太阳电池研发现状与最新发展
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下转换材料：1999年，Rene等人发现LiGdF:Eu3+在室温 下可将一个紫外光子转换(quantum cutting)为两个可见光 子，其量子效率接近200%
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太阳电池研发现状与最新发展
•激光掺杂(Laser doping)
有选择性发射结 电池
指交型全背电极 结构电池
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18 MW 18 MW 10.8 MW 17.3 MW 15 MW 15 MW 15 MW 14.75 MW 14.2 MW
安装地点 西班牙, Almaraz(Caceres) 西班牙, El Coronil(Andalucia) 西班牙, Calavéron 韩国,首尔 西班牙, Calasparra(Murcia) 西班牙, Beneixama(Alicante)
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太阳电池研发现状与最新发展
•叠层太阳电池 (Tandem cells)
叠层太阳电池将采用不同禁带宽度材料制备的太阳电池叠 加起来，沿太阳光入射方向电池材料的禁带宽度依次降低 ，因此，入射的太阳光可以得到很好的过滤，能量高的光 子被禁带宽度大的电池吸收，能量低的光子被禁带宽度小 的电池吸收。
西班牙, Olivenza(Badajoz) 西班牙, El Bonillo(Albacete) 西班牙, Las Gabias(Granada) 德国, Turnow-Preilack 西班牙, Calzada de Oropesa(Toledo) 韩国, Gochang (Jeollabukdo) 西班牙, Mahora (Castilla-La- Mancha) 德国, Köthen (Sachsen- Anhalt) 美国, Nellis, NV
•07年：2.4 GW
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•08年：5.65 GW
太阳电池研发现状与最新发展
•全球50大光伏发电站
容量 60 MW 50 MW 46 MW 40 MW 34 MW 30 MW 30 MW 30 MW
28 MW 26 MW 24 MW 23.2 MW
23.1 MW 23 MW
安装地点 西班牙, Olmedilla
建造商, 建造时间 Nobesol, September 2008
西班牙, Puertollano(Castila-La Mancha) Renovalia, 2008
葡萄牙, Moura (Alentejo)
ACCIONA Energia, December 2008
德国, Brandis
juwi GmbH, 2007-2008
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太阳电池研发现状与最新发展
•4.6 薄膜太阳电池生产技术（AM）
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太阳电池研发现状与最新发展
•SunFab PECVD 5.7 System for Thin Film Si
• 占93%
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太阳电池研发现状与最新发展
•不同组件的效率分布及平均值
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太阳电池研发现状与最新发展
•Mono: 187 Watts •Poly: 190 Watts
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•不同组件的功率分布
太阳电池研发现状与最新发展
• 16家光伏组件每千瓦年发电量比较 (kWh/kW )
西班牙, Arnedo (La Rioja)
T-Solar, October 2008
西班牙, Osa de la Vega (Cuenca)
2008
西班牙, Trujillo (Cáceres)
Elecnor, 2008
西班牙, Merida (Extremadura) 西班牙, Casas de Los Pinos
太阳电池研发现状与最新发展
•高速打印： •10万个喷嘴，每秒喷 出20-30万滴
•高速摄影，质量控制
•4.2 高速打印技术
•硅片做得更薄，不会损坏
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太阳电池研发现状与最新发展
•4.3 薄硅片技术
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•真空室：离 子针注入H+
离子，离表 面150微米
•加热，氢释 放使薄硅片 自然分离
太阳电池研发现状与最新发展
Class VII Class VI Class V Class IV Class III Class II Class I
> 20 MW 10-20 5-10 3-5 1-3 0.5-1 0.2-0.5
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太阳电池研发现状与最新发展
•全球大型光伏电站的安装情况(1995-2008)
•
建筑组件
•
全新工艺
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太阳电池研发现状与最新发展
•4.1 “第三代光伏电池”概念
第三代光伏电池以高转换效率、原料储藏丰富等为设计出 发点，主要包括叠层光伏电池、多能带光伏电池、冲击离 子化光伏电池、热载流子光伏电池、上下转换光伏电池、 热光伏电池等；
目前第三代光伏电池多数还处于探索阶段，少数技术已成 熟并逐渐进入商业化。
太阳电池研发现状与最新发展
•叠层太阳电池 (Tandem cells)
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•三叠层最理想
太阳电池研发现状与最新发展
•上下转换太阳电池 (up and down conversion solar cells)
利用上转换材料，将两个不能被太阳电池吸收的低能光 子转换为一个可被太阳电池吸收的高能光子；
2008
西班牙, Abertura(Caceres)
Iberdrola, 2008
西班牙, Hoya de Los Vincentes, Jumilla Luzentia, January 2008
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太阳电池研发现状与最新发展
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容量 22.1 MW 21.47 MW 21.2 MW 20 MW 20 MW 20 MW
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太阳电池研发现状与最新发展
•16家光伏组件每月发电量比较 (kWh/kW)
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太阳电池研发现状与最新发展
•4、新技术发展
•电池
•
“第三代光伏电池”概念
•
物理提纯硅片电池
•
激光工艺应用
•
高效电池 -背电极
•
选择发射极电池
•
电极新工艺----银电极取代
•组件技术
•
中空组件
建造商, 建造时间 OPDE, September 2008 APIA XXI, 2008 EPURON GmbH, 2008 2009 2008 City Solar AG，Accener S.L., September 2007 November 2008 October 2008 2008 juwi Holding, 2009 2009 Solarworld, October 2008 City Solar AG, September 2008 juwi Holding, December 2008 SunPower Corp., December 2007
•(plants)
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太阳电池研发现状与最新发展
•世界最大PV发电站：西班牙 Olmedilla 60 MW
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太阳电池研发现状与最新发展
•德国最大PV发电站：Lieberose-solarpark 40 MW
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太阳电池研发现状与最新发展
•北美最大PV发电站：美国Las Vegas空间基地 14 MW
•欧洲联合研究中心对未来能源发展预测
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•PV
•可再生
•核能
太阳电池研发现状与最新发展
太阳电池原理
•200-m 厚的硅片
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•电池片
•2
•电池组件
•3
•4 •光伏发电厂
太阳电池研发现状与最新发展
•太阳电池分类
•太阳电池
•晶体硅电池
•薄膜电池
•单晶硅电池
•多晶硅电 池
•硅基薄膜电池
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太阳电池研发现状与最新发展
•上下转换光伏电池材料
上转换材料主要是一些稀土化合物(如Ba2ErCl7, BaLn2F8 等)和稀土掺杂的氧化物、氟化物、氯化物和硫化物等；
2005年 Shalav等人将工业上应用的NaYF4:Er3+上转换材 料应用到硅太阳电池的背面， 电池在激发波长为1523nm ，功率为5.1mW的光辐照下，外量子效率达到2.5%，内 量子效率达到3.8%。
•化合物半导体薄膜电 池
•HIT
•非晶硅
•非/微晶
ห้องสมุดไป่ตู้
•碲化镉 •铜铟镓硒 •砷化镓
•(α-Si)
硅叠层电
•（CdTe） •（CIGS） •（GaAs）
池
•（α-Si）
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太阳电池研发现状与最新发展
•太阳电池效率
种类
单晶硅
最高效率 (%)
2•430% limit (single junction)
能源都称之为新能源。
•太阳能
•风能
•生物质能 •核能
•Wave •Tide
•地热、潮 汐能……
•资源丰富、利用方便、洁净无污染
•太阳能利用的重要途径之一是研制太阳电池！
•中华人民共和国 国家发展和改革委员会 • 《中国新能源与可再生能源发展规划1999白皮书》
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太阳电池研发现状与最新发展
太阳电池研发现状与最 新发展
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2020/11/15
太阳电池研发现状与最新发展
•目录：
•1.太阳电池简介 •2. 世界大型光伏电站介绍
•3.几种太阳电池的性能比较 •4.太阳电池新技术发展
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太阳电池研发现状与最新发展
新能源分类
•新能源
•广义上来说，有别于传 统依靠矿物质原料燃烧的
太阳电池研发现状与最新发展
•4.4 晶体硅太阳电池组件的成本构成
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太阳电池研发现状与最新发展
•晶体硅太阳电池组件自动化生产线
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太阳电池研发现状与最新发展
•4.5 建筑组件结构
•一般组件：单层结构: 玻璃/TPT； 玻璃/玻璃 • 建筑组件：双层结构：玻璃/玻璃－隔热；玻璃/玻璃-隔热-安全玻璃
关键技术：隧道结，叠层电池匹配；
分类：非晶硅体系(α-Si:H/α-SiGe:H、μc-Si:H/α-Si:H)，
• GaSb)
Ⅲ-Ⅴ族化合物体系(GaInP/GaAs/Ge、GaInP/GaAs、GaAs/
•
硅量子点体系(Si/SiO2、 Si/Si3N4 、 Si/SiC)等。
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太阳电池研发现状与最新发展
晶体硅太阳能光伏产业链
•单晶硅棒
•单晶硅 片
•单晶硅太阳电池片
•单晶电池组件
•太阳能级 •多晶硅料
•多晶硅锭
•多晶硅片
•多晶硅太阳电池片
•各个环节都有技术提升 的要求，也取得了一些 进展。
•太阳能发电站(系 统)
•多晶电池组件
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太阳电池研发现状与最新发展
•晶体硅和薄膜太阳电池产业链对比
Deutsche Bank AG等，September 2008 Renovalia, 2008
西班牙, Fuente Álamo(Murcia)
August 2008
韩国, Sinan
Conergy Ltd., October 2008
西班牙, Lucainena de las Torres(Almeria)New Energy Invest GmbH, August
晶体硅太阳电池产业链
硅棒、硅锭 硅片
电池单元 电池板 接线贴盒
安装
售电
生产设备
辅助设备
薄膜太阳电池产业链
Thin film
电池单元 光伏组阵 接线贴盒
安装
售电
高度整合
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太阳电池研发现状与最新发展
•世界太阳电池产量1999 - 2008
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太阳电池研发现状与最新发展
•世界太阳电池07/08安装量
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太阳电池研发现状与最新发展
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太阳电池研发现状与最新发展
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•西班牙Almeria 1太5阳.4电M池研W发现状与最新发展
•3、组件测试结果（Photon发布）
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太阳电池研发现状与最新发展
• 组件仍以晶体硅为主，其 中：1456块多晶；995块单 晶；8块复合（晶体/非晶）
利用下转换材料，将一个高能光子转换为两个可被太阳 电池吸收的低能光子。
•Trupke. T, et al. Journal of applied physics, 2002, 92:4117-4122 •Trupke. T, et al. Journal of applied physics, 2002, 92:1668-1674
多晶硅
18
非晶硅
13
CIS，CIGS
~20
DSSC
11
多结（例如
~42
GaAs，InGaP
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•单晶硅 •多晶硅 •TF非晶硅
•Source: NREL 太阳电池研发现状与最新发展
光伏产业基本产业链
研发中心
设备生产商 发电应用
•电池生产 商
•质量检测
原料供应商 组件生产商
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太阳电池研发现状与最新发展
•激光掺杂(Laser doping)
有选择性发射结 电池
指交型全背电极 结构电池
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18 MW 18 MW 10.8 MW 17.3 MW 15 MW 15 MW 15 MW 14.75 MW 14.2 MW
安装地点 西班牙, Almaraz(Caceres) 西班牙, El Coronil(Andalucia) 西班牙, Calavéron 韩国,首尔 西班牙, Calasparra(Murcia) 西班牙, Beneixama(Alicante)
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太阳电池研发现状与最新发展
•叠层太阳电池 (Tandem cells)
叠层太阳电池将采用不同禁带宽度材料制备的太阳电池叠 加起来，沿太阳光入射方向电池材料的禁带宽度依次降低 ，因此，入射的太阳光可以得到很好的过滤，能量高的光 子被禁带宽度大的电池吸收，能量低的光子被禁带宽度小 的电池吸收。
西班牙, Olivenza(Badajoz) 西班牙, El Bonillo(Albacete) 西班牙, Las Gabias(Granada) 德国, Turnow-Preilack 西班牙, Calzada de Oropesa(Toledo) 韩国, Gochang (Jeollabukdo) 西班牙, Mahora (Castilla-La- Mancha) 德国, Köthen (Sachsen- Anhalt) 美国, Nellis, NV
•07年：2.4 GW
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•08年：5.65 GW
太阳电池研发现状与最新发展
•全球50大光伏发电站
容量 60 MW 50 MW 46 MW 40 MW 34 MW 30 MW 30 MW 30 MW
28 MW 26 MW 24 MW 23.2 MW
23.1 MW 23 MW
安装地点 西班牙, Olmedilla
建造商, 建造时间 Nobesol, September 2008
西班牙, Puertollano(Castila-La Mancha) Renovalia, 2008
葡萄牙, Moura (Alentejo)
ACCIONA Energia, December 2008
德国, Brandis
juwi GmbH, 2007-2008
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太阳电池研发现状与最新发展
•4.6 薄膜太阳电池生产技术（AM）
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太阳电池研发现状与最新发展
•SunFab PECVD 5.7 System for Thin Film Si
• 占93%
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太阳电池研发现状与最新发展
•不同组件的效率分布及平均值
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太阳电池研发现状与最新发展
•Mono: 187 Watts •Poly: 190 Watts
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•不同组件的功率分布
太阳电池研发现状与最新发展
• 16家光伏组件每千瓦年发电量比较 (kWh/kW )
西班牙, Arnedo (La Rioja)
T-Solar, October 2008
西班牙, Osa de la Vega (Cuenca)
2008
西班牙, Trujillo (Cáceres)
Elecnor, 2008
西班牙, Merida (Extremadura) 西班牙, Casas de Los Pinos
太阳电池研发现状与最新发展
•高速打印： •10万个喷嘴，每秒喷 出20-30万滴
•高速摄影，质量控制
•4.2 高速打印技术
•硅片做得更薄，不会损坏
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太阳电池研发现状与最新发展
•4.3 薄硅片技术
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•真空室：离 子针注入H+
离子，离表 面150微米
•加热，氢释 放使薄硅片 自然分离
太阳电池研发现状与最新发展
Class VII Class VI Class V Class IV Class III Class II Class I
> 20 MW 10-20 5-10 3-5 1-3 0.5-1 0.2-0.5
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太阳电池研发现状与最新发展
•全球大型光伏电站的安装情况(1995-2008)
•
建筑组件
•
全新工艺
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太阳电池研发现状与最新发展
•4.1 “第三代光伏电池”概念
第三代光伏电池以高转换效率、原料储藏丰富等为设计出 发点，主要包括叠层光伏电池、多能带光伏电池、冲击离 子化光伏电池、热载流子光伏电池、上下转换光伏电池、 热光伏电池等；
目前第三代光伏电池多数还处于探索阶段，少数技术已成 熟并逐渐进入商业化。
太阳电池研发现状与最新发展
•叠层太阳电池 (Tandem cells)
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•三叠层最理想
太阳电池研发现状与最新发展
•上下转换太阳电池 (up and down conversion solar cells)
利用上转换材料，将两个不能被太阳电池吸收的低能光 子转换为一个可被太阳电池吸收的高能光子；
2008
西班牙, Abertura(Caceres)
Iberdrola, 2008
西班牙, Hoya de Los Vincentes, Jumilla Luzentia, January 2008
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太阳电池研发现状与最新发展
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容量 22.1 MW 21.47 MW 21.2 MW 20 MW 20 MW 20 MW
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太阳电池研发现状与最新发展
•16家光伏组件每月发电量比较 (kWh/kW)
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太阳电池研发现状与最新发展
•4、新技术发展
•电池
•
“第三代光伏电池”概念
•
物理提纯硅片电池
•
激光工艺应用
•
高效电池 -背电极
•
选择发射极电池
•
电极新工艺----银电极取代
•组件技术
•
中空组件
建造商, 建造时间 OPDE, September 2008 APIA XXI, 2008 EPURON GmbH, 2008 2009 2008 City Solar AG，Accener S.L., September 2007 November 2008 October 2008 2008 juwi Holding, 2009 2009 Solarworld, October 2008 City Solar AG, September 2008 juwi Holding, December 2008 SunPower Corp., December 2007
•(plants)
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太阳电池研发现状与最新发展
•世界最大PV发电站：西班牙 Olmedilla 60 MW
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太阳电池研发现状与最新发展
•德国最大PV发电站：Lieberose-solarpark 40 MW
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太阳电池研发现状与最新发展
•北美最大PV发电站：美国Las Vegas空间基地 14 MW
•欧洲联合研究中心对未来能源发展预测
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•PV
•可再生
•核能
太阳电池研发现状与最新发展
太阳电池原理
•200-m 厚的硅片
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•电池片
•2
•电池组件
•3
•4 •光伏发电厂
太阳电池研发现状与最新发展
•太阳电池分类
•太阳电池
•晶体硅电池
•薄膜电池
•单晶硅电池
•多晶硅电 池
•硅基薄膜电池
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太阳电池研发现状与最新发展
•上下转换光伏电池材料
上转换材料主要是一些稀土化合物(如Ba2ErCl7, BaLn2F8 等)和稀土掺杂的氧化物、氟化物、氯化物和硫化物等；
2005年 Shalav等人将工业上应用的NaYF4:Er3+上转换材 料应用到硅太阳电池的背面， 电池在激发波长为1523nm ，功率为5.1mW的光辐照下，外量子效率达到2.5%，内 量子效率达到3.8%。
•化合物半导体薄膜电 池
•HIT
•非晶硅
•非/微晶
ห้องสมุดไป่ตู้
•碲化镉 •铜铟镓硒 •砷化镓
•(α-Si)
硅叠层电
•（CdTe） •（CIGS） •（GaAs）
池
•（α-Si）
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太阳电池研发现状与最新发展
•太阳电池效率
种类
单晶硅
最高效率 (%)
2•430% limit (single junction)
能源都称之为新能源。
•太阳能
•风能
•生物质能 •核能
•Wave •Tide
•地热、潮 汐能……
•资源丰富、利用方便、洁净无污染
•太阳能利用的重要途径之一是研制太阳电池！
•中华人民共和国 国家发展和改革委员会 • 《中国新能源与可再生能源发展规划1999白皮书》
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太阳电池研发现状与最新发展
太阳电池研发现状与最 新发展
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2020/11/15
太阳电池研发现状与最新发展
•目录：
•1.太阳电池简介 •2. 世界大型光伏电站介绍
•3.几种太阳电池的性能比较 •4.太阳电池新技术发展
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太阳电池研发现状与最新发展
新能源分类
•新能源
•广义上来说，有别于传 统依靠矿物质原料燃烧的
太阳电池研发现状与最新发展
•4.4 晶体硅太阳电池组件的成本构成
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太阳电池研发现状与最新发展
•晶体硅太阳电池组件自动化生产线
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太阳电池研发现状与最新发展
•4.5 建筑组件结构
•一般组件：单层结构: 玻璃/TPT； 玻璃/玻璃 • 建筑组件：双层结构：玻璃/玻璃－隔热；玻璃/玻璃-隔热-安全玻璃
关键技术：隧道结，叠层电池匹配；
分类：非晶硅体系(α-Si:H/α-SiGe:H、μc-Si:H/α-Si:H)，
• GaSb)
Ⅲ-Ⅴ族化合物体系(GaInP/GaAs/Ge、GaInP/GaAs、GaAs/
•
硅量子点体系(Si/SiO2、 Si/Si3N4 、 Si/SiC)等。
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太阳电池研发现状与最新发展
晶体硅太阳能光伏产业链
•单晶硅棒
•单晶硅 片
•单晶硅太阳电池片
•单晶电池组件
•太阳能级 •多晶硅料
•多晶硅锭
•多晶硅片
•多晶硅太阳电池片
•各个环节都有技术提升 的要求，也取得了一些 进展。
•太阳能发电站(系 统)
•多晶电池组件
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太阳电池研发现状与最新发展
•晶体硅和薄膜太阳电池产业链对比
Deutsche Bank AG等，September 2008 Renovalia, 2008
西班牙, Fuente Álamo(Murcia)
August 2008
韩国, Sinan
Conergy Ltd., October 2008
西班牙, Lucainena de las Torres(Almeria)New Energy Invest GmbH, August
晶体硅太阳电池产业链
硅棒、硅锭 硅片
电池单元 电池板 接线贴盒
安装
售电
生产设备
辅助设备
薄膜太阳电池产业链
Thin film
电池单元 光伏组阵 接线贴盒
安装
售电
高度整合
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太阳电池研发现状与最新发展
•世界太阳电池产量1999 - 2008
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太阳电池研发现状与最新发展
•世界太阳电池07/08安装量
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太阳电池研发现状与最新发展
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•西班牙Almeria 1太5阳.4电M池研W发现状与最新发展
•3、组件测试结果（Photon发布）
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太阳电池研发现状与最新发展
• 组件仍以晶体硅为主，其 中：1456块多晶；995块单 晶；8块复合（晶体/非晶）
利用下转换材料，将一个高能光子转换为两个可被太阳 电池吸收的低能光子。
•Trupke. T, et al. Journal of applied physics, 2002, 92:4117-4122 •Trupke. T, et al. Journal of applied physics, 2002, 92:1668-1674
多晶硅
18
非晶硅
13
CIS，CIGS
~20
DSSC
11
多结（例如
~42
GaAs，InGaP
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•单晶硅 •多晶硅 •TF非晶硅
•Source: NREL 太阳电池研发现状与最新发展
光伏产业基本产业链
研发中心
设备生产商 发电应用
•电池生产 商
•质量检测
原料供应商 组件生产商
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