薄膜太阳能电池课程报告

演讲人:陈俊飞(常熟理工学院,光电系)

前言：(概述）

1.什么是薄膜太阳能电池？我个人的简单认识；

2.薄膜电池与我们之前所了解的晶硅电池相比又有哪些不同，抑或说是

优缺点；

3.薄膜电池有哪些用途(对应的商品)，以及今后的发展方向。

第一张：标题（薄膜太阳能技术课程报告）

第二张：简述我对薄膜电池的基本认识；

详细内容：

薄膜电池顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池，其用硅量极少，更容易降低成本，同时它既是一种高效能源产品，又是一种新型建筑材料，更容易与建筑完美结合。在国际市场硅原材料持续紧张的背景下，薄膜太阳电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。目前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（CdTe）。

分类详细说明：

1.硅基薄膜电池

硅基薄膜电池包括非晶硅薄膜电池、微晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池，而目前市场上主要是非晶硅薄膜电池产品。非晶硅（a - S i）太

阳电池一般是通过高频等离子体辉光放电等方法使硅烷（S i H4）气体

分解沉积而成的。非晶硅的禁带宽度为1.7e V，通过掺硼或磷可得到p 型或n型a - S i。然而由于非晶硅原子排列的不规则性，单纯的非晶硅p - n结中隧道电流占主导地位，无整流特性，不能制作太阳电池。为得到良好的二极管整流特性，一般要在p层和n层之间加入较厚的本征层i，以遏制其隧道电流，所以非晶硅太阳电池一般具有p - i - n结构。为了提高效率和改善稳定性，发展了p - i - n / p - i -n双层或多层结构式的叠层电池；美国联合太阳能（U n i t e dS o l a r）还做出了a - S i / a - S i G e /a-SiGe 三层堆叠硅锗电池，使吸收光谱更广。

2.碲化镉薄膜电池

碲化镉薄膜电池是最早发展的太阳电池之一，由于其工艺过程简单、制造成本低，实验室转换效率已超过16%，大规模效率超过10.5%，远高于非晶硅电池。不过由于镉元素可能对环境造成污染，使用受到限制。近年来，美国第一太阳能公司采取独特的蒸气输运法沉积等特殊措施，解决了镉元素的污染问题，开始大规模生产，并为德国建造世界最大的光伏电站提供40MW碲化镉太阳电池组件。

3.铜铟镓硒薄膜电池

铜铟镓硒薄膜电池是近年来发展起来的新型太阳电池，通过磁控溅射、真空蒸发等方法在基底上沉积铜铟镓硒薄膜，薄膜制作方法主要有多元分布蒸发法和金属预置层后硒化法等。基底一般用玻璃，也可用不锈钢作为柔性衬底。铜铟镓硒薄膜电池的实验室最高效率已接近20%，成品组件效率已达到13%，是目前薄膜电池中效率最高的电池之一。4.砷化镓薄膜电池

砷化镓薄膜电池是在单晶硅基板上以化学气相沉积法生长G a A s薄膜所制成的薄膜太阳电池，其直接带隙1.424e V，具有30%以上的高转

换效率，很早就被应用于人造卫星的太阳电池板。然而砷化镓电池价格

昂贵，且砷是有毒元素，所以极少在地面应用。

5.染料敏化太阳电池

染料敏化太阳电池是太阳电池中相当新颖的技术产品，由透明导电基板、二氧化钛( T i O2)纳米微粒薄膜、染料(光敏化剂)、电解质和氧化

铟锡( I T O )电极所组成。目前，染料敏化太阳电池研究仍停留在实验室

阶段，实验室最高效率在11%左右。

第三张：薄膜电池的优点(与晶硅电池的比较）

1.成本低，根据Photon 的预测，预计到2012 年下降到

2.08 美元/w；

预计薄膜电池的平均价格能够从现在的2.65 美元/w 降至1.11 美元/w，与晶体硅相比优势明显；而相关薄膜电池制造商的预测更加乐观，EPV 估计到2011年，薄膜组件的成本将大大低于1 美元/w；Oerlikon 更估计2011 年GW 级别的电站其组件成本将降低于0.7 美元/w，这主要是由转化率提高和规模化带来的。

2.大面积自动化生产

目前，世界上最大的非晶硅太阳电池是美国应用材料公司的S u n F a b 生产线生产的8.5代2.2m ×2.6m的非晶硅/微晶硅叠层太阳电池，其效率为8%，其稳定输出功率接近458W /片。薄膜市场主流仍以大面积1.1m ×1.3m 和1.1m ×1.4m为主，且都是连续自动化生产，生产设备和工艺已非常成熟。

而晶体硅太阳电池仍以156m m ×156m m和125mm×125mm为主，未达到大面积自动化生产的水平。表1是国内（包括台湾）生产薄膜太阳电池部分企业所采用的玻璃基板尺寸，由此可见，大面积、自动化生产已经非常成熟，己在薄膜电池行业得到了广泛应用。

3.适合与建筑结合的光伏发电组件(BIPV)，不锈钢和聚合物衬底的柔性薄膜太阳能电池适用于建筑屋顶等，根据需要制作成不同的透光率，代替玻璃幕墙。

4.弱光性好

薄膜电池的吸收光谱在300 ～700n m，弱光效应很好，基本能吸收全部的可见光。上海尤力卡公司曾在中国甘肃省酒泉市安装一套6500W非晶硅太阳能电站，其1kW的发电量为1300k W h ；若换成晶体硅太阳电池，1kW的年发电量则为1100 ～1200kWh。如图（见下一张）

当然薄膜电池的优势还不仅仅于此，比如能量返回优势。

(能量返回期就是机械能、分子内能、电能、化学能、原子能等在发挥出它的能后，能的重新聚合期效段。如图3，转换效率为6%的非晶硅太阳电池，其生产用电约1.9kWh/W，由它发电后能量返回期约为1.5年，而晶硅太阳电池则需要2.7年。对于建成的系统来说，包括建成系统所有的封装材料及建站材料，薄膜电池的系统能量返回期需要3年，而晶硅太阳电池的系统能量返回期需要3.7年。随着薄膜电池技术的发展，预计未来由薄膜电池组成的组件，其系统能量返回期会更短，将达到1.2年的水平，而晶硅太阳电池系统能量返回期仍需要2.2年的返回期。)