太阳能电池发展现状与新一代光伏技术-上海交大沈文忠教授

Solar Cell Development Status and New

Generation of PV Technology

Institute of Solar Energy

Shanghai Jiaotong University, Shanghai, China

Prof. Shen Wenzhong

Silicon solar cell has the highest convert efficiency in solar energy industry and is also with mature technology compare to other solar cell; therefore it plays the leading role in large scale application and mass production.

In this paper, solar cell development status and new generation of PV technology will be discussed; at the same time, some bottlenecks and difficulties in silicon wafer R&D field, together with the prospects of the PV market are mentioned.

太阳能电池发展现状与新一代光伏技术

上海交通大学太阳能研究所

沈文忠教授

在太阳能电池中，硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位。

本文将探讨晶体硅太阳能电池发展现状与趋势，以及新型太阳能电池与光伏技术；同时，列出了晶体硅技术研发的相关难点和光伏市场前景的某些预测。

太阳电池发展现状与新一代光伏技术沈文忠

上海交通大学太阳能研究所

Tel & Fax: 86-21-54747552

E-mail: wzshen@

提纲

第一部分：晶体硅太阳电池发展现状与趋势

太阳电池基本原理及分类

晶硅太阳电池的技术发展

提高电池效率的核心技术

晶硅太阳电池的发展趋势

(产业化新技术/薄片化发展/带硅技术/准单晶铸锭技术)第二部分：新型太阳电池与光伏技术

纳米薄膜－单晶硅异质结太阳电池

有机薄膜太阳电池

硅纳米线（轴向、径向和单根）太阳电池

等离子体技术在太阳能光伏上的应用

多重激子效应及其在热载流子太阳电池上的应用

世界主要国家普遍看好太阳能光伏发电

日本光伏发电路线图修订版（PV2030+）美国太阳能光伏发电发展德国对光伏发电成本的预测

高纯硅材料

硅片

太阳电池

光伏组件晶体硅光伏工业的产业链

光伏发电系统

Worldwide Solar Cell Production

2000-2009 annual increase rate over 48%

2005-2009 annual increase rate over 55%

Expect to increase 30 times within 10 years Regional 2007 (2006) annual PV cell production China has become the biggest PV cell country in 200738.1% of worldwide 10.66GWp in 2009, ~48% in 2010

太阳电池的基本原理及分类

基本原理

太阳能光伏发电是利用太阳电池的光伏效应原理直接把太阳辐射能转变为电能的发电方式。典型的太阳电池是一个p-n结半导体二极管。

p型半导体及n型半导体

p-n结和内建电场的形成

电子／空穴对的产生－光生载流子

光伏效应－光生电压

7硅中掺磷形成n 型半导体硅中掺硼形成p 型半导体

p-n 结的形成

晶体硅太阳电池的技术发展

太阳电池效率

化合物

叠层

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太阳能光伏发展简史

1839年法国Becquerel报道光照在插入电解质的电极系统中产生光伏效应；

1954年贝尔实验室的三位专家研制成功效率为6％的第一块单晶硅太阳电池。

纽约时报当时把这一突破性的成果称为“最终导致使无限阳光为人类文明服务的一个新时代的开

始。”－划时代的里程碑；

1958年硅电池首次在空间应用；1960年代电池效率大幅度提高，得到普遍应用。

1970年代初开始在地面应用，1970年代末地面用电池的量已大大超过空间电池；

1998年德国实施十万天棚计划。

2004年德国实施光伏法案，导致了太阳能光伏产业和光伏应用的迅猛发展。

1959年我国第一个实用太阳电池诞生；

1971年太阳电池首次应用于我国第二颗人造卫星—实践1号上；

1980年代我国引进国外关键设备或成套生产线，太阳电池产业初步形成。

2004年后我国大规模引进国外成套生产线，2007年成为光伏生产强国。

提高电池效率的核心技术

太阳电池效率的损失机理

分光学损失和电学损失，迄今为止提高电池效率的所有努力都集中在把光学损失和电学损失降低

到最小。

波段损失：硅的带隙Eg=1.12eV，对应波长大于1.1μm 的光透过；多余能量损失：波长小于1.1μm 的光子能量大于Eg，一个光子只产生一个电子，多余能量变热； 反射损失：硅表面反射率35%；

二极管非线性损失，复合损失，接触电阻损失。