非晶硅薄膜太阳能电池的研究进展模板

转换效率
16%-20%
单晶硅太阳能电 转化效率最高，技术 池 最为成熟 多晶硅太阳能电 池 转化效率较高
14%-16%
非晶硅薄膜太阳 成本低，可大规模生 能电池 产
转换效率不高，光致 衰退效率
9%-13%
结论：非晶硅薄膜电池最终将取代单晶硅电池
非晶硅薄膜太阳电池生产线世界级供应商 ：
美国应用材料（AM）公司 日本真空（ ULVAC ）公司 瑞士欧瑞康（Oerlikon）公司
中国非晶硅太阳电池生产厂家
目前中国已有的非晶硅太阳能电池生产线
序号 1 2 3 4 5 6 7
单位名称 天津津能 哈尔滨克罗拉太阳能 深圳拓日 深圳创益 深圳日月潭 北京世华 泉州
大力发展薄膜太阳能电池不失为当前最明智的选择，但也 有其不利的一面。
非晶硅
非晶硅又称无定形硅。单质硅的一种形态。棕黑色或灰 黑色的微晶体。硅不具有完整的金刚石晶胞，纯度不高 。熔点、密度和硬度也明显低于晶体硅
非晶硅结构
非晶硅的结构示意图，薄膜中的H有两种聚集状态： 稀疏态和聚集态
非晶硅的性质
太 阳 能 草 坪 灯
太 阳 能 照 明 灯 具
非晶硅太阳电池的应用
室内消费电子产品（非晶硅电池弱光性能好）
非晶硅玩具
非晶硅荧光灯
非晶硅电子表
非晶硅太阳能电池应用
室外庭院灯和路灯、广告站牌等
非晶硅太阳能电池应用
发电建筑楼群屋顶、玻璃幕墙、边远山区并网发电
前面介绍了非晶硅薄膜太阳能电池的 一些基本知识，下面我们来看看国外 和国内光伏产业（太阳能产业）的发 展
尚德电力集团董事长：施正荣（长春理工大学校友）
太阳能光伏市场发展趋势
非晶硅太阳能电池迅猛发展
2004-2010太阳能电池的发展（GW）
太阳能光伏市场发展趋势
国际大厂积极扩大非晶硅薄膜电池产量
公司名称
Sharp（夏普）
产品类型
单/多晶硅，非晶硅
国别/地区
日本
2008产能（MW）
600
2008产量（MW）
பைடு நூலகம்
22
年 国别 美国(GWp) 欧洲(GWp) 日本(GWp) 总计(GWp)
2000
0.14 0.15 0.25 1.0
2010
2.1 3.0 4.8 14.0
2020
36 41 30 200
2030
200 200 205 1850
表1 国际光伏市场需求及预测
23
国外太阳能光伏市场发展趋势
世界各国都对太阳能光伏发电给予大力支持
前言
新能源与可再生能源是21世纪世界经济发展中最具决定 性影响的技术领域之一。非晶硅薄膜太阳能电池是一种重 要的可再生能源，既可作为独立资源，又可实现并网发电 ，而且是零污染排放。
非晶硅太阳能电池由于成本原因，最初只能用于空间， 随着技术发展和工艺成熟，应用也逐渐扩大。面对今天的 能源供应状况和日益严重的环境污染，并发新能源和可再 生能源的理念已被世界各国广泛接受。
产能 5MWp 1MWp <1 <1 <1
备注
筹建中 筹建中
存在问题：产量少；效率低；稳定性差；面积小；外观不均匀。
国内非晶硅太阳能电池发展
深圳拓日新能源股份有限公司
托日工业园
乐山光伏产业园
国内非晶硅太阳能电池发展
保定天威英利新能源有限公司
天威英利为美国某地区承建的地面光伏电站（2009年05月 ）
化学性质比晶体硅活泼。可由活泼金属(如钠、钾 等),在加热下还原四卤化硅，或用碳等还原剂还 原二氧化硅制得。结构特征为短程有序而长程无 序的α-硅。纯α-硅因缺陷密度高而无法使用。采 用辉光放电气相沉积法就得含氢的非晶硅薄膜， 氢在其中补偿悬挂链，并进行掺杂和制作pn结。
非晶硅薄膜太阳能电池
非晶硅太阳能电池板
在光滑与织构的ZnO表面上沉积a-Si电池获得的量子效率
提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收
减反层的研究
标准电池与减反层电池的结构 （A）：一般电池结构 （B）：带有TiO2减反层的电池结构 （C）带有TiO2-ZnO的电池结构示意图
上图4中三种结构的mc-Si电池 量子效率图比较
提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收
5 非晶硅的禁带宽度比晶体硅大，由此决定了非晶硅太 阳电池的开路电压比晶体硅太阳电池的开路电压高。 6 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之间的晶格匹 配问题。 7 与晶体硅电池相比，非晶硅电池有更好的弱光性 能和温度特性。
非晶硅薄膜太阳电池的应用
非晶硅太阳能电池的优点
低成本 能量返回期短 大面积自动化生产 高温性好 弱光响应好（充电效率高） 其它
世界主要非晶硅太阳电池生产厂 家
MWp/年 生产品种 日本kaneka 25 910*910mm电池组件 ,玻璃衬底 德国RWE Schottsolar 30 最大组件100*605mm,玻璃衬底 日本三菱电机 10 玻璃衬底非晶太阳电池 日本富士通 10 聚合物为衬底柔性非晶太阳电池 日本TDK 5 不锈钢为衬底,效率高于8% 日本三洋太阳能 5 聚酰亚胺为衬底,效率高于8.5% 美国ECD 15 研究单位 美国联合太阳能 25 不锈钢,聚酰亚胺为衬底,效率高于10% 英国Intersolar 5 305*915mm玻璃衬底,效率大于7% 德国Esole 明年投产,约40MWp生产线
非晶硅薄膜太阳能电池的研究进展
制作人：王高升 学 号：2013220098
目录
前言 非晶硅 非晶硅薄膜太阳能电池 非晶硅薄膜太阳电池独特优势 非晶硅薄膜太阳电池的应用 非晶硅薄膜太阳电池市场需求 为什么要发展非晶硅薄膜太阳能电池 非晶硅太阳能电池的优点 非晶硅薄膜太阳能电池存在的问题 太阳能光伏市场发展趋势 提高非晶硅薄膜电池效率措施
非晶硅薄膜太阳电池独特优势
1 非晶硅薄膜具有非常高的光吸收系数（>104cm-1dm），厚度为 0.5μm的非晶硅薄膜足以把可利用的太阳光吸收殆尽。
2 非晶硅薄膜材料无论从理论还是制备技术上都发展得非常成熟 。 3 材料及制造成本都非常低。 4 易于实现组件面积上的集成以及便于工业化大规模连续生产。
太阳电池的市场需求
进入21世纪以来，全球范围内对太阳能电池的需求快速增 长，每年以40%以上的速度递增。国内外也分别实施了上 网电价补贴法，进一步促这一产业的增长步伐。 中国已于2005年通过了“可再生能源法”2006年将采用 “一案一议”的办法实施上网电价补贴法。可以预计，世 界范围内光伏产业的新的可持续发展阶段即将到来。到 2010年，年需求量为14000兆瓦，而目前，全世界光伏工 业的总产能约为1500兆瓦，在4年内要达14000兆瓦，可见 其发展速度十分惊人。
非晶硅薄膜太阳能电池
非晶硅薄膜太阳 能电池是将非晶 硅以薄膜的形式 沉积在载体上形 成的太阳能电池 ,其薄膜就是非 晶硅太阳能电池 ,即相对于多晶 硅太阳能电池, 不过非晶硅电池 非常薄.它包含 PIN结构。
非晶硅薄膜太阳能电池结构
组件是一种理想的光伏玻 璃幕墙材料，它既能作为 窗户玻璃起到透光、装饰 和美观的作用，还能发电 ，一举多得，因此，包括 光伏幕墙玻璃在内的非晶 硅薄膜太阳电池与建筑材 料相结合的应用是非晶硅 薄膜太阳电池未来发展的 重要方向，并且被业界所 普遍看好。
427.5
Sanyo（三洋）
Schott Solar BP Solar
单晶硅，非晶硅
多晶硅，非晶硅 单/多晶硅，非晶硅
日本
德国 美国
158
113 157
125
95 85.8
Shell Solar
单/多晶硅，CIS薄膜
德国
110
59
United Solar Ovonic Kaneka Solartech
为什么要发展非晶硅薄膜太阳能电池 光伏工业的高速发展 和
关键原材料高纯硅短缺
矛盾
按照目前全世界年产1500兆瓦晶体硅太阳能，约需 16500吨高纯硅，近几年全世界高纯硅的年产能仅为 25000吨，70%左右回用于制造集成电路，二极管，三极 管等把半导体器件，而绝对满足不了光伏工业的需求，供 需矛盾十分突出，并导致全球范围内高纯硅从25美元/公 斤上升至200美元/公斤以上。 中国情况更加严重，市场价达到人民币33元，且有价无 市。这一情况在3~5年是得不到根本解决的，必定会严重 影响光伏产业的健康发展。 提高单位硅材料的发电量，现在存在转换效率，成品率 的制约。此两项技术是否能突破，直接影响其与其它薄膜 太阳能电池的竞争，而硅材问题从根本上解决十分困难。
非晶硅 非晶硅
美国 日本
25 30
20 19
MHI（三菱）
多晶硅
日本
240
142
2008年全球主要非晶硅太阳能电池制造企业的市场及产能状况
2008年后，全球光伏产业全面扩产，但到 2011年后，由于欧债危机等一些复杂的原 因，一时间，光伏产业突然从夏天转为寒 冬，许多光伏龙头企业负债累累，濒临破 产，面对全球光伏产业的危机，非晶硅薄 膜太阳能电池却显示出强大的生命力
国外太阳能光伏市场发展趋势
欧、美、日是太阳能电池主市场
国外太阳能光伏市场发展趋势
日本、欧洲、美国都提出了各自的中长期PV发展路线图
项目 现状 2010-2030年目 标 100日元/W (2010年) 75日元/W（ 2020年） <50日元/W（ 2030年） 30年（2020年） 1g/W（2030年） 15.0日元/W（ 2020年） 10日元/W，寿命 >20年（2020年 ） 太阳能 电池类 型 晶体硅 电池 薄膜电 池 CIS电 池 III-V 电池 染料敏 化电池 目标转换效率（实验室效 率）（%） 现状效率（ %） 2010 2030 2020年 年 年 13-14.8（ 18.4） 10（14.7） 10-12（ 18.9） 聚光（38.9 ） （10.5） 16（ 20） 12（ 15） 13（ 19） 28（ 40） 6（10 ） 19（25 ） 14（18 ） 18（25 ） 35（45 ） 10（15 ） 22（ 25） 18（ 20） 22（ 25） 40（ 50） 15（ 18）
国内非晶硅太阳能电池发展
厦门冠宇科技有限公司
2SC1-12（10.8W）柔性太阳能电池板 该产品适用于给手持电台、手提电脑、测绘仪器等移动负载提供便携能源
国内非晶硅太阳能电池发展
深圳市创益科技发展有限公司
非晶硅薄膜太阳能电池存在的问 题
效率较低 稳定性问题 成本问题 其它
非晶硅薄膜太阳能电池未来发展趋势
非晶硅太阳能电池面临的主要问题： 转换效率较低，有光致衰退效应（S-W） 提高非晶硅薄膜电池效率措施： （1）提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收； （2）薄膜硅电池叠层技术； （3）中间层技术的研究。
提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收
前透明导电氧化物薄膜（TCO）的研究
PV组件生产 成本
140日元 /W
PV组件的寿 命 Si原料的消 耗 变换器（功 率单元） 蓄电池
20年 1013g/W 30.0日元 /W 10.0日元 /W
到2030年的日本PV研发目标
到2030年的日本PV组件/电池的转换效率目标
国内太阳能电池光伏市场的发展
无锡尚德电力（suntech power）
窗口层的研究
n型的a-Si、c-Si以及c-SiC:H的吸收系数比较
非晶硅薄膜叠层技术研究
a-Si :H/ a-Si :H双结叠层电池 a-Si :H/ a-SiGe :H/ a-SiGe :H三结叠层电池 a-Si/µc-Si叠层电池
p-i-n结构的a-Si/a-Si叠层电池与a-Si/µc-Si叠层电池的光谱响应图
中间层技术的研究
中间层提高顶电池与底电池的电流匹配
左图：具有透明中间层的a-Si/mc-Si叠层电池的结构示意图 右图：有中间层与没有中间层的a-Si/mc-Si叠层电池的量子效率对比
太阳能发电宗旨： 降低成本和提高效率
太阳能电池未来发展趋势
三种硅基太阳能电池性能分析
种类
优势
劣势 硅消耗量大，成本高 ，工艺复杂 多晶硅生产工艺复杂 ，供应受限制