光伏技术导论课程论文

薄膜太阳能电池的研究现状与发展趋势班级：光电13-2班姓名：范宇飞学号：311308000713日期：2016.05.14-1-摘要.........................................................................................-2-概述.........................................................................................-3-非晶硅薄膜太阳能电池.......................................................-4-铜铟镓硒薄膜太阳电池.........................................................-6-有机薄膜太阳能电池...........................................................-7-总结.......................................................................................-8--2-摘要尽管近年来多晶硅价格大幅下滑，晶硅电池转换效率稳步提升，薄膜电池成本优势减弱，发展放缓。但光伏行业正逐步走向技术多元化，晶硅、薄膜、聚光技术的博弈不再局限于成本的比拼，各技术可以在各自的优势应用领域上拓展市场空间。在未来市场中，薄膜太阳能电池所占的比重将会不断增加，薄膜太阳能电池的研发将继续提速。未来光伏建筑一体化的推广以及国家扶持太阳能电池发展的政策陆续出台，将推动我国薄膜太阳能电池新一轮的高速发展。另外，薄膜电池已被列入我国太阳能光伏产业“十二五”规划的发展重点。倡导绿色环保，清洁高效能源是当今时代的主题，越来越受到各国的广泛关注。本文概述了包括非晶硅、CIGS、有机在内的薄膜太阳能电池的发展状况。通过比较这几种薄膜太阳能电池各自的特点，指出有待解决的问题，展望薄膜太阳能电池的发展趋势和研究前景。关键词:薄膜太阳能电池、非晶硅、铜铟镓硒、有机薄膜太阳能电池-3-概述太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，太阳能电池是是一种通过光伏效应将太阳能转变为电能的一种装置，是利用太阳能的一种重要形式。现今，业界对以薄膜取代硅晶制造太阳能电池在技术上已有足够的把握。日本产业技术综合研究所于2月已经研制出当今世界上太阳能转换率最高的有机薄膜太阳能电池，其转换率已达到现有有机薄膜太阳能电池的4倍。此前的有机薄膜太阳能电池是把两层有机半导体的薄膜接合在一起，从太阳能到电能的转换率约为1%。新型有机薄膜太阳能电池在原有的两层构造中间加入一种混合薄膜，变成三层构造，这样就增加了产生电能的分子之间的接触面积，从而大大提高了太阳能转换率。可折叠薄膜的太阳能电池是一种利用非晶硅结合PIN光电二极管技术加工而成的薄膜太阳能电池。此系列产品具有柔软便携、耐用、光电转换效率高等特点；可广泛应用于电子消费品、远程监控/通讯、军事、野外/室内供电等领域。据中国产业调研网发布的2016年中国薄膜太阳能电池行业现状研究分析与发展趋势预测报告显示，有机薄膜太阳能电池使用塑料等质轻柔软的材料为基板，因此人们对它的实用化期待很高。通过进一步研究，有望开发出转换率达20%、可投入实际使用的有机薄膜太阳能电池。未来5年内薄膜太阳能电池将大幅降低成本，届时这种薄膜太阳能电池将广泛用于手表、计算器、窗帘甚至服装上。2016年中国薄膜太阳能电池行业现状研究分析与发展趋势预测报告对薄膜太阳能电池行业相关因素进行具体调查、研究、分析，洞察薄膜太阳能电池行业今后的发展方向、薄膜太阳能电池行业竞争格局的演变趋势以及薄膜太阳能电池技术标准、薄膜太阳能电池市场规模、薄膜太阳能电池行业潜在问题与薄膜太阳能电池行业发展的症结所在，评估薄膜太阳能电池行业投资价值、薄膜太阳能电池效果效益程度，提出建设性意见建议，为薄膜太阳能电池行业投资决策者和薄膜太阳能电池企业经营者提供参考依据。目前，人们根据所选用的半导体材料将太阳能电池应用技术分为晶硅和薄膜两大类。晶硅太阳能电池在现阶段的大规模应用和工业生产中占据主导地位，但由于其成本过高，限制了其发展。相比晶硅等其它太阳能电池，薄膜太阳能电池具有生产成本低、原材料消耗少、弱光性能优良等优势。随着世界能源紧缺，薄膜太阳能电池作为一种光电功能薄膜，可以有效地解决能源短缺问题，而且无污染，还可以实现光伏建筑一体化，易于大面积推广。-4-非晶硅薄膜太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池是一种以非晶硅化合物为基本组成的薄膜太阳能电池。一、技术优势1.生产成本低。由于反应温度低，可在200℃左右的温度下制造，因此可以在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上淀积薄膜，易于大面积化生产，成本较低。单节非晶硅薄膜太阳能电池的生产成本目前可降到1.2美元/Wp。叠层非晶硅薄膜电池的成本可降至1美元/Wp以下。2.能量返回期短。转换效率为6%的非晶硅太阳能电池，其生产用电约1.9度电/瓦，由它发电后返回上述能量的时间仅为1.5-2年。3.适于大批量生产。非晶硅材料是由气相淀积形成的，目前已被普遍采用的方法是等离子增强型化学气相淀积法。此种制作工艺可以连续在多个真空淀积室完成，从而实现大批量生产。采用玻璃基板的非晶硅太阳能电池，其主要工序与TFT-LCD阵列生产相似，生产方式均具有自动化程度高、生产效率高的特点。在制造方法方面有电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅谢法和热丝法等。特别是射频辉光放电法由于其低温过程，易于实现大面积和大批量连续生产，现成为国际公认的成熟技术。4.高温性能好。当太阳能电池工作温度高于标准测试温度25℃时，其最佳输出功率会有所下降；非晶硅太阳能电池受温度的影响比晶体硅太阳能电池要小得多。5.弱光响应好，充电效率高。非晶硅材料的吸收系数在整个可见光范围内，在实际使用中对低光强光有较好的适应。上述独特的技术优势，令薄膜硅电池在民用领域具有广阔的应用前景，如光伏建筑一体化、大规模低成本发电站、太阳能照明光源。由于非晶硅薄膜电池的良好前景，包括Sharp、Q-Cells、无锡尚德等在内的诸多企业正大规模进入非晶硅薄膜太阳能电池领域，整个行业的统计数字不断翻新。二、市场前景在整个太阳能电池家族中，非晶硅薄膜太阳能电池因为其技术和应用方面的优势，正在获得爆发性增长。2007年行业增速约120%，预计未来3年内年均增速高达100%。-5-业内之前曾对非晶硅薄膜太阳能电池持有疑虑，主要原因在于其电池转化效率较低（5%-9%），而且衰减特别快，使用寿命只有有限的2-3年。而随着技术的进步，目前主流的非晶硅薄膜电池使用寿命已在10年以上。这使得非晶硅薄膜电池成为目前最被看好的薄膜电池技术之一。目前国内市场当中，涉及非晶硅薄膜电池的上市公司主要包括：拓日新能、天威保变、综艺股份、赣能股份。由于非晶硅行业需求迅速扩充，纯粹靠购置设备并开展非晶硅薄膜电池的生产，当然也能够获得行业扩容带来的高成长，但长期来看，毕竟只能够分享到制造业的合理利润，目前国内如赣能股份的薄膜电池为OEM模式，获得的就是产业链中端的制造业利润。而一旦行业上了规模，行业的利润必然向行业的关键性瓶颈转移，有鉴于此，我们更看好掌握关键技术的配件生产商和设备提供商。-6-铜铟镓硒薄膜太阳电池学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，铜铟镓硒薄膜太阳电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等显著特点，光电转换效率居各种薄膜太阳电池之首，接近于晶体硅太阳电池，而成本只是它的三分之一，被称为下一代非常有前途的新型薄膜太阳电池，是近几年研究开发的热点。一．优缺点1.CIGS电池具有性能稳定、抗辐射能力强，光电转换效率目前是各种薄膜太阳电池之首，被国际上称为下一代的廉价太阳电池。2.该电池具有柔和、均匀的黑色外观，是对于外观有较高要求场所的理想选择。3.由于铜铟镓硒薄膜太阳电池具有敏感的元素配比和复杂的多层结构，因此，其工艺和制备条件的要求极为苛刻，产业化进程十分缓慢。二．市场前景CIGS电池具有与多晶硅太阳能电池接近的效率，具有低成本和高稳定性的优势，并且产业化瓶颈已经突破，在晶体硅太阳能电池原材料短缺的不断加剧和价格的不断上涨背景下，很多公司投入巨资，CIGS产业呈现出蓬勃发展的态势。目前全球有30多家公司置身于CIGS产业，2006年、2007年世界CIGS电池组件产能分别为17.5MW、60.5MW，在世界光伏市场上占据的份额很小。中国的CIGS产业远远落后于欧美和日本等国家和地区，南开大学以国家“十五”“863”计划为依托，建设0.3MW中试线，现已制备出30cm×30cm效率为7%的集成组件样品。2008年2月，山东孚日光伏科技有限公司宣布与德国的Johanna合作，独家引进了中国首条铜铟镓硫硒化合物商业化生产线。其中CIGS转换效率足以媲美传统太阳能电池，加上稳定性和转换效率都已相当优异，被视为是相当具有潜力的薄膜太阳能电池种类。未来几年，CIGS薄膜太阳能电池的销售将会加速增长，到2015年，CIGS将占薄膜太阳能电池市场的43.3%。-7-有机薄膜太阳能电池有机太阳能电池以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流。主要的光敏性质的有机材料均具有共轭结构并且有导电性，如酞菁化合物、卟啉、菁等。一．有机太阳能电池的几种结构1.单质结结构单质结结构是以Schotty势垒为基础原理而制作的有机太阳能电池。其结构为玻璃/金属电极/染料/金属电极，利用了两个电极的功函不同，可以产生一个电场，电子从低功函的金属电极传递到高功函电极从而产生光电流。由于电子—空穴均在同一种材料中传递，所以其光电转化率比较低。2.P—N异质结结构P-N异质结结构是指这种结构具有给体-受体（N型半导体与P型半导体）的异质结结构，结构如图。其中半导体的材料多为染料，如酞菁类化合物、苝四甲醛亚胺类化合物，利用半导体层间的D/A界面（Donor——给体，Acceptor——受体）以及电子—空穴分别在不同的材料中传递的特性，使分离效率提高。EliasStathatos等人结合无机以及有机化合物的优点制得的太阳能电池光电转化率在5%~6%。3.NPC染料敏化纳米晶染料敏化太阳能电池（DSSC）主要是指以染料敏化的多空纳米结构TiO2薄膜为光阳极的一类太阳能电池。它是仿生植物叶绿素光合作用原理的太阳能电池。而NPC太阳能电池可选用适当的氧化还原电解质从而使光电效率提高，一般可稳定于10%，并且纳米晶TiO2制备简便，成本低廉，寿命可观，具有不错的市场前景。有机薄膜太阳能电池具有材料潜在的低价格、加工容易、可大面积成膜、分子及薄膜性质可设计性、质轻、柔性等显著优点，但目前有机薄膜太阳能电池光电转换效率很低、稳定性差，只有将光电转换效率提高到5％以上才可能大规模应用。-8-总结当前全球大环境景气不佳，传统硅晶太阳能电池厂正面临售价跌破成本压力，但薄膜太阳能电池具成本优势，逐步崭露头角。薄膜电池已成为国内光伏领域新的投资热点。薄膜太阳能电池因为低成本、低材料消耗、不断提高的转换效率，在未来光伏电池技术发展中占有越来越重要的位置，很多研究人员都在致力于薄膜太阳能的研究和开发。不同类型的薄膜太阳能电池具备各自的优缺点。a-Si薄膜太阳能电池成本较单晶Si太阳能电池低，但由于存在光致衰退效应，目前很难发展为具有稳定高效率的太阳能电池。而poly-Si薄膜太阳能电池兼具单晶Si和a-Si的优点，制备工艺相对简单，适合产业化大面积生产。CIGS薄膜太阳能电池效率较高，性能优越，建议科研工作者给予更多的关注。有机薄膜太阳能电池对于实现低能耗、低成本、无污染具有重要的意义，但转换效率低、长期稳定性差，想实现商用需要较长的研究过程。可以设