柔性太阳能电池发展与应用

柔性太阳能电池发展与应用

院系：遥感信息工程学院

学号：2009302590055

姓名：刘迪

摘要：随着无定形硅(简称a—si)薄膜太阳能电池的诞生，非晶硅科技已转化为一支大规模的产业。本文将通过分析非晶硅薄膜太阳能电池发展过程和研究现状，进一步介绍薄膜太阳能电池的应用发展前景。

关键词：薄膜太阳能电池、研究现状、实际应用

The Development and Appication Introduction of Thin Film Solar Cell College:School of Remote Sensing and Information Engineering

Sno：2009302590055

Name：Liu Di

Abstract：With the appearance of amorphous silicon (abbreviated from “a-Si”) thin film solar cells，amorphous technology has changed into a large-scale industry．Through analyzing the development course and the present research situation of amorphous silicon thin film solar cells， this paper gives a further introduction to thedevelopment of its application foreground．

Key words：thin film solar cells；present research situation；practical application。

一、太阳能电池的种类预期发展历程

1976年，卡尔松和路昂斯基宣告了无定形硅(简称a—Si)薄膜太阳能电池的诞生，开启了柔性太阳能电池的时代。时至今日，非晶硅科技已转化为一支大规模的产业，对整个光伏洁净可再生能源发展起到巨大的推动作用，极大地增强了人们对作为清洁可再生能源的光伏能替代常规能源的信心。

硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。

单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。

上世纪八十年代末至九十年代初，非晶硅太阳能电池的发展经历了一个调整、完善和提高的过程，其中心任务就是提高太阳能电池的稳定化效率，其核心就是完美结技术和叠层电池技术。上世纪九十年代中期，技术得到较大的突破，

从而出现了更大规模产业化的高潮。世界上先后

建立了多条数兆瓦至十兆瓦高水平的电池组件生产线，产品组件面积为平方米量级，生产流程全部实现自动化。采用了新的封装技术，产品组件寿命在十年以上。产品组件生产以完美结技术和叠层电池技术为基础，产品组件效率达到9％一1 1％，小面积电池最高效率达14．6％。

太阳能电池是制约太阳能发电产业发展的瓶颈技术之一。目前主要的研究工作集中在新材料、新工艺、新设计等方面，其目的是为了提高电池转换效率和降低电池制造成本。制造太阳能电池的材料主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅以及其他新型化合物半导体材料，其中非晶硅属直接转换型半导体，光吸收率大，易于制成厚度0．5微米以下、面积l平方米以上的薄膜，并且容易与其他原子结合制成对近红外高吸收的非晶硅锗集层光电池，这是目前的主攻方向之一；另一种是非晶硅和多晶硅混合薄膜材料，它转换率高、用材省，是新世纪最有前途的薄膜电池之一。

目前，高效聚光太阳能电池效率已经达到32％，高效平板太阳能电池效率达到25％～28％。世界最大的太阳能电池生产厂年产电池36兆瓦，价格在3～4美元／峰瓦，并且正在设计制造年产500兆瓦的生产线，力求使电池价格进一步降至l美元／峰瓦左右。届时，太阳能光伏发电的成本将降至6美元／千瓦·小时，可以与火力发电进行价格竞争同。

二、薄膜太阳能电池的应用前景展望

非晶硅电池生产工艺简单且温度低、耗能小,其市场份额逐年提高。目前,一半以上薄膜太阳能电池公司采用非晶硅薄膜技术,预计几年内,非晶硅薄膜在未来薄膜太阳能电池中将占据主要份额。但光电转换效率低和光致衰退效应是当前非晶硅薄膜电池存在的两大主要问题,为提高效率和稳定性人们在新器件结构、新材料、新工艺和新技术等方面需要加强探索。如在电池结构方面采取叠层式和集成式;在透明导电膜反方面采用不仅具有电阻率低而且具有阻挡离子污染、增大入射光吸收和抗辐射效果的透明导电薄膜代替目前的ITO、ZnO、ZnO ∶Al 等导电膜;在窗口层材料方面探索新型的宽光学带隙和低电阻材料的窗口层

材料,如非晶硅碳、非晶硅氧、微晶硅、微晶硅碳等;在非晶硅薄膜制备技术方面可以改进RF - PECVD、超高真空PECVD 技术、甚高频(V HF) PECVD 技术和微波PECVD 等技术,延长薄膜光子寿命、提高载流子输运能力和薄膜的电子性能以及稳定性等;在界面处理方面可以采取如氢钝化技术以及插入缓冲层减少界面复合损失,提高电池短路电流和开路电压。尽管目前效率低性能不稳定是阻碍非晶硅薄膜太阳能电池大规模工业化生产的主要障碍,然而优化非晶硅薄膜电池的各种技术都还是切实可行的,随着科技的进一步发展,非晶硅薄膜太阳能电池将会得到大规模化应用。

目前，世界上已经建成了l0多座太阳能光伏发电系统。上世纪90年代以来，不少发达国家开始实施太阳能光伏发电屋顶计划，如美国总统宣布的百万光伏屋顶计划，安装规模达1000-3000瓦，日本、欧洲也都有类似的计划。预计到本世纪中叶，光伏发电将达到世界总发电量的20％，成为人类的基础能源之一。目前功率型应用主要集中在三个方面，即：

①传统的商业化应用市场，如通信、交通信号和管网保护等；

②边远地区的供电系统；

③并网的光伏发电系统。

仅从目前各国公布的已实施和正在实施的光伏应用计划，就提供了十几吉瓦