太阳能电池

太阳能电池国内太阳能电池产业链分析及产业发展现状及趋势1、晶硅制备（单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜）。

这个环节技术门槛高（尤其是多晶硅），具有一定垄断性2、硅片生产。

这一环节的主要技术流程包括铸锭（或单晶生长）、切方滚磨、用多线切割机切片、化学腐蚀抛光，其中铸锭（或单晶生长）环节属于高能耗，切割机等的投资规模相对较大，具有工艺、资金方面的壁垒。

天威英利是这个领域的竞争者之一，具备生产单晶硅片的能力，技术难度仅次于多晶硅的制造3、电池制造4、组件封装。

技术含量相对较低，进入门槛低，属于劳动力密集型产业，国内有较多企业参与这个市场。

提高转换效率、降低成本是太阳能电池制备中考虑的两个主要因素。

对于我国硅系太阳能电池产业来说，从技术层面提高转换效率的难度很大，何时能够取得技术突破较难预测。

相比之下，通过提高工艺水平降低成本更加可期，这也是我国太阳能电池产业可以寻求突破的环节。

近几年间我国太阳能发电产业发展迅猛，也涌现出一批优秀的公司。

其中，无锡尚德、中电光伏、常州天合、林洋新能源、赛维LDK等公司还先后在海外市场挂牌上市。

●无锡尚德尚德太阳能电力有限公司是一家全球领先的专业从事晶体硅太阳电池、组件，硅薄膜太阳电池和光伏发电系统的研发、制造与销售的国际化高科技企业。

2005年12月14日，公司在美国纽约证券交易所上市，成为中国内地首家在纽交所上市的非国有高科技企业。

●中电光伏中电光伏是中电电气与澳大利亚博士团队于2004年6月合作创立的一家集太阳电池的研发、制造、为一体的高新技术企业，2007年5月在美国纳斯达克上市。

目前，公司拥有6条太阳电池生产线，年生产能力为192MW，位居全国第二。

●常州天合常州天合位于江苏常州电子产业园，在美国纽约证券交易所上市。

公司业务涉及单晶、硅片、组件和系统安装，实现了光伏产业链的垂直一体化整合。

天合光能大量生产多种类型的单晶和多晶光伏组件，产品输出功率从 165W 到 230W 不等。

●林洋新能源江苏林洋新能源有限公司成立于2004年8月，是一家集太阳能电池片、电池组件的研发，生产，销售为一体的企业，2006年末在美国上市。

●赛维LDK赛维LDK太阳能高科技公司是目前亚洲规模最大的太阳能多晶硅片生产企业（2006年10月产能达到200兆瓦），拥有国际最先进的生产技术和设备。

太阳电池结构太阳电池的工作过程：光生伏特效应描述太阳能电池的参数不论是一般的化学电池还是太阳能电池，其输出特性一般都是用如下图所示的电流－电压曲线来表示。

由光电池的伏安特性曲线，可以得到描述太阳能电池的四个输出参数1、开路电压Voc在p-n结开路情况下（R=∞），此时pn结两端的电压即为开路电压Voc。

这时，I=0，即：。

将I=0代入光电池的电流电压方程得开路电压为：2、短路电流Isc=0，这时所得的电流为短路电流Isc。

显然，短路电流等如将pn结短路（V=0），因而IF于光生电流，即： Isc = IL3、填充因子FF•在光电池的伏安特性曲线任一工作点上的输出功率等于该点所对应的矩形面积，其中只有一点是输出最大功率，称为最佳工作点，该点的电压和电流分别称为最佳工作电压Vop和最佳工作电流Iop。

•填充因子定义为：•它表示了最大输出功率点所对应的矩形面积在Voc和Isc所组成的矩形面积中所占的百分比。

特性好的太阳能电池就是能获得较大功率输出的太阳能电池，也就是Voc，Isc和FF乘积较大的电池。

对于有合适效率的电池，该值应在0.70-0.85范围之内。

4、太阳能电池的能量转化效率η表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能。

即：η =（太阳能电池的输出功率/入射的太阳光功率）x100%= （Vop x Iop/Pin x S）X100%=其中P是入射光的能量密度，S为太阳能电池的面积，当S是整个太阳能电池面积时，inη称为实际转换效率，当S是指电池中的有效发电面积时，η叫本征转换效率。

太阳能电池的种类及其材料一、单晶硅太阳能电池1.作为原料的硅材料在地壳中含量丰富，对环境基本上没有影响。

2.单晶制备以及pn结的制备都有成熟的集成电路工艺作保证。

3.硅的密度低，材料轻。

即使是50μm以下厚度的薄板也有很好的强度。

4.与多晶硅、非晶硅比较，转换效率高。

5.电池工作稳定，已实际用于人造卫星等方面，并且可以保证20年以上的工作寿命。

单晶硅太阳能电池因为资源丰富，转换效率高，所以是现在开发得最快的太阳能电池。

但因其制造工艺复杂，需消耗大量的能源，所以有成本高，能源回收周期长的缺点。

能源回收期=单晶硅太阳能电池的制备过程四十多年来进行的大量的基本理论和实验的研究工作，把单晶硅太阳能电池的效率从6%提高到24%左右，在过去的十年中，硅太阳能电池的转换效率一直在稳步提高。

对聚光硅太阳能电池的光电转换效率，在100个太阳聚光度下，已达27.5%，使硅太阳能电池在空间应用与地面应用上仍然占有较重的地位。

现在，实际使用的单晶硅太阳能电池的面积可达10x10cm2，转换效率也很高，在今后如何进一步提高效率，减低电池成本是一个大课题。

作为太空用的太阳能电池，现有的电池可以基本上满足要求。

但作为民用太阳能发电，成本高是目前面临的最大问题，需要从理论上和技术上共同努力，改进设计，提高光电转换效率，继续减低材料生产成本。

二、多晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池的缺点是制造过程复杂，制造电池的能耗大。

为解决这些问题，用浇铸法或晶带法制造的多晶硅太阳能电池的开发取得了进展。

在1976年证明用多晶硅材料制作的太阳能电池的转换效率已超过10%，对大晶粒的电池，有报道效率可达14%。

这种低成本的多晶硅太阳能电池已经大量生产，目前，它在太阳能电池工业中所占的分额也相当大。

1、单晶硅与多晶硅的区别在单晶硅材料中，硅原子在空间呈有序的周期性排列，具有长程有序性。

这种有序性有利于太阳能电池的转换效率的提高。

多晶硅材料则是由许多单晶颗粒（颗粒直径为数微米至数毫米）的集合体。

各个单晶颗粒的大小，晶体取向彼此各不相同。

多晶硅与单晶硅材料的差别主要是多晶硅内存在许多晶粒间界。

这给多晶硅太阳能电池带来以下三方面影响：a)晶粒间界处存在势垒，阻断载流子的通过。

b)晶粒间界作为一种晶体缺陷，起着有效复合中心作用。

c)在形成pn结的工艺过程中，掺杂的原子会沿着晶粒间界向下择优扩散，形成导电分流路径，增大漏电流。

尽管多晶硅材料由于存在晶粒间界而不利于太阳能电池转换效率的提高。

但因为制备多晶硅材料比制备单晶硅材料要便宜得多，所以研究人员正致力于减少晶粒间界的影响以期得到低成本多晶硅太阳能电池。

为了尽可能减小晶粒间界的影响，使多晶硅太阳能电池具有合适的光电转换性能，对多晶硅片有如下要求：a)材料中绝大多数晶粒必须是柱状结构，以便光生载流子朝上、下方向输运与积累。

b)晶粒横向尺寸越大越好，至少应大于少子扩散长度。

一般希望该尺寸大于几个毫米。

2、多晶硅太阳能电池的制备过程通常多晶硅是选用太阳能电池级以上纯度的硅料，经过浇铸或晶带法得到。

其电池的制造工艺基本上与单晶硅太阳能电池类似。

●浇铸法制备多晶硅材料有许多方法，其中最常用的就是浇铸法。

它是把硅的溶液直接浇铸在坩埚模具中并缓慢冷却固化成多晶硅锭的方法。

●晶带法晶带法是从硅溶液直接获得制造太阳能电池所需的片状多晶硅的方法。

因为无需象单晶硅或浇铸法得到的多晶硅那样把硅锭切成片，所以它能有效地利用原材料。

而且太阳能电池的制造过程也变的简单。

迄今为止，多晶硅太阳能电池经过不断的努力，其能量转换效率与单晶硅太阳能电池已基本上在同一个数量级。

特别是多晶硅薄膜可以制成方形，在制作太阳能电池组件时面积利用率高。

今后，在如何开发新技术以得到低价格的多晶硅材料，如何得到高效率、大面积多晶硅太阳能电池等方面还有许多工作可做。

三、非晶硅太阳能电池尽管单晶硅和多晶硅太阳能电池经过多年的努力已取得很大进展，特别是转换效率已超过20%，这些高效率太阳能电池在空间技术中发挥了巨大的作用。

但在地面应用方面，由于价格问题的影响，长久以来一直受到限制。

太阳能电力如果要与传统电力进行竞争，其价格必须要不断地降低，而这对单晶硅太阳能电池而言是很难的，只有薄膜电池，特别是下面要介绍的非晶硅太阳能电池最有希望。

因而它在整个半导体太阳能电池领域中的地位正在不断上升。

从其诞生到现在，全世界以电力换算计太阳能电池的总生产量的约有1/3是非晶硅系太阳能电池，在民用方面其几乎占据了全部份额。

1、非晶态半导体a)与晶态半导体材料相比，非晶态半导体材料的原子在空间排列上失去了长程有序性，但其组成原子也不是完全杂乱无章地分布的。

由于受到化学键，特别是共价键的束缚，在几个原子的微小范围内，可以看到与晶体非常相似的结构特征。

所以，一般将非晶态材料的结构描述为：“长程无序，短程有序”。

b)在非晶硅材料中，还包含有大量的悬挂键、空位等缺陷，因而其有很高的缺陷态密度，它们提供了电子和空穴复合的场所，所以，一般说，非晶硅是不适于做电子器件的。

研究人员通过辉光放电技术分解硅烷，得到的非晶硅薄膜中含有一定量的氢，使得许多悬挂键被氢化，大大降低了材料的缺陷态密度，并且成功地实现了对非晶硅材料的p型和n 型掺杂。

2、非晶硅太阳能电池的特点a)非晶硅具有较高的光吸收系数。

特别是在0.3-0.75μm的可见光波段，它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级。

因而它比单晶硅对太阳辐射的吸收效率要高40倍左右，用很薄的非晶硅膜（约1 μm厚）就能吸收90%有用的太阳能。

这是非晶硅材料最重要的特点，也是它能够成为低价格太阳能电池的最主要因素。

b)非晶硅的禁带宽度比单晶硅大，随制备条件的不同约在1.5-2.0eV的范围内变化，这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高。

c)制备非晶硅的工艺和设备简单，淀积温度低，时间短，适于大批生产。

d)由于非晶硅没有晶体所要求的周期性原子排列，可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题。

因而它几乎可以淀积在任何衬底上，包括廉价的玻璃衬底，并且易于实现大面积化。

e)制备非晶硅太阳能电池能耗少，约100千瓦小时，能耗的回收年数比单晶硅电池短得多。

3、非晶硅太阳能电池的结构四、化合物半导体太阳能电池1、III-V族太阳能电池在化合物半导体太阳能电池中，研究的最多的是III-V族的GaAs太阳能电池。

由于GaAs 的带隙比Si大，具有与太阳光光谱相当一致的光谱特性，因而从光谱响应角度来说，它更适合于做太阳能电池，工作温度也比Si高。

目前，在所有太阳能电池中， GaAs太阳能电池的转换效率最高。

GaAs太阳能电池更多的是采用多层异质结结构，并利用不同带隙的材料形成叠层电池。

2、II-VI族太阳能电池II-VI族半导体化合物太阳能电池中，目前转换效率最高的是n型硫化镉(CdS)和p型碲化镉(CdTe)组成的太阳能电池。