数字模型为基础, 通过运用金属粉末或聚合物等材料的逐层固化, 用来制造所要得到的产品。这种制造技术与传统的制造技术是截然不同的, 传统制造的逻辑是先获取一种材质合理的材料, 然后通过模具成型或切削等方式将其加工成想要的结构。这种制造方法不仅步骤复杂, 而且不可避免的会浪费许多材料。特别是对于一些价格较高的材料和形状较为特别的部件, 如一个曲度较为特别的钛合金扇页, 当其被制造成型时, 被去除掉的材料质量甚至远远高于剩下的有效部件的质量, 这不仅是经济的浪费, 也是一种能量的浪费。

而3D打印则克服了这个缺点, 在打印伊始, 它就会按照既成模型的形状对原材料进行逐层加工, 以一层一层打印叠加的方式, 完成样品的成型。这种加工方法不仅可以有效节省原材料、节省加工能量, 还更适用于制造一些特殊形状的部件, 在加工过程中, 也可以严格控制部件不同层面的材料属性。

对于太阳能薄膜电池, 虽然它的厚度较薄, 但它并不是均相材料, 特别是在厚度方向, 材料分布情况更为复杂, 这就使其更适用于3D打印的方法。3D打印不仅可以严格控制产品的厚度, 还可以有效控制产品在厚度方向的材料分布。但其中的挑战也是极高的, 因为太阳能薄膜电池的厚度极薄, 这就要求3D打印时必须可以准确控制材料的厚度, 这样才能在太阳能薄膜电池的制造技术革新过程中发挥更大的作用。

参考文献

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[2]王文采.太阳能电池[J].现代物理知识, 2003, 15 (6) :3-5.

[3]Service R F.Solar energy.Outlook brightens for plastic solar cells.[J].Science, 2011, 332 (6027) .

薄膜太阳能电池靶材的研究进展 第9篇

一、耙材的定义

简单的说, 靶材就是高速荷能粒子轰击的目标材料, 例如, 磁控溅射方法镀膜。这种膜镀能导电, 广泛用于显示器, 太阳能, 仪器等, 用于物理镀膜中的溅镀, 主要有金属靶材和陶瓷靶材 (即无机非金属氧化物类) 。金属靶材包括:镍靶、钛靶、锌靶、镁靶锡靶、铝靶、铟靶、铁靶、铝硅靶、硅靶等;陶瓷靶材包括:ITO靶、氧化镁靶、氧化铁靶、氮化硅靶、碳化硅靶、氮化钛靶、氧化铬靶、氧化锌靶、硫化锌靶、二氧化硅靶等。

在靶材的发展研究中发现, 靶材不同 (如铝、铜、不锈钢、钛、镍靶等) , 得到的膜系 (如超硬、耐磨、防腐的合金膜等) 也就不同, 另外, 不同的靶材在不同温度和运行方式下, 也将得到不同的特性。如有的表面光洁度要低一些, 容易出现“麻点”现象;有的会出现高蚀间隔带, 在蚀刻时, 容易出现直线放射型的缺划或电阻偏高带;还有的则会出现微晶沟缝。本文主要讨论薄膜太阳能电池透明电极上无机非金属氧化物类靶材, 如:氧化铟锡 (In2O3/Sn O2) 靶材, 铜铟镓硒靶材, 碲化镉靶材, 硫化镉靶材, 氧化锌锡 (Zn O/Sn O2) 靶材, 氧化锌铝 (Zn O/Al2O3) 靶材等。

二、耙材的研究和进展

因为只要应用不同的无机非金属氧化物类就可以得到不同种类和特性的太阳能透明电极, 但是太阳能电池的特殊性, 并不是所有靶材都适合, 下面是关于不同薄膜太阳能电池靶材优缺点的总结。

1、氧化铟锡靶材

透明导电薄膜以掺锡氧化铟 (tin-doped indium oxide简称ITO) 和掺氟的氧化锡 (FTO) 为代表, 研究与应用较为广泛、成熟, 在美日等国已产业化生产。太阳能电池氧化铟锡薄膜, 在厚度只有几千埃的情况下, 氧化铟透过率高, 氧化锡导电能力强, 是一种具有高透过率的导电靶材, 目前玻璃液晶显示器所用的ITO玻璃正是这种氧化铟锡靶材镀膜的玻璃。由于ITO但是其吸水性很强, 会吸收空气中的水份和二氧化碳并产生化学反应而变质, 俗称“霉变”, 因此不利于太阳能电池长期放置在室外的性质。

2、铜铟镓硒靶材

太阳能电池铜铟镓硒薄膜, 所述靶材是以铜铟镓硒元素粉为原料, 在气体保护下或真空中, 采用固相合成制备CIGS粉, 进而采用等静压成型, 最后高温烧结制备CIGS靶材。然后以所述靶材为原料, 经一步溅射可获得CIGS薄膜。这种膜由于溅射工艺可控性不是很强, 后期容易硒化, 所以后期的, 容易出现裂纹, 夹杂物、表面凹坑、异色点等外观质量问题。

3、氧化锌铝 (Zn O/Al2O3) 靶材

是目前一项最新专利发明, 所制备的靶材用于镀膜制造成本经济且无毒, 易于太阳能电池导电物质、银浆实现掺杂, 且Zn O薄膜在等离子体中稳定性好, 是太阳能电池氧化铟锡薄膜的替代产品, 可广泛用于太阳能透明电极制造领域。下面就是这种靶材的制备方法。

三、氧化锌铝靶材的制备方法

包括以下步骤:

1、以锌盐和铝盐为原料, 加纯水溶解, 调pH至7.

0~10.5, 然后在水热条件下, 控温90~140℃反应1.0~2.0小时;

2、过滤使产物和母液分离, 用纯水洗涤、烘干, 得到氧化锌铝粉体;

3、所得粉体在400~550℃煅烧

2小时;

4、将步骤 (3) 所得粉体装入

真空热压炉, 抽真空1~100Pa, 加压50~100MPa, 然后慢慢升温, 在1200~1400℃内保温烧结2~5小时, 再缓慢降温, 制得相对密度不低于95%的氧化锌铝 (ZAO) 陶瓷靶材。

小结

薄膜太阳电池 第10篇

摘要：氮化硅膜是对提高太阳能电池光电转换效率有重要作用的减反射膜。文章介绍了氮化硅膜的钝化作用和减反射作用，陈述了PECVD生长的氮化硅薄膜的基本性质，以156mm×156mm型号的多晶硅太阳电池片为例，结合实际测量数据，分析了在淀积过程中温度、硅烷氨气流量比和射频功率等工艺参数对氮化硅薄膜的生长及其性质的影响。

关键词：PECVD；工艺参数；氮化硅膜；太阳能电池

中图分类号：TN304 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）02-0014-02

太阳能是一种绿色环保的新能源，制备氮化硅（Si3N4）减反射膜是制造高效率太阳能电池的重要环节。氮化硅膜通常采用PECVD技术生成。PECVD又称等离子体增强化学气相淀积，淀积过程中，硅烷氨气流量比、射频功率、温度、淀积时间等工艺参数的变化对氮化硅薄膜的生长均有影响。

1 氮化硅膜在太阳能电池中的作用

通常SiNx中的Si/N值为0.75，即Si3N4，而实际PECVD淀积氮化硅的化学计量比会随工艺的不同而变化，Si/N变化的范围在0.75～2之间。PECVD的氮化硅薄膜中，除了含有Si和N元素，一般还包含一定比例的氢，即SixNyHz或SiNx︰H。

利用PECVD技术在硅片表面淀积的氮化硅薄膜，可以使薄膜前后两个表面产生的反射光相互干扰，从而抵消反射光，达到减反射的效果，增加对太阳光的吸收，提高光生电流密度，从而提高电池的转换效率。同时，氮化硅膜中的H降低了表面复合速率，带来更小的暗电流和更高的开路电压，提高了光电转换效率。另外高温瞬时退火会断裂一些Si-H、N-H键，游离出来的H与缺陷及晶界处的悬挂键结合，减少了界面态密度和复合中心，达到对电池的钝化效果。

2 氮化硅膜的PECVD法制备

CVD（全称为Chemical Vapor Deposition）即化学气相沉积。CVD技术主要有以下几种：APCVD（常压，700℃～1000℃）、LPCVD（低压，750℃）、PECVD（等离子体增强型，300℃～450℃）。

氮化硅是在半导体技术中常用的一种钝化材料。制作氮化硅的方法很多，其中PECVD技术由于反应气体简单、灵活性高、温度要求低、淀积速率快等优点而被广泛采用。制备Si3N4薄膜的化学反应方程式为：SiH4＋NH3→Si3N4＋H2↑。

氮化硅薄膜的基本制备方法是：采用低温等离子体作能量源，将样品置于低压辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体SiH4和NH3，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜即氮化硅薄膜。一般情况下，使用这种等离子增强型化学气相沉积的方法淀积的薄膜厚度在80nm左右，这样厚度的薄膜具有良好的光学特性。

3 影响氮化硅膜生长的工艺参数

PECVD生长氮化硅薄膜涉及到的主要工艺参数有：时间、温度、气体流量、压力、射频功率、脉冲开关时间。下面主要针对气体流量比、射频功率、温度、淀积时间、压强五个因素进行分析：

3.1 NH3与SiH4流量比

当NH3流量增加，薄膜生长速率加快，但随着膜层中H含量的上升，膜层中Si-H键、N-H键的数量也随之增多，氮化硅膜质地变得疏松。如果提高氨气流量，则会使膜中富含N元素，从而导致膜的绝缘性下降。同样，硅烷流量的增大将提升膜中Si元素的含量，这也会使膜的绝缘性变差。若气体流量比过大，会使反应室内气体浓度增加，气体分子平均自由程变小，淀积到表面的反应生成物减少，导致淀积速率随流量增加反而减少。

3.2 射频功率

随着射频功率的增大，反应加速，氮化硅薄膜生长速率加快。射频功率继续加大，极板间的电压更大，基片上的氮化硅膜在轰击作用的影响下变得更加结实和致密，随着功率再进一步提高，就出现了类似“溅射”的现象，阻碍了氮化硅膜的继续生长。高射频功率将带来高腐蚀速率。因此适当降低功率不仅可以减少基片表面损伤，获得均匀且致密的膜层，也使得反应更易于控制。

3.3 温度因素

在PECVD生长氮化硅薄膜的过程中，基片表面存在等离子体的沉积和挥发两种机制，随着温度的升高，沉积机制占主导，但随着温度继续升高，两种机制逐渐平衡，当温度继续升到某一临界值以后平衡被打破，挥发大于沉积，导致高温下淀积生长薄膜的速率有所下降。

3.4 淀积时间

淀积时间通常应结合其他工艺参数进行设置，淀积时间太短，膜厚及折射率达不到要求，淀积时间太长，则会造成工艺气体的浪费，增加工艺成本，同时也会影响淀积膜的质量，而由于膜层中存在的机械应力问题，当膜厚过厚时，薄膜会开裂甚至剥落。

3.5 反应压强

过低的压强将导致薄膜淀积速率变慢，生长出的氮化硅膜的折射率也较低。较大的压强可以增大薄膜的淀积速率，但是会造成均匀性差的问题，容易产生干涉条纹。

4 实验数据分析

基于上文分析，为了在不降低淀积速率的基础上获得较好的氮化硅膜的厚度、质量、反射率等特性，我们采用淀积两层膜的方法。这样不仅减少了对基片表面的损伤，而且双层膜可以减少氢离子的溢出，从而获得更好的钝化效果，这对太阳能电池片的电性能有较大改善。

以156×156mm型号多晶硅太阳电池片为片源，取40片样品，淀积前的工序均采用正常工艺，为了消除前段工序影响，采用混批处理分成两组，每组约20片，膜厚控制在85nm、折射率为2.07。测试数据如下：

双层膜：反射率5.06%、最低点波长708nm、Uoc0.607mV、Isc8.384mA、FF76.98、Eta16.09。

单层膜：反射率6.00%、最低点波长710nm、Uoc0.605mV、Isc8.342mA、FF76.75、Eta15.93。

从实验数据看来，双层膜比单层膜反射率高约0.09%，双层膜对短波的减反射效果比单层膜好。

（说明：Uoc表示开路电压，Isc表示短路电流，填充因子FF为UmaxImax与UocIsc的比值，Eta表示入射太阳能转化为有效电能的效率。）

5 结语

采用PECVD技术生长太阳能电池氮化硅减反射膜时，影响氮化硅膜生长的工艺参数有气体流量比、射频功率、温度、镀膜时间、压强等。经过分析发现薄膜淀积速率随气体流量比的增大而增大；随射频功率的增大先增大后减小；随温度的升高先升高后下降；反应气体必须处于低真空下，而且其真空度只允许在一个较窄的范围内变动；淀积时间不易过长，否则易造成膜层开裂剥落。通过双层膜样品的淀积、测量和分析，发现双层膜工艺不仅可以降低氮化硅膜的反射率，还可以获得更好的钝化效果。

参考文献

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[3] Harold J.Hovel．太阳电池[M]．四机部第六研究所，1982.

[4] 沈辉，曾祖勤．太阳能光伏发电技术[M]．北京：化学工业出版社，2005．

作者简介：韩萌（1980-），女，江苏南京人，南京信息职业技术学院讲师，硕士，研究方向：微电子；罗群霞（1988-），女，江苏江阴人，江阴鑫辉太阳能有限公司工程师，研究方向：微电子；张渊（1963-），女，江苏南京人，南京信息职业技术学院副教授，研究方向：光电子。

薄膜太阳能电池技术及市场发展现状 第11篇

太阳能电池发展中,薄膜电池从一开始就以低成本成为众人关注的亮点,目前国际上已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有3种,硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池(CIGS)、碲化镉薄膜太阳能电池(Cd Te),其中,硅基薄膜电池以其特有的优势快速发展。

2010年行业专家预测,a-Si,Cd Te,CIGS 3种电池将分别占有薄膜光伏市场的52%,37%和11%。可见,硅基薄膜电池在中长期发展阶段仍将占据薄膜光伏市场的主导地位。薄膜电池近几年全球产量、市场份额趋势预测见表1、表2。笔者将重点介绍硅基薄膜太阳电池技术和薄膜太阳能电池市场发展现状。

在太阳能光伏应用中,超过90%的光伏市场由硅系列太阳能电池所占领,硅基太阳能电池的研究和开发应用得到了广泛重视。而在硅基系列太阳能电池中,以晶硅太阳电池转换效能稳定,技术也最为成熟,在当前的光伏应用领域占主导地位。但是晶硅太阳电池制备工艺复杂,制备过程中需要消耗大量的材料,晶硅材料价格也高,因而这种太阳电池的成本难以降低到火力发电价位。为进一步降低硅基太阳电池的成本,人们努力发展硅基薄膜太阳电池,近几年硅基薄膜太阳电池技术进步很快。该技术所用材料较晶硅太阳电池显著减少,而且薄膜太阳电池能够采用低成本的制备工艺在廉价衬底上实现大面积、集成化沉积。

到目前为止,硅基薄膜太阳电池主要有非晶硅(α-Si)薄膜太阳电池、微晶硅(μc-Si)薄膜太阳电池、纳米硅(nc-Si)薄膜太阳电池,以及它们相互组合成的叠层电池,比如α-Si/α-Si,α-Si/μc-S,α-Si/nc-Si这样的二叠层或者以此类推的三叠层薄膜太阳电池,以及将这种二叠层或者三叠层的薄膜电池集成起来构成集成薄膜太阳电池。

目前,单结微晶硅电池的效率已超过10%,非晶硅/微晶硅双结叠层电池的效率超过14%,三结叠层电池的效率超过15%,大面积组件效率约13%。

硅基薄膜太阳能电池结构

硅基薄膜太阳能电池片结构可分为单结、双结、三结(见图1)。

制造技术

硅基薄膜电池制造工艺流程为Sn O2导电玻璃Sn O2膜切割清洗预热a-Si沉积(PIN)冷却a-Si切割掩膜镀铝测试1老化测试2UV保护层封装成品测试分类包装。内联式双结非晶硅电池内部结构示意图见图2。

对Sn O2透明导电玻璃要求,方块电阻为8~14Ω/□;透过率≥80%;外观质量为膜牢固、平整,棱角磨光。

非晶硅薄膜沉积是关键技术,制造方法分为3种类型,一是单室,多片玻璃衬底制造技术,该技术主要以美国Chronar,APS,EPV公司为代表;二是多室,双片(或多片)玻璃衬底制造技术,该技术主要以日本KANEKA公司为代表;三是卷绕衬底制造技术(衬底为不锈钢/聚酰亚胺),该技术主要以美国Uni-Solar公司为代表。

所谓“单室,多片玻璃衬底制造技术”就是指在一个真空室内,完成P,I,N三层非晶硅的沉积方法。作为工业生产的设备,重点考虑生产效率问题,因此,工业生产用的“单室,多片玻璃衬底制造技术”的非晶硅沉积,其配置可以由多个真空室组成,每个真空室可以放多个沉积夹具,例如,美国Chronar公司内联式非晶硅太阳能电池生产线中非晶硅沉积用6个真空室,每个真空室装1个分立夹具,每1个分立夹具装4片基片,即生产线一批次沉积614=24片基片,每片基片面积305mm915mm;美国APS公司生产线非晶硅沉积用1个真空室,该沉积室可装1个集成夹具,该集成夹具可装48片基片,即生产线一批次沉积148=48片基片,每片基片面积760 mm1 520 mm;美国EPV技术生产线,非晶硅沉积也是1个真空室,真空室可装1个集成夹具,集成夹具可装48片基片,即生产线一批次沉积48片基片,每片基片面积635 mm1 250 mm。

国内有许多国产化设备的生产厂家,每条生产线非晶硅沉积有只用1个真空室,真空室可装2个或3个,4个沉积夹具;也有每条生产线非晶硅沉积有2个真空室或3个真空室,而每个真空室可装2个或3个沉积夹具。总之,目前国内主要非晶硅电池生产线不论是进口设备还是国产设备均主要采用单室,多片玻璃衬底制造技术。

硅基薄膜电池其他光刻、镀铝、固化等制造工艺基本与半导体或LED类似,只是技术门槛要求低了。

薄膜光伏电池企业发展现状

金融危机后晶体硅市场似乎又迎来了一个高速扩张期,多晶硅产能释放、行业瓶颈突破、薄片化技术推动成本下降,转换效率稳步提升,晶硅电池强势保持着其主导地位,而之前上升的薄膜电池却受到晶硅电池的逼迫压力。这样的变动,让一些光伏大企们纷纷调整其薄膜电池计划,如美国应用材料、尚德电力、日本三洋及Signet,Solyndra等企业。

美国应用材料。美国应用材料日前宣布重整其能源与环境解决方案(EES)部门,并不再对客户销售Sun Fab薄膜太阳电池制造设备整合产品线,将重心放至晶体硅电池设备事业上,这将造成其全球400~500名员工的工作职责转移。

尚德电力。2010年8月尚德电力对其在上海的生产基地进行彻底检修,使其专注于晶体硅太阳能电池的生产,尚德“千兆瓦太阳能产业基地”计划中也并未见薄膜电池的产能规划。作为公司结构调整的一部分,非晶硅薄膜生产线被关停,给尚德当年第二季度带来数千万美元的非现金亏损。

日本三洋。近日,松下宣布将全盘接手三洋电器,接着三洋宣布暂缓该公司生产薄膜太阳能电池的计划。尽管薄膜行业的先驱们如应用材料Applied Materials,Signet开始叫停薄膜市场以退出他们认为目前相对不利的战场,还有一些行业大企如尚德、Solyndra也纷纷调整,推后其薄膜电池生产计划。但薄膜电池市场依然有相当多的企业热情高涨、坚定扩张着,代表企业如瑞士欧瑞康、正泰太阳能、保定天威、日本夏普、意大利Enel、宏威、杜邦等。

欧瑞康。与应用材料一样可以提供一揽子设备生产线及服务的瑞士欧瑞康,此次在对待薄膜电池的举措上就与应用材料不同,他们持乐观积极态度,不仅将持续朝Micromorph硅薄膜技术蓝图目标迈进,并期望于2010年底前达成硅薄膜制造成本达每瓦0.7美元,以确保具价格竞争力的硅薄膜太阳能市场占有率能持续扩大。

正泰太阳能。2010年8月9日,浙江正泰与欧瑞康联合宣布了一项对欧瑞康太阳能薄膜生产设备的采购协议。根据这项订单,正泰的产能将从目前的30 MW提高到75 MW,产能的扩增将包括使用新的组件材料和薄膜行业最新的工艺创新,这项采购是正泰在未来将薄膜太阳能组件产能提高400 MW的关键一步。作为中国第一家高效串联节非晶和微晶硅薄膜组件大规模生产商,正泰太阳能已向多个不同领域的应用客户提供产品。

日本夏普、意大利Enel、欧洲stmicroelectronics。日前,日本太阳能巨头夏普(Sharp)、意大利最大能源公司意大利国家电力公司(enel)和欧洲领先的半导体供应商STMicroelectronics决定联合携手进入薄膜市场。据了解,这三家公司共同组建了一家叫3Sun的合资企业,预计在2011年下半年开始生产。这家薄膜太阳能电池制造商开始时产能将达到每年160 MW,并计划扩大到每年480 MW。

从以上的企业发展现状可以看出,薄膜市场目前走的是两极分化的发展路线。分析目前薄膜电池引起波动和变化的原因,大体无外乎两个方面,除去政策,就是市场变化与技术更新。有技术储备的企业准备大量发展,而没有找到技术发展方向企业的可能就比较矛盾,出现停产、整顿情况就在所难免。

薄膜光伏电池前景

首先,结合城市发展及未来建筑一体化的发展趋势来看薄膜市场,未来薄膜电池肯定将占据大片光伏市场,除了电站,BIPV是未来城市建筑的必然选择。生态城市、绿色城市、低碳城市,无论哪个概念都离不开BIPV的大规模和高效率应用。而且,在城市内太阳能发电是最靠近负荷中心的,BIPV无疑是最佳选择,可以延伸的还有电热一体化,这是北方城市选择的发展趋势。

其次,在政策上,城市建筑发电系统的应用还将有待新的能源政策出台,目前全球对光伏电站的鼓励政策正在用尽,下一轮不排除在BIPV的政策上做文章。而BIPV的发电技术日趋成熟,靠近负荷中心的便利性大大提升了光伏发电的实际使用效率,加之建筑一体化的特性,实际投资费用大大低于在野外的光伏电站,在投资和能效比上具有巨大优势,是未来城市发展的必然选择,这方面薄膜电池显然更具有优势。

最后,在技术上,前两年半导体的不景气导致大量半导体和LED/TFT优秀人才流动到光伏行业,从事这些生产工艺的开发。这两年无论是晶硅电池还是薄膜电池,在生产工艺技术上大量地采用半导体工艺,技术进度很快,使得薄膜电池的成本优势和可持续发展的优势更加显现,越来越多的企业看到了薄膜电池的潜在优势。

结束语

当前薄膜电池占整个太阳能光伏产业的市场份额正在逐年递增,2009年薄膜电池组件产能占市场总产能的22%,国海证券调查报告显示:预计到2014年薄膜组件产能将占总产能的25%。总产量方面,预计在“十二五”期间晶硅电池、组件地位变动不大,保持80%左右市场份额,薄膜与晶硅的市场份额与地位一如既往,多晶硅料的供应日趋稳定,晶硅电池的主流地位在数年内都不会有实质上的改变。