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非晶硅薄膜太阳能电池


非晶硅薄膜太阳能电池
1, 前言 2, 薄膜太阳能电池分类 3, 太阳能电池的未来市场需求 4, 为何要发展薄膜非晶硅太阳电池 5, 非晶硅太阳电池的发展及趋势 6, 非晶硅薄膜太阳能电池的优点 7, 非晶硅薄膜太阳能电池存在的问题 8, 非晶硅薄膜太阳能电池的主要市场 9, 世界主要非晶硅太阳电池生产厂家 10,中国非晶薄膜电池产业现状及存在问题 11,中国应当抓住的

机遇

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前言
新能源和可再生能源是21世纪世界经济发展中最具决定性影响的技术 新能源和可再生能源是21世纪世界经济发展中最具决定性影响的技术 21 领域之一。光伏电池是一种重要的可再生能源,既可作为独立能源, 领域之一。光伏电池是一种重要的可再生能源,既可作为独立能源, 亦可实现并网发电,而且是零污染排放。 亦可实现并网发电,而且是零污染排放。 硅太阳能电池由于成本原因,最初只能用于空间, 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,应用也逐步扩大。 艺成熟,应用也逐步扩大。面对今天的能源供应状况和日益严重的环 境污染,以至危及人类自身生存的现实, 境污染,以至危及人类自身生存的现实,开发新能源和可再生能源的 理念已被世界各国广泛接受。 理念已被世界各国广泛接受。 大力发展薄膜型太阳能电池不失为当前最明智的选择, 大力发展薄膜型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,为何如此而言请听下面分解。 的一面,为何如此而言请听下面分解。

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薄膜太阳能电池分类
非晶硅薄膜太阳能电池 微(多)晶硅薄膜太阳能电池 铜铟硒薄膜太阳能电池 铜铟镓硒薄膜太阳能电池 碲化隔薄膜太阳能电池 染料敏化薄膜太阳能电池 有机薄膜太阳能电池 其他

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太阳能电池的未来市场需求
进入21世纪以来, 进入 世纪以来,全球范围内对太阳能电池的需 世纪以来 求快速增长,每年以40%以上的速度递增。国内外 以上的速度递增。 求快速增长,每年以 以上的速度递增 也分别实施了上网电价补贴法, 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。 的增长步伐。 中国已于2005年通过了“可再生能源法”2006年 年通过了“可再生能源法” 中国已于 年通过了 年 将采用“一案一议”的办法实施上网电价补贴法。 将采用“一案一议”的办法实施上网电价补贴法。 可以预计, 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。 列出了到2030年世界光伏市场 阶段即将到来。表1列出了到 列出了到 年世界光伏市场 的年需求量。 兆瓦, 的年需求量。到2010年,年需求量为 年 年需求量为14000兆瓦, 兆瓦 而目前,全世界光伏工业的总产能约为1500兆瓦, 兆瓦, 而目前,全世界光伏工业的总产能约为 兆瓦 年内要达14000兆瓦,可见其发展速度十分惊 兆瓦, 在4年内要达 年内要达 兆瓦 人。
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表1 国际光伏市场需求及预测
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

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为何要发展非晶硅薄膜太阳电池? 为何要发展非晶硅薄膜太阳电池?
光伏工业的高速发展和关键原材料高纯硅短缺的矛盾
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 兆瓦晶体硅太阳能,约需 吨高纯硅, 按照目前全世界年产 兆瓦晶体硅太阳能 吨高纯硅 几年全世界高纯硅的产能仅为25000吨,70%左右回用于制造集成电路, 左右回用于制造集成电路, 几年全世界高纯硅的产能仅为 吨 左右回用于制造集成电路 二极管,三极管等半导体器件,绝对满足不了光伏工业的需求, 二极管,三极管等半导体器件,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 美元/公斤上升至 美元/公 盾十分突出,并导致全球范围内高纯硅从 美元 公斤上升至 美元 斤以上,使得2003年前国际市场每瓦太阳能电池 美元左右上升到 美 年前国际市场每瓦太阳能电池2美元左右上升到 斤以上,使得 年前国际市场每瓦太阳能电池 美元左右上升到3.5美 元。 中国情况更加严重,市场价达到人民币 元 且有价无市。 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年内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。 年内是得不到根本解决的, 年内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。 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2项技 转换效率 项技 术是否能突破,直接影响其与其他薄膜太阳能电池的竞争。 术是否能突破,直接影响其与其他薄膜太阳能电池的竞争。但硅材短缺 问题要从根本上解决十分困难。 问题要从根本上解决十分困难。

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非晶硅太阳电池的起源
非晶硅薄膜太阳能电池由Carlson和Wronski在20世纪 年代中期开发成 和 世纪70年代中期开发成 非晶硅薄膜太阳能电池由 在 世纪 年代其生产曾达到高潮, 功,80年代其生产曾达到高潮,约占全球太阳能电池总量的 %左右,但 年代其生产曾达到高潮 约占全球太阳能电池总量的20%左右, 由于非晶硅太阳能电池转化效率低于晶体硅太阳能电池,而且非晶硅太阳 由于非晶硅太阳能电池转化效率低于晶体硅太阳能电池,而且非晶硅太阳 能电池存在光致衰减效应的缺点: 能电池存在光致衰减效应的缺点:光电转换效率会随着光照时间的延续而 衰减,其发展速度逐步放缓。 衰减,其发展速度逐步放缓。 目前非晶硅薄膜太阳能电池产量占全球太阳能电池总量的10%左右。 目前非晶硅薄膜太阳能电池产量占全球太阳能电池总量的 %左右。但由 晶体硅的短缺及价格上涨将是长期存在的事实,即使晶体硅瓶颈突破, 于晶体硅的短缺及价格上涨将是长期存在的事实,即使晶体硅瓶颈突破, 能源节省优势仍然能保障非晶硅太阳能电池的生存空间 仍然能保障非晶硅太阳能电池的生存空间。 能源节省优势仍然能保障非晶硅太阳能电池的生存空间。

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非晶硅薄膜太阳能电池的优点
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) 弱光响应好(充电效率高) 其他

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低成本
单结晶硅太阳电池的厚度<0.5um。 单结晶硅太阳电池的厚度<0.5um。 厚度<0.5um 主要原材料是生产高纯多晶硅过程中使用的硅烷,这种气体, 主要原材料是生产高纯多晶硅过程中使用的硅烷,这种气体,化学工业 硅烷 可大量供应,且十分便宜, 可大量供应,且十分便宜,制造一瓦非晶硅太阳能电池的原材料本约 RMB3.5效率高于6% 6%) RMB3.5-4(效率高于6%) 且晶体硅太阳电池的基本厚度为240-270um,相差200多倍, 且晶体硅太阳电池的基本厚度为240-270um,相差200多倍,大规模生产 240 200多倍 需极大量的半导体级,仅硅片的成本就占整个太阳电池成本的65 70%, 65需极大量的半导体级,仅硅片的成本就占整个太阳电池成本的65-70%, 在中国1瓦晶体硅太阳电池的硅材料成本已上升到RMB22以上。 RMB22以上 在中国1瓦晶体硅太阳电池的硅材料成本已上升到RMB22以上。 从原材料供应角度分析,人类大规模使用阳光发电, 从原材料供应角度分析,人类大规模使用阳光发电,最终的选择只能是 非晶硅太阳电池及其它薄膜太阳电池,别无它法! 非晶硅太阳电池及其它薄膜太阳电池,别无它法!

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能量返回期短
转换效率为6%的非晶硅太阳电池,其生产用电约1.9度电/ 转换效率为6%的非晶硅太阳电池,其生产用电约1.9度电/瓦,由它发电 6%的非晶硅太阳电池 1.9度电 后返回的时间约为1.5 1.5这是晶硅太阳电池无法比拟的。 后返回的时间约为1.5-2年,这是晶硅太阳电池无法比拟的。

大面积自动化生产
目前,世界上最大的非晶硅太阳电池是Switzland Unaxis的KAI-1200 目前,世界上最大的非晶硅太阳电池是Switzland Unaxis的KAI1100mm*1250mm单结晶非晶硅太阳电池 设备生产的1100mm*1250mm单结晶非晶硅太阳电池, PECVD 设备生产的1100mm*1250mm单结晶非晶硅太阳电池,起初是效率 高于9% 其稳定输出功率接近80W/ 9%。 80W/片 高于9%。其稳定输出功率接近80W/片。 商品晶体硅太阳电池还是以156mm*156mm和125mm*125mm为主。 商品晶体硅太阳电池还是以156mm*156mm和125mm*125mm为主。 156mm*156mm 为主

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短波响应优于晶体硅太阳电池
上海尤力卡公司曾在中国甘肃省酒泉市安装一套6500瓦非晶硅太阳能电 上海尤力卡公司曾在中国甘肃省酒泉市安装一套6500瓦非晶硅太阳能电 6500 每千瓦发电量为1300KWh 1300KWh, 站,其每千瓦发电量为1300KWh,而晶体硅太阳电池每千瓦的年发电量约 1100-1200KWh。非晶硅太阳电池显示出其极大的使用优势。 为1100-1200KWh。非晶硅太阳电池显示出其极大的使用优势。下图为该 电站的现场照片,第一代非晶硅太阳电池的以上优点已被人们所接受。 电站的现场照片,第一代非晶硅太阳电池的以上优点已被人们所接受。 2003年以来全世界太阳能市场需求量急剧上升 年以来全世界太阳能市场需求量急剧上升, 2003年以来全世界太阳能市场需求量急剧上升,非晶硅太阳电池也出现 供不应求的局面。 供不应求的局面。

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非晶硅太阳能电池存在的问题
效率较低
单晶硅太阳能电池,单体效率为14%-17%(AMO),而柔性基体非晶硅太阳 单晶硅太阳能电池,单体效率为14%-17%(AMO), 效率为14% 电池组件(约1000平方厘米)的效率为10-12%,还存在一定差距。 电池组件( 1000平方厘米) 效率为10-12%,还存在一定差距。 平方厘米 10 相同的输出电量所需太阳能电池面积增加,对于对太阳能电池占地面积 相同的输出电量所需太阳能电池面积增加, 要求不高的场合尤其适用,如农村和西部地区。 要求不高的场合尤其适用,如农村和西部地区。 我国目前尚有约28000个村庄、700万户、大约3000万农村人口还没有用 我国目前尚有约28000个村庄、700万户、大约3000万农村人口还没有用 28000个村庄 万户 3000 上电, 60%的有电县严重缺电 的有电县严重缺电; 上电, 60%的有电县严重缺电;光致衰减效应也可在电量输出中加以考 我们认为以上缺点已不成为其发展的障碍, 虑,我们认为以上缺点已不成为其发展的障碍,非晶硅太阳能电池已迎 来新的发展机遇。 来新的发展机遇。

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稳定性问题 非晶硅太阳能电池的光致衰减,所谓的W 效应, 非晶硅太阳能电池的光致衰减,所谓的W-S效应,是影响其大规 光致衰减 模生产的重要因素。目前, 模生产的重要因素。目前,柔性基体非晶硅太阳能电池稳定效率 已超过10% 已具备作为空间能源的基本条件。 10%, 已超过10%,已具备作为空间能源的基本条件。

成本问题 非晶硅太阳能电池投资额是晶体硅太阳能电池的5倍左右, 非晶硅太阳能电池投资额是晶体硅太阳能电池的5倍左右,因此 项目投资有一定的资金壁垒。 成本回收周期较长, 项目投资有一定的资金壁垒。且,成本回收周期较长,昂贵的设 备折旧率是大额回报率的一大瓶颈。 备折旧率是大额回报率的一大瓶颈。

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非晶硅太阳电池的市场
大规模地成本发电站
1996年美国APS公司在美国加州建了一个400千瓦的非晶硅电站, 1996年美国APS公司在美国加州建了一个400千瓦的非晶硅电站,引起光 年美国APS公司在美国加州建了一个400千瓦的非晶硅电站 伏产业振动。 伏产业振动。 Mass公司(欧洲第三大太阳能系统公司)去年从中国进口约5MWp的非晶硅 Mass公司(欧洲第三大太阳能系统公司)去年从中国进口约5MWp的非晶硅 公司 5MWp 太阳能电池。 太阳能电池。 日本CANECA公司年产25MWp的非晶硅太阳能电池大部分输往欧洲建大型 日本CANECA公司年产25MWp的非晶硅太阳能电池大部分输往欧洲建大型 CANECA公司年产25MWp 发电站(约每座500KWp 1000KWp)。 500KWp发电站(约每座500KWp-1000KWp)。 德国RWESCHOOTT公司也具有30MWp年产量,全部用于建大规模太阳能电站。 德国RWESCHOOTT公司也具有30MWp年产量,全部用于建大规模太阳能电站。 RWESCHOOTT公司也具有30MWp年产量

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与建筑相配合, 与建筑相配合,建造太阳能房
非晶硅太阳能电池可以制成半透明的,如作为建筑的一部分, 非晶硅太阳能电池可以制成半透明的,如作为建筑的一部分,白天既 能发电又能使部分光线透过玻璃进入室内, 能发电又能使部分光线透过玻璃进入室内,为室内提供十分柔和的照 明(紫外线被滤掉 能挡风雨,又能发电;美国,欧洲和日本的太阳能电 紫外线被滤掉)能挡风雨,又能发电 美国, 紫外线被滤掉 能挡风雨 美国 池厂家已生产这种非晶硅瓦。 池厂家已生产这种非晶硅瓦。

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太阳能照明光源
由于非晶硅太阳能电池的技术优势,同样功率的非晶硅太阳能灯具, 由于非晶硅太阳能电池的技术优势,同样功率的非晶硅太阳能灯具,其照 明时间要比晶体硅太阳能路灯的照明时间长20% 而其成本每瓦要低约10 20%, 明时间要比晶体硅太阳能路灯的照明时间长20%,而其成本每瓦要低约10 元人民币。上海尤利卡公司于2003 2003年 2005年已为松江区的太阳能路灯提 年已为松江区的太阳能路灯 元人民币。上海尤利卡公司于2003年-2005年已为松江区的太阳能路灯提 供了400多个非晶硅太阳能路灯电源,其冬天的发电效果明显优于晶体硅。 400多个非晶硅太阳能路灯电源 供了400多个非晶硅太阳能路灯电源,其冬天的发电效果明显优于晶体硅。

弱光下使用
由于非晶硅太阳能电池在室内弱光下也能发电,已被广泛用于太阳能钟, 由于非晶硅太阳能电池在室内弱光下也能发电,已被广泛用于太阳能钟, 太阳能钟 太阳能手表,太阳能显示牌等不直接受光照等场合下 等不直接受光照等场合下。 太阳能手表,太阳能显示牌等不直接受光照等场合下。

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世界主要非晶硅太阳电池生产厂家
MWp/年 日本kaneka 25 德国RWE Schottsolar 30 日本三菱电机 10 日本富士通 10 日本TDK 5 日本三洋太阳能 5 美国ECD 15 美国联合太阳能 25 英国Intersolar 5 德国Esole 生产品种 910*910mm电池组件 ,玻璃衬底 最大组件100*605mm,玻璃衬底 玻璃衬底非晶太阳电池 聚合物为衬底柔性非晶太阳电池 不锈钢为衬底,效率高于8% 聚酰亚胺为衬底,效率高于8.5% 研究单位 不锈钢,聚酰亚胺为衬底,效率高于10% 305*915mm玻璃衬底,效率大于7% 明年投产,约40MWp生产线

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中国非晶硅太阳电池产业现状及存在问题
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
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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

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。 存在问题:产量少;效率低;稳定性差;面积小;外观不均匀。
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中国应当抓住的机遇
自主大规模生产技术 自主核心设备技术
*PECVD/溅射设备/专用激光/APCVD

高效率大面积低成本生产实现每瓦USD1的目标 的目标 高效率大面积低成本生产实现每瓦
下表为年产20MWp生产线非晶硅电池组件的成本,稳定效率〉6%,组件面积100mm*100mm

材料 各种 5mm浮法玻 气体 璃及导电膜
每瓦 成本 (元/ 瓦)

电极材料及 工具
封装材料

五金材 料

备品 备件

其它 材料

劳防用品 其它

3.71

2.67

3.91

0.035

0.05

0.31

0.02

0.01

3.12

小 计
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12.58
19

谢 谢!

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