江西省教育厅科学技术研究项目申请书

项目编号：GJJ江西省教育厅科学技术研究项目申请书项目名称：晶体硅太阳电池漏电区域修复技术研究所属学科：二次能源申请者：宋贤海申请单位：南昌航空大学申请日期：2010.06.14江西省教育厅二○一○年制项目类别一般项目√重点项目一、简表研究项目名称晶体硅太阳电池漏电区域修复技术研究研究类别A、基础研究B、应用研究申请金额2.5万元C、试验发展B起止年月2011年01月至2011年12月申请者姓名宋贤海性别男出生年月1964年08月学位硕士职称高级工程师所在单位南昌航空大学现从事专业技术工作太阳电池制造工艺、橡胶工艺办公电话住宅电话手机[phone]电子信箱（Email）[e-mail]项目组主要成员姓名性别出生年月技术职务从事专业所在单位课题分工签字何喜生男1980.11讲师太阳能南昌航空大学漏电区域检测王应民男1969.12副教授太阳能南昌航空大学去除漏电区域程泽秀女1986.02硕研太阳能南昌航空大学修补漏电区域––1––二、立项依据（包括项目的研究意义、国内外研究现状分析和发展趋势）1、项目的研究意义自从2009年12月世界气候大会—哥本哈根会议召开以来，发展低碳经济，发展可再生能源愈发成为与会各国的共识。所谓低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。发展低碳经济，一方面是积极承担环境保护责任，完成国家节能降耗指标的要求；另一方面是调整经济结构，提高能源利用效益，发展新兴工业，建设生态文明。这是摒弃以往先污染后治理、先低端后高端、先粗放后集约的发展模式的现实途径，是实现经济发展与资源环境保护双赢的必然选择。为各国各级政府大力倡导和追求的目标。作为可再生能源的重要组成部分，太阳能已经在世界主要发达国家得到了充分的应用，其所占各国能源供给比例日益增长。可以预料的是目前乃至今后相当长一段时间内，晶体硅太阳电池都将占据整个太阳电池市场主要份额。然而在太阳电池的制造过程中，由于原硅片质量、生产工艺等因素，或由于太阳电池组件的运输、安装及使用过程中产生的隐裂、光斑等原因，都将导致太阳电池局部出现缺陷而产生漏电现象，该现象将直接导致电池的电流分流、填充因子下降，进而使得太阳电池的整体效率降低，更为严重的是当太阳电池做成组件及电站后，将严重影响整个组件乃至整个电站的输出效率，产生巨大的经济损失。所以，如何快速有效的对电池漏电区域进行维护和修补，日益受到各国科研院所乃至相关企业的高度关注。在此背景下，我们提出晶体硅太阳电池漏电区域修补技术研究的立项具有很好的科学和现实意义，同时具有广泛的市场前景，为江西省的光伏科学与技术的发展做出应有贡献。2、国内外研究现状和趋势由于太阳电池相比于常规化石能源仍属于较为昂贵的替代产品，所以一旦出现太阳电池区域漏电，通常质量差的电池会直接被遗弃，这将造成很大的经济损失，美日欧等发达国家都在致力于漏电区域的检测、隔离及修复技术的研究。目前国外的主要技术在于利用液晶热敏成像技术等高分辨率技术来检测太阳电池的漏电区域，然后利用Nd：YAG激光将严重漏电区域隔离，得到了良好的效果。此外，Solarcellrepower、REC等国际知名太阳能企业也在该领域进行着深入的科学研究和必要的技术储备。国内相关研究起步较晚，从文献报道看，仅中山大学太阳系统研究所在此方面进行了有效的尝试，他们利用红外热敏技术对漏电区域进行检测，通过激光工艺对该区域进行直接切除，并应用性能良好的电池补丁进行修补，取得了比较良好的效果。南昌航空大学新成立光伏器件与技术研究所，承担着省内多项晶体硅太阳电池工艺重大科研课题，并且积极与中山大学太阳能系统研究所展开人才交流和技术合作，在此项目研究中已具备了良好的研究基础。－2－三、研究方案1.研究内容、研究目标和拟解决的关键问题研究内容：太阳电池漏电区域修复技术主要包括漏电区域检测、隔离、切割以及修复等技术，本项目的主要研究内容为：通过实验确定快捷、有效且经济的太阳电池漏电区域检测技术；通过实验确定最佳激光工艺参数，对太阳电池漏电区域进行隔离，同时对比隔离前后的电池性能；通过实验得出最佳激光工艺参数，对太阳电池进行切割，同时对比切割前后的电池性能；通过性能良好的电池补丁对太阳电池进行修补，并对比修补前后的电池性能。研究目标：建立利用红外热敏成像系统，并以此系统结合锁相技术对太阳电池漏电区域进行检测，通过对太阳电池漏电区域分别进行隔离或切割、修补后的性能参数比较综合得出一种既高效又经济的太阳电池漏电区域修复术。保证电池修复后，其综合转换效率为同等条件下完好电池的85%以上。拟解决的关键问题：本项目拟解决的关键问题是找到一种快捷、有效且经济的太阳电池漏电区域检测替代技术，确立一种既高效又经济的太阳电池漏电区域修复技术。－3－2.拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析研究方法：自行搭建红外热成像系统，结合锁相技术，对电池进行成像分析，根据漏电区域会发热的原理，可以通过红外成像的颜色梯度确定漏电区域，然后利用激光技术对漏电区域进行隔离个切割，最后利用完好的电池补丁进行修复。并且利用太阳电池模拟器对电池修补过程中的各个环节进行I-V曲线测试，监测各个环节的太阳电池性能参数变化。技术路线图晶体硅太阳电池漏电检测激光隔离激光切割补丁修复红外热成像+锁相技术实验方案首先，自行设计搭建红热外成像系统用来进行太阳电池漏电区域检测；其次，通过激光工艺，对太阳电池漏电区域进行隔离，同时利用太阳模拟器测试隔离前后的太阳电池性能，确定最佳工艺参数；再次，通过激光工艺，对太阳电池进行切割，同时利用太阳模拟器测试隔离前后的太阳电池性能，确定最佳工艺参数；最后，通过性能良好的电池补丁对太阳电池进行修补，并对比修补前后的电池性能。可行性分析本项目依托南昌航空大学光伏器件于技术研究所的现有实验设施基础以及中山大学太阳能系统研究所的先进技术和设备，同时以中山大学在读博士何喜生老师为技术骨干，不存在难以克服的技术问题，风险极低。3.本项目创新点及特色本项目的创新点及特色在于利用自行搭建红外热成像系统结合锁相技术对太阳电池漏电区域进行监测，同时除借鉴国外现有的对漏电区域进行激光隔离或切割之外，更是提出利用完好的太阳电池补丁对切割部位进行修复的尝试。－4－4.年度研究计划及预期进展本项目分四个阶段：2011.01—2010.03红外热成像系统的购置和组装2011.04—2011.06优化Nd：YAG激光隔离及切割工艺参数2011.07—2011.09优化修补工艺参数2011.10—2011.12研究成果总结，撰写结题报告5.预期研究成果、提供成果的形式及预期成果要达到的技术、经济指标自行设计搭建一台红外热成像系统，发表相关高水平论文1~2篇，保证电池修复后，其综合转换效率为同等条件下完好电池的85%以上，为就该技术进一步和企业合作，应用于生产实践做必要的前期科研工作。－5－四、研究基础1.与本项目有关的研究工作积累和已取得的研究工作成绩项目主要成员简历和相关项目经验：宋贤海，项目负责人，高工，华南理工大学材料学硕士，主要从事光电材料及晶体硅太阳电池的研究，作为项目骨干成员（排名第四）正在参与江西省“六个一”工程重大专项《多晶硅太阳能电池酸腐蚀技术及计算机模拟实验研究》（项目编号：2009AZD10103）。何喜生，讲师，中山大学太阳能系统研究所硕士，在读博士。主要从事光电材料及晶体硅太阳电池的研究。在读期间先后参与了中山大学985工程项目“太阳能系统科技创新平台”建设以及广东省科技计划资助项目（2007A010700002）。作为项目骨干成员（排名第三）正在参与江西省“六个一”工程重大专项《多晶硅太阳能电池酸腐蚀技术及计算机模拟实验研究》（项目编号：2009AZD10103）。王应民，项目指导，副教授，南开大学电子科学与技术博士后。主要从事光电子材料与太阳电池研究，作为第一负责人承担了国家自然科学基金(60876005)、江西省“六个一”工程重大专项（项目编号：2009AZD10103）、江西省自然科学基金项目(2007GZC1497)、光电信息技术科学教育部重点实验室开放基金(2007KFKT022)、江西省科技支撑项目、江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ09184，DB200501107)以及江西省材料科学与工程中心开放基金(ZX200401007)。2．已具备的实验条件或资料准备情况，尚缺少的实验条件或资料，拟解决的途径本项目负责人及主要研究人员隶属于南昌航空大学光伏器件与技术研究所，研究所在江西省“六个一”工程重大专项资金以及学校大力配套资金的支持下，已经建立万级净化实验室，采购了数百万先进的太阳电池实验和检测设备，同时项目主要成员何喜生目前就读于中山大学太阳能系统研究所，可以很好的共享该所的完善设施和技术。目前尚缺少的实验设备为热红外成像设备，拟采用申请所得资金自行设计组装。此外，不存在任何其他不足的实验条件和实验技术。－6－五、经费预算预算总经费其中申请教育厅经费自筹经费2.5（万元）2.5（万元）0（万元）注:自筹经费来源渠道应附相应的有效证明或材料，装订在申请书后面。支出科目金额（万元）支出说明科研业务费0.5差旅、测试费用实验材料费0.5购买太阳电池等实验耗材仪器设备费1.2自行搭建红外热成像系统协作费0.1外协测试费管理费0.2学校管理费其它费用0合计2.5注:预算支出科目按下列顺序填写:1.科研业务费2.实验材料费3.仪器设备费4.实验室改装费5.协作费6.管理费7.其它经费。开支范围详见《江西省教育厅科学技术研究项目管理办法》。－7－六、审查意见1.科技管理部门审查意见（公章）年月日2.高等学校审核意见单位（公章）年月日七、省教育厅审批意见单位（公章）年月日––8––