1硅基薄膜太陽電池基礎(chǔ)知識(shí)

介紹部門:技術(shù)部

2010年5月31日12太陽電池分類硅基薄膜太陽電池的發(fā)展硅基薄膜太陽電池的優(yōu)缺點(diǎn)薄膜電池的光照性能衰退現(xiàn)象電池光電轉(zhuǎn)換效率的計(jì)算薄膜電池工藝基礎(chǔ)簡介提綱23薄膜太陽電池分類硅基薄膜太陽電池的發(fā)展薄膜電池的光照性能衰退現(xiàn)象電池光電轉(zhuǎn)換效率的計(jì)算電池片的應(yīng)用一、太陽能電池分類匯總3薄膜太陽電池簡介硅薄膜

碲鎘系(CdTe)染料薄膜和有機(jī)薄膜(TiO2)非晶,非晶/微晶(a-Si,a-Si/c-Si)FirstSolar，USUnitedSolar(~8%),EPV(5~6%)USKaneka,Sharp(8~10%)JapanLG,周星(~9.6%)韓國銅銦系(CIS,CIGS)金屬薄膜正泰(~9.0%),天威(6`7%),新奧(8~8.5%),金太陽(~8%%),尚德(6`7%),百世德(8~8.5%)中國LeyboldOptics(~9.5%)GermanJSTGerman山東孚日股份中國451975年Spear等在非晶氫硅中實(shí)現(xiàn)可控?fù)诫s，1976年美國RCA實(shí)驗(yàn)室制成了世界上第一個(gè)非晶硅太陽電池效率2.4%1980年日本三洋電器公司利用非晶硅太陽電池制成袖珍計(jì)算器；1987年摻C,摻Ge,光陷阱工藝非晶硅電池轉(zhuǎn)化效率達(dá)12%(Initial)；面積從0.1M2

發(fā)展到0.3M2,Module功率14W(stableEff~5%)1988年與建筑材料相結(jié)合的非晶硅太陽能電池投入應(yīng)二、硅基薄膜太陽電池的發(fā)展HistoryToday實(shí)驗(yàn)室:Triple電池~15.3%

產(chǎn)業(yè)化:非晶硅/微晶硅疊層電池G5(1.1*1.3M2)~9.6%G8.5(2.2*2.6M2)~8.5%

56硅基薄膜太陽電池的技術(shù)發(fā)展EPV,Oerlikon,AMATEPVEPV

泉州金太陽Unit-solarOerlikonAMATKanakaSharp……..?6BestSOLARConfidential三、硅基薄膜電池優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):耗材少:硅薄膜太陽電池的厚度在2μm左右其厚度只有晶硅電池的1%能耗低:硅薄膜電池制備工藝200OC左右，而晶體硅核心工藝需要1000OC無毒，無污染

更多的發(fā)電量

a.良好的弱光性:使得在陰雨天比晶體硅電池有多10%左右的發(fā)電量

b.高溫性能好:溫度系數(shù)低,使得薄膜電池在高溫工作狀況下同樣有比晶體硅電池高的發(fā)電量美觀、大方

電池組件的顏色與建筑物的顏色比較容易匹配，美化室內(nèi)外環(huán)境，加上精細(xì)、整齊的激光切割線，使建筑物更加美觀、大方，更有魅力。

應(yīng)用穩(wěn)定性更好由于非晶硅太陽電池的電流密度較小,熱斑效應(yīng)不明顯，所以，使用起來更加方便、可靠。

能源回收期短

成本低且下降空間大

7缺點(diǎn)前期資金投資大光致衰退(S-w效應(yīng))效率偏低設(shè)備、原材料國產(chǎn)化減薄非晶硅層,改善光衰疊層電池如非晶硅/微晶硅,改善光衰,提高效率改善各層材料間界面性能，提高功率新產(chǎn)品的開發(fā)、新材料、新工藝解決方案硅基薄膜太陽電池缺點(diǎn)以及應(yīng)對(duì)8四、非晶硅的光照衰退(Staebler-Wronski效應(yīng))光致衰退現(xiàn)象：非晶硅電池在強(qiáng)光下照射數(shù)小時(shí)，電性能下降并逐漸趨于穩(wěn)定；若樣品在160℃下退火，電學(xué)性能可恢復(fù)原值(S-W效應(yīng))非晶硅制造過程中Si-Si弱鍵的作用9薄膜太陽電池LID測試

(IEC認(rèn)證)資料來源:應(yīng)用材料10光老化試驗(yàn)11測試環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)條件（STC）光強(qiáng)：光功率密度為1000W/m2光譜特征：AM1.5環(huán)境溫度：25℃五、電池的光電轉(zhuǎn)換效率計(jì)算12光譜特征：AM1.5ΘcosΘ=2/3(48.2o)AM1.5=1/cosΘLight13Eff=Pm/（1000W/m2×組件面積)例如公司電池片輸出功率為480W，面積為5.7m2

，則效率η=480/(1000*5.7)=8.42%

StableEff&InitialEff

初始最大輸出功率

穩(wěn)定最大輸出功率

(初始功率-穩(wěn)定功率)/初始功率組件效率Eff計(jì)算InitialEffStableEffLID14SOL:I-V曲線指標(biāo)介紹(Q-size)15名詞解釋Pm：在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的輸出功率，等于Vm*ImVoc：為電池片在不帶任何負(fù)載下的電壓Isc：為電池片正負(fù)極短路條件的電流Vm：為最大輸出功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓Im：為最大輸出功率時(shí)對(duì)應(yīng)的電流FF：為Pm/(Voc*Isc)Rs：表征電池內(nèi)部的串聯(lián)電阻Rsh：表征電池元之間的并聯(lián)電阻16六、薄膜電池工藝簡介17疊層電池結(jié)構(gòu)SiO2(20~40nm)TCO(700~1000nm)a-si(~300nm)SiO2(100nm)μc-Si(~1.7μm)AZO(~100nm)Ag(130~200nm)18ITO(In2O3:Sn)氧化銦(錫)FTO(SnO2:F)摻氟氧化錫ZAO(ZnO:Al)摻鋁氧化鋅其他(GAO,ATO,…..)TCO(transparentconductiveoxide)[透明導(dǎo)電氧化物]的分類TCO簡介19ITO(In2O3:Sn)氧化銦(錫)

1、應(yīng)用范圍主要平板顯示器、液晶顯示、觸摸屏薄膜太陽能電池(CIGS、HIT)缺點(diǎn):成本高，熱性能較差

(耐還原性差,在等離子體下易被還原)2、制備方式DC-磁控濺射RF-磁控濺射電子束蒸發(fā)磁控濺射20FTO(SnO2:F)摻氟氧化錫1、應(yīng)用范圍薄膜太陽能電池缺點(diǎn):Sn4+易被氫離子還原2、制備方式:APCVD法在線式APCVD(浮法線)AGC(Asahifloatglass),NSG離線式APCVD(離線式)優(yōu)點(diǎn):成本低,制備技術(shù)相對(duì)成熟,耐熱性能好21ZnO:Al(ZAO)氧化鋅

1、應(yīng)用范圍a-si;uc-si;a-si/uc-si優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定性好;近紅外高透過率,不受氫離子還原作用2、制備方式磁控濺射+制絨(leyboldoptics,PIANova,信義玻璃)缺點(diǎn)：成本較高,產(chǎn)品有待驗(yàn)證22TCO與薄膜太陽能電池的關(guān)聯(lián)薄膜太陽能電池Sunlightglass-AgZnO:Aln:a-sii:a-sip:a-siTCO(SnO2:F)+光生電壓VocTCO用于薄膜電池的前電極23TCO作為薄膜電池前電極的性能要求透光性:可見光(Transimission)>80%表面絨面度:(Roughness)12~15%面電阻R□9~13Ω24更低的成本

薄膜太陽能電池的未來TJCost:-40%2526ZnO:Ag+TCOQ4Q1Q4Q3Q2Q2Q4Q3Q1Q3CY2010CY2011CY20098.5%9.0%10.0%12.0%IntermediateLayer(SOIR)Q29.5%10.5%Q1Q2Q3Q4CY201211.0%Project-XEnhancedLightTrappingQ1Q2Q3Q4Q1CY2013$Production/watt=Watt/m2Cost/m2DrivingCostDownDrivingWattsUp更高的效率26非晶硅/微晶硅電池的未來結(jié)構(gòu)氧化硅(摻磷)夾層非晶硅微晶硅氧化鋅(ZnO)/銀氧化鋅(ZnO)玻璃光捕獲(LightTrapping)示意圖27

單位基礎(chǔ)常識(shí)微米1um＝10-6m（米）納米1nm＝10-9m（米）埃米1?＝