多晶薄膜太阳电池-方小红.ppt

多晶薄膜太阳电池 －－从实验室走向市场中国电子科技集团公司第十八研究所方小红内容l前言l技术基础lCIGS技术lCdTe技术l组件可靠性l薄膜光伏商业化l亟待突破的关键技 术l应用和生产能力l概要和展望l硅基的太阳电池(含单晶硅、多晶硅、薄膜硅) 占市 场份额85%以上l硅基太阳电池有 以下几个缺点：l需要大量的硅基材料硅基材料的获得需投入大量的资金、 电力；l获得硅基材料的过程是一个严重污染的过程，l多晶硅材料短缺问题，从2004年开始至今仍没有缓解的迹象 ；l众多企业蜂拥而上，生产硅太阳电池的盈利空间已经很小 l薄膜太阳电池由于其材料消耗少，成本低，性能稳定 ，光电转换效率可达到10%以上，因而受到世界各国 的越来越多的关注 前言材料体系实验室研究水平产品达到的转换效率非晶硅（a－Si）13.5%5-9%碲化隔（CdTe）16.5％6-10%铜铟镓硒化合物 （CIGS或CIS）19.9%10-13％薄膜太阳电池光电转换效率比较前 言25MW50MW200MW1GW CdTe $/m2110938265 efficiency/%8.51011.514 $/W1.280.940.730.47 CIGS/Glass $/m217014012082 efficiency/%11121416 $/W1.551.170.860.51 CIGS/SS $/m223017014096 efficiency/%8.5111416 $/W2.71.5510.59 a-Si/glass $/m294807057 efficiency/%677.58.5 $/W1.571.140.930.67组件成本与产能、光电转换效率的关系表前 言技术术未来商业业化组组件 效率(现现在实验实验 室 水平的80%) 未来综综合性能 (标标准硅电电池未来 商业业化效率为为参 照标标准)未来商业业化成本 指数硅(非标 准) 19.8% 1.18 0.85 (竞争力强) 硅(标准) 17.0% 1.00 1.00 (标准) 铜铟 硒 (CIS) 15.9% 0.92 0.54 (竞争力很强 ) 碲化镉 (CdTe) 13.2% 0.78 0.64 (竞争力很强 ) 非晶硅( 单结 ) 8.0% 0.47 1.06 (一般) 非晶硅( 三结或 双结)9.7% 0.57 0.88 (竞争力强) 结合目前电池性能对外来组件效率和成本的预测前 言技术基础l了解太阳电池的工作原理有利于商业化生产中组件 性能的提高、成品率和工艺稳定性。

l得到高性能的CIGS和CdTe薄膜太阳电池和组件的关 键在于其制备研究 l电池制备过程和电池性能的相关联系及其机理并不 十分清楚 l很多研究者正在研究制备过程和材料表征对电池性 能的影响，很多报道关注CIGS和CdTe的吸收层材料 的微观和纳米结构的表征，详细分析PN结的形成等 CIGS技术l典型结构为MgF2/ZnO/CdS/CIS/Mo/玻璃 ；l衬底材料：钠钙玻璃、聚合物、金属箔 ；l溅射法制备底电极Mo；l缓冲层CdS或CdZnS(O,OH)采用化学浴法（CBD ） ；lZnO薄膜采用化学气相沉积法或溅射法制备；l吸收层CIGS 蒸发法 、溅射后硒化、非真空法（丝网印刷） 序 号面积（ cm2）Voc(V)Jsc (mA/cm2 )FF(%)光电转换效 率(%)备注10.4100.697535.07879.5219.5标准CIGS电池20.4080.705235.51577.9019.5缓冲层为 CdZnS(O,OH)30.4020.669835.11278.7818.5缓冲层为 ZnS(O,OH)40.4090.678231.9379.2017.11.1m的CIGS薄膜50.50.77421.673.712.360.4090.830520.8869.1311.99CuInSe2CIGS薄膜太阳电池 公司电池面积/cm2光电转换 效 率/%功率/Ｗ时间Global SolarCIGS839010.2*88.9*2005-05Shell SolarCIGSS*737611.7*86.1*2005-10Würth SolarCIGS650013.084.62004-06First SolarCdTe662310.2*67.5*2004-02 Shell Solar GmbHCIGSS498313.164.82003-05Antec SolarCdTe66337.352.32004-06Shell SolarCIGSS362612.8*46.5*2003-03Showa ShellCIGS360012.844.152003-05多晶薄膜光伏组件 CdTe技术l典型结构为玻璃/SnO2/CdS/CdTe/电极 ；lNREL和First Solar的性能良好的CdTe薄膜太阳 电池均是在高温（500C）下真空升华沉积制得 ；l其他技术如电镀法也曾被用于制备CdTe薄膜太阳 电池 ；l研究工作集中于CdTe薄膜的微观纳米结构、 CdTe吸收层、CdS/CdTe界面的相互扩散、 CdCl2气体的加热方式、Cu的掺入等对薄膜太 阳电池性能所产生的影响 ；l转换效率最高为16.5% （NREL）。

组件可靠性lCIGS和CdTe比晶体硅或非晶硅对潮气更敏感 ，要求更好的组件封装 ；l“湿－热”测试（1000小时暴露在85C，85 ％相对湿度下） 薄膜太阳电池的商业化l在过去的几年世界光伏市场以每年45％的增 幅在快速发展，不断有新的公司进入市场 l2006年整个世界范围内薄膜光伏的市场份额 小于6％，然而在美国薄膜光伏的市场份额高 达44％ l奥尔良的First Solar ；l密歇根的United Solar 美国薄膜光伏的市场份额与时间关系图 l非晶硅和薄膜硅lNRELlUnited Solar（2006 60MW，2007 120MW）lApplied Material （Turn－Key Solution，200MW）l在CIGS和CdTe的研究方面取得的进展和技术 进步足以支持其往MW级的生产转化lCdTe （First Solar）l奥尔良 90MW；l2008 德国 新建120MW；l2009 马来西亚 新建240MW ；CdTe薄膜太阳电池的产能、价格与时间关系图 lCIGSl德国Wurth Solar l美国Global Solar l日本Hondal日本Shawa Shelll德国Sulfurcell 亟待突破的关键技术lCIGS薄膜光伏技术 lCIGS吸收层薄膜制备的设备标准化；l组件效率的提高；l柔性CIGS组件的防潮；l为获得高性能电池和组件所需的在衬底上有选择 地沉积CIGS薄膜的技术路线；l1m甚至更薄的吸收层薄膜；lCIGS吸收层的大面积成膜中组分符合化学计量及 其薄膜的均匀性。

lCdTe薄膜光伏技术 l吸收层薄膜制备的设备标准化；l提高组件效率；l底电极的稳定性；l减薄吸收层的厚度至1m或更薄；l大面积成膜的均匀性控制应用和生产能力l膜组件（包括非晶硅）首次可与晶体硅在市场上竞争 l薄膜光伏尽管转换效率相对较低，但其成本低廉使得其 大组件（超过20kW）的整体价格低，因此其在未来的光 伏市场上极具竞争力l随着薄膜光伏技术的成熟，大容量的薄膜光伏组件被安 装和应用 德国Saxony的40MW的CdTe薄膜太阳电池电站1400kW 的CdTe薄膜太阳电池装置 （德国Dimbach）日本本田的CIGS薄膜太阳电池结合的建筑物 薄膜太阳电池在成本和性能上也有其优越性，并且分别适用于“并网光伏发电系统”、“离网光伏发电系统”和“光伏与建筑物集成”等三大太阳电池市场在未来光伏应用前景下，会有很好的销售前景 l预计到2010年世界上薄膜光伏的装机量将超 过3700MW，l美国的产能为1127MW，日本为1312MW，欧洲 为793MW以及亚洲其他国家的472MWl其中CIGS将由2007年的42MW产能提高到2010 年的917MW，CdTe由223MW到608MW，非晶硅薄 膜太阳电池产能将超过2000MW。

概要和展望l不论是非晶硅还是碲化镉薄膜太阳电池在商 业市场中都取得了快速的发展，几个CIGS薄 膜太阳电池公司也进入了商业化市场 l在不久的将来，如此大规模的生产必将降低 薄膜光伏组件的价格，并在并网发电中具有 竞争力。