太阳电池研发现状与最新发展

-1-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4洪瑞江博士教授中山大学太阳能系统研究所电力电子及控制技术研究所太阳电池研发现状与最新发展-2-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4目录：1.太阳电池简介4.太阳电池新技术发展2.世界大型光伏电站介绍3.几种太阳电池的性能比较-3-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4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能源都称之为新能源。太阳能风能生物质能核能地热、潮汐能……资源丰富、利用方便、洁净无污染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》太阳能利用的重要途径之一是研制太阳电池！WaveTide-4-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4PV可再生核能欧洲联合研究中心对未来能源发展预测-5-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4太阳电池原理光伏发电厂电池片电池组件200-m厚的硅片234-6-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4太阳电池分类薄膜电池晶体硅电池硅基薄膜电池单晶硅电池多晶硅电池化合物半导体薄膜电池HIT铜铟镓硒（CIGS）砷化镓（GaAs）碲化镉（CdTe）非/微晶硅叠层电池（α-Si）非晶硅(α-Si)太阳电池-7-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/430%limit(singlejunction)Source:NREL种类最高效率(%)单晶硅24多晶硅18非晶硅13CIS，CIGS~20DSSC11多结（例如GaAs，InGaP~42单晶硅多晶硅TF非晶硅太阳电池效率-8-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4光伏产业基本产业链电池生产商质量检测-9-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4晶体硅太阳能光伏产业链太阳能级多晶硅料单晶硅棒多晶硅锭多晶电池组件多晶硅太阳电池片多晶硅片单晶电池组件单晶硅太阳电池片单晶硅片太阳能发电站(系统)各个环节都有技术提升的要求，也取得了一些进展。-10-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4晶体硅和薄膜太阳电池产业链对比Thinfilm高度整合薄膜太阳电池产业链晶体硅太阳电池产业链-11-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4世界太阳电池产量1999-2008202MW287MW401MW560MW750MW1,256MW1,815MW2,536MW4,279MW7,910MW01000200030004000500060007000800090001999200020012002200320042005200620072008-12-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4世界太阳电池07/08安装量07年：2.4GW08年：5.65GW-13-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4全球50大光伏发电站容量安装地点建造商,建造时间60MW西班牙,OlmedillaNobesol,September200850MW西班牙,Puertollano(Castila-LaMancha)Renovalia,200846MW葡萄牙,Moura(Alentejo)ACCIONAEnergia,December200840MW德国,BrandisjuwiGmbH,2007-200834MW西班牙,Arnedo(LaRioja)T-Solar,October200830MW西班牙,OsadelaVega(Cuenca)200830MW西班牙,Trujillo(Cáceres)Elecnor,200830MW西班牙,Merida(Extremadura)DeutscheBankAG等，September200828MW西班牙,CasasdeLosPinosRenovalia,200826MW西班牙,FuenteÁlamo(Murcia)August200824MW韩国,SinanConergyLtd.,October200823.2MW西班牙,LucainenadelasTorres(Almeria)NewEnergyInvestGmbH,August200823.1MW西班牙,Abertura(Caceres)Iberdrola,200823MW西班牙,HoyadeLosVincentes,JumillaLuzentia,January2008-14-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4容量安装地点建造商,建造时间22.1MW西班牙,Almaraz(Caceres)OPDE,September200821.47MW西班牙,ElCoronil(Andalucia)APIAXXI,200821.2MW西班牙,CalavéronEPURONGmbH,200820MW韩国,首尔200920MW西班牙,Calasparra(Murcia)200820MW西班牙,Beneixama(Alicante)CitySolarAG，AccenerS.L.,September200718MW西班牙,Olivenza(Badajoz)November200818MW西班牙,ElBonillo(Albacete)October200810.8MW西班牙,LasGabias(Granada)200817.3MW德国,Turnow-PreilackjuwiHolding,200915MW西班牙,CalzadadeOropesa(Toledo)200915MW韩国,Gochang(Jeollabukdo)Solarworld,October200815MW西班牙,Mahora(Castilla-La-Mancha)CitySolarAG,September200814.75MW德国,Köthen(Sachsen-Anhalt)juwiHolding,December200814.2MW美国,Nellis,NVSunPowerCorp.,December2007-15-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4ClassVII20MWClassVI10-20ClassV5-10ClassIV3-5ClassIII1-3ClassII0.5-1ClassI0.2-0.5-16-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4全球大型光伏电站的安装情况(1995-2008)(plants)-17-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4世界最大PV发电站：西班牙Olmedilla60MW-18-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4德国最大PV发电站：Lieberose-solarpark40MW-19-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4北美最大PV发电站：美国LasVegas空间基地14MW-20-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4-21-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4西班牙Almeria15.4MW-22-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/43、组件测试结果（Photon发布）-23-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4•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）•占93%-24-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4不同组件的效率分布及平均值-25-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4不同组件的功率分布Poly:190WattsMono:187Watts-26-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/416家光伏组件每千瓦年发电量比较(kWh/kW)-27-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/416家光伏组件每月发电量比较(kWh/kW)-28-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/44、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筑组件全新工艺-29-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4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。4.1“第三代光伏电池”概念-30-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4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。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)，Ⅲ-Ⅴ族化合物体系(GaInP/GaAs/Ge、GaInP/GaAs、GaAs/GaSb)硅量子点体系(Si/SiO2、Si/Si3N4、Si/SiC)等。叠层太阳电池(Tandemcells)-31-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4叠层太阳电池(Tandemcells)三叠层最理想-32-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4上下转换太阳电池(upanddownconversionsolarcells)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；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,etal.Journalofappliedphysics,2002,92:4117-4122Trupke.T,etal.Journalofappliedphysics,2002,92:1668-1674-33-太阳能系统研究所InstituteforSolarEnergySystems2019/9/4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