薄膜太阳能最新发展趋势(精)

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薄膜电池工艺链
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第一太阳能碲化镉电池
第一太阳能 18%
2009年9月8日，美国First Solar公司(简称 第一太阳能)宣布将在中国内蒙古建设一座 拥有2千兆瓦发电能力的光伏发电厂。 占地 64平方公里，项目投资额高达数十亿美元。
其他 82%
成功经验： • 长期的经验积累，30年的光伏历史 • 自己直接生产设备 • 为了成本不惜牺牲部分效率
优 点
沉积温度低，成本衬底上，如玻璃、不锈钢和塑料膜上等 电池/组件一次完成，生产程序简单
开路电压高，1.5-2.0 eV, 可调
可透光，容易和建筑结合, BIPV 衬底可以是柔性材料
缺 点
效率低，同等功率面积大
不稳定－ 光衰减(S-W效应) 设备昂贵，建厂成本高
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非晶硅(a-Si)薄膜太阳能电池（续）
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薄膜电池的前景-薄膜与晶硅电池产业链比较
晶 硅 电 池 硅材料 硅片 光伏电池片
光伏电池组件
• 晶体硅制造过程中能耗较高，排放较大 • 薄膜电池产业链较短，用材少，能耗低、无排放，制造成本很低
薄 膜 电 池
原材料
生产
薄膜电池组件
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薄膜电池的前景 -更早达到电网等价点的技术

高效薄膜太阳能技术将提供更低的发电成本，早于晶体硅达到电 网等价点，从而掀起光伏发电的革命
硅基薄膜电池 (Si-based thin film PV cell) 化合物半导体薄膜电池 (Compound thin film PV cell) 染料敏化TiO2电池 (Dye sensitized PV cell) 有机电池 (Organic thin film PV cell) 3.薄膜太阳能电池的发展趋势 (Future trends)
目前公布的最新成本是每瓦85美分,是行业 中最低的。目标是在2014年的时候将每瓦 成本降低到52美分-63美分左右。 薄膜太阳能光伏板能源转换效率目前11.1% 蒸汽转移沉积法 （Vapor Transport Deposition） • 成膜速度低 • 材料利用率低 2009年第一太阳能用了世界的~50%的碲化镉， 生产规模1GW
目前年使用量 水电 生物能源 太阳能 9 50 0.1 实际潜力 50 >276 >1575 理论潜力 147 2000 3900000
风能
0.12
640
6000
单位：兆兆兆焦耳。目前全球能源年总需求约为400兆兆兆焦耳。

地球上几乎所有地方都能使用太阳能 约1%面积使用太阳能，即可满足发达国家的全部能源需求
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光伏电池的分类
单晶硅 晶体硅技术 多晶硅 非晶单节 非晶微晶叠层 非晶锗硅叠层
薄膜光伏电池发展迅猛 目前晶体硅光伏电池占整 个光伏市场份额约85%
非晶硅 碲化镉 薄膜技术 铜铟镓硒 染料敏化
有机薄膜
新型概念
停留在研究室阶段
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多晶硅太阳电池
(美元/公斤）
我国多晶硅产能超过3万吨, 2009年9月国 务院发布了“国发[2009]38号文件(以下简 称“38号文”)风电设备、多晶硅等新兴 产业则被定性为“出现了重复建设倾向”
已发展到第四代 非晶硅/微晶硅双结叠层电池
全国有六十多家已经/正在上马 国产设备会大幅降低成本
•不同层有不同的能带宽度 •吸收不同波段的太阳光 •提高了效率 •双结还有助于提高光稳定性
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非晶/微晶硅薄膜电池

在玻璃基板上真空镀膜而成 叠层薄膜电池共有20层不同材料组成，总 厚度为0.002mm，仅是晶硅电池1%厚度 薄膜电池可以根据用户需求调节透光率，符合光 伏建筑一体化的需要
用改良西门子法生产多晶硅，目前国外 领先企业的综合电耗在150千瓦时/千克 以下，而我国部分企业由于工艺水平相 对落后，综合电耗达到200-300千瓦时/ 千克。“38号文”提出：“到2011年前， 淘汰综合电耗大于200千瓦时/千克的多 晶硅产能。太阳能级多晶硅还原电耗小 于60千瓦时/千克”
环境污染大,副产品——四氯化硅是高毒物质
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发展光伏产业的历史机遇-必要性

伏产业的历史机遇 – 必要性 能源：人类发Hale Waihona Puke Baidu的根本需求
保护地球环境、维护全球气候稳 定- 刻不容缓 世界和平
近年原油价格趋势图

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太阳能:唯一的兆兆瓦量级再生能源

2050年，全球每年共需约800兆兆兆焦耳再生能源，才能稳定大气中 CO2浓度，太阳能是地球上唯一能满足这种规模要求的可再生能源。

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发展光伏产业的历史机遇-巨大规模

2050年，太阳能在能源结构中将占到25%以上
总产值将达到100万亿元（人民币）
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光伏电池在中国
2009年世界 首次突破10 GW 2009年中国 光伏电池产量4.3 GW
产能过剩论
4个火力发电机组就可达2.4GW
三峡26台发电机组，总发电功率20GW
• 2010年中国发电装机容量将达到580 GW左右，其中火电380 GW •光伏发电每度电平均成本为2元人民币，水电及煤电每度却只需要0.2元~0.3元。 • 两头在外，污染严重
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三种主要薄膜电池技术的比较
硅基薄膜

碲化镉

铜铟镓硒

转化效率，非晶为56%，非晶微晶为 8.5%-10%
量产转换率 10% 镉具有毒性 一些主流市场较难进入 （屋顶系统） 碲产量较少，将会成为 瓶颈 没有工业化的生产设备
量产转化效率10%以 上 需要突破一些关键技术 才能达到批量生产水平 铟的短缺可能会成为该 技术发展的瓶颈 不具备成形的大规模生 产设备
薄膜太阳电池发展趋势
The Current Technology and Future Trends of Thin Film Solar Cells
李云博士 (Dr. Yun Li)
2010年10月31日
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提纲（Outline）
1.引言 (Introduction)
2.薄膜太阳电池 (Thin film PV cell)


在产品商业化方面，是
最成熟的技术



没有原材料供应的发展 瓶颈，主要原料为玻璃 和硅烷气体



具有最成熟、最具规模 化的生产设备
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非晶硅(a-Si)薄膜太阳能电池
a-Si 是Si-H(约10％)的一种合金。1976年－RCA实验室－D.Carlson和 C.Wronski ， 最初的效率小于1% 资源丰富，环境安全 直接能带，光的吸收系数高，活性层只需要1m厚，省材料