太阳能电池-2.ppt

主要内容主要内容v太阳能电池的发展历史太阳能电池的发展历史 v太阳能电池市场状况及趋势太阳能电池市场状况及趋势 v太阳能电池定义和分类太阳能电池定义和分类v太阳能电池的结构及工作原理太阳能电池的结构及工作原理v太阳能电池的生产工艺太阳能电池的生产工艺v太阳能电池的应用太阳能电池的应用 1.太阳能电池的发展历史太阳能电池的发展历史 19541954年世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实验室问世，幷首先应年世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实验室问世，幷首先应用于空间技术。当时太阳能电池的转换效率为用于空间技术。当时太阳能电池的转换效率为8 8。19731973年世界爆发石油年世界爆发石油危机，从此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近危机，从此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近1010几年来，随着世几年来，随着世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，太阳能电池的清洁性、安全性、界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，太阳能电池的清洁性、安全性、长寿命，免维护以及资源可再生性等优点更加显现。一些发达国家制定长寿命，免维护以及资源可再生性等优点更加显现。一些发达国家制定了一系列鼓舞光伏发电的优惠政策，幷实施庞大的光伏工程计划，为太了一系列鼓舞光伏发电的优惠政策，幷实施庞大的光伏工程计划，为太阳能电池产业创造了良好的发展机遇和巨大的市场空间，太阳能电池产阳能电池产业创造了良好的发展机遇和巨大的市场空间，太阳能电池产业进入了高速发展时期，幷带动了上游多晶硅材料业和下游太阳能电池业进入了高速发展时期，幷带动了上游多晶硅材料业和下游太阳能电池设备业的发展。在设备业的发展。在1997199720062006年的年的1010年中，世界光伏产业扩大了年中，世界光伏产业扩大了2020倍，倍，今后今后1010年世界光伏产业仍以每年年世界光伏产业仍以每年3030以上的增长速度发展。以上的增长速度发展。世界太阳能电池发展的主要节点世界太阳能电池发展的主要节点v1954 美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为6v1955 第一个第一个光伏航标灯光伏航标灯问世，美国问世，美国RCA发明发明Ga As太阳能电池太阳能电池v1958 太阳能电池首次装备于美国先锋太阳能电池首次装备于美国先锋1号卫星，转换效率为号卫星，转换效率为8。v1959 第一个单晶硅太阳能电池问世。第一个单晶硅太阳能电池问世。v1960 太阳能电池首次实现太阳能电池首次实现并网并网运行。运行。v1974 突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到18。v1975 非晶硅及带硅太阳能电池问世非晶硅及带硅太阳能电池问世v1978 美国建成美国建成100KW光伏电站光伏电站v1980 单晶硅太阳能电池效率达到单晶硅太阳能电池效率达到20多晶硅为多晶硅为14.5，Ga As为为22.5v1986 美国建成美国建成6.5KW光伏电站光伏电站v1990 德国提出德国提出“2000光伏屋顶计划光伏屋顶计划”v1995 高效聚光高效聚光Ga As太阳能电池问世，效率达太阳能电池问世，效率达32。v1997 美国提出美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划，日本提出克林顿总统百万太阳能屋顶计划，日本提出“新阳光计划新阳光计划”v1998 单晶硅太阳能电池效率达到单晶硅太阳能电池效率达到24.7，荷兰提出，荷兰提出“百万光伏屋顶计划百万光伏屋顶计划”v2000 世界太阳能电池总产量达世界太阳能电池总产量达287MW，欧洲计划，欧洲计划2010年生产年生产60亿瓦光伏亿瓦光伏电池电池并网发电系统及工作原理光伏航标灯2.太阳能电池市场状况及趋势太阳能电池市场状况及趋势2.1 太阳能电池的市场状况太阳能电池的市场状况1998年以前，单晶硅电池占世界光伏生产的主导地位其次是多晶硅电池。从1998年开始，多晶硅电池开始超过单晶硅跃居第一。非晶硅从20世纪80年代初开始商业化生产，但由于效率低和光衰减问题，市场份额增加不快。CdTe电池从20世纪80年代中期开始商业化生产，市场份额增加缓慢，除技术因素外，人们对Cd的毒性的疑虑也是原因之一。CIS电池的产业化进程比较缓慢，原因是生产过程中化学剂量比难以控制，大面积均匀性和重复性较差。2.2太阳电池的未来发展趋势太阳电池的未来发展趋势 2.2.1 商业化趋势商业化趋势v 1998年以前，单晶硅电池占市场主导地位，其次是多晶硅年以前，单晶硅电池占市场主导地位，其次是多晶硅电池。电池。v 从从1998年起，多晶硅电池开始超过单晶硅跃居第一。年起，多晶硅电池开始超过单晶硅跃居第一。v非晶硅从非晶硅从80年代初开始商业化，由于效率低和光衰减问题，年代初开始商业化，由于效率低和光衰减问题，市场份额先高后低。市场份额先高后低。v CdTe电池从电池从80年代中期开始商业化生产，市场份额增加缓年代中期开始商业化生产，市场份额增加缓慢，慢，Cd的毒性是原因之一；的毒性是原因之一；vCIS电池的产业化进程比较缓慢，生产工艺难于控制，电池的产业化进程比较缓慢，生产工艺难于控制，In是是稀有元素；稀有元素；v Sanyo公司公司a-Si/c-Si电池商业化仅两三年，发展迅速电池商业化仅两三年，发展迅速20012001、20022002年各种电池的市场份额和开始商业化时间年各种电池的市场份额和开始商业化时间.电池技术市场份额%商业化时间单晶硅35.1329.46 70初(地面应用)多晶硅47.3354.44 70年代末非晶硅8.625.580年代初A-Si/c-Si(n)4.615.990年代末带硅3.483.380年代中薄硅/陶瓷0.260.390年代中CdTe0.390.380年代中CIS0.18/00年代初2001、2002年太阳电池的产量及份额年太阳电池的产量及份额 2001 2002v mc-Si 184.85 47.33%278.9 54.44%v Sc-Si 137.18 35.13%150.91 29.46%v a-Si 33.68 8.62%28.01 5.5%v a-Si/Cz 18.0 4.61%30.0 5.9%v RibbonSi 13.6 3.48%16.9 3.3%v CdTe 1.53 0.39%1.6 0.3%v CIS 0.7 0.18%-v Si/LCS 1.0 0.26%1.7 0.3%v C-Si/Sc-Si 3.7 0.7%2.2.2 技术发展趋势技术发展趋势2.2.2.1 硅基电池硅基电池:v 硅是地球上丰度第二大元素，资源丰富硅是地球上丰度第二大元素，资源丰富(以石英砂以石英砂形式存在形式存在)；v 环境友好；环境友好；v 电池效率高，性能稳定；电池效率高，性能稳定；v 工艺基础成熟。工艺基础成熟。v 硅基电池是目前光伏界研究开发的重点、热点晶硅硅基电池是目前光伏界研究开发的重点、热点晶硅电池的产业化技术电池的产业化技术 硅基薄膜电池硅基薄膜电池研究开发方向：研究开发方向：晶硅电池晶硅电池:提高电池提高电池/组件效率组件效率高效钝化技术：高效钝化技术：TiO2，SiNx,H、SiO2,a-Si。高效陷光技术：减反射，表面织构化，背反射等，高效陷光技术：减反射，表面织构化，背反射等，选择性发射区选择性发射区(前前)，背表面场背表面场(BSF)，细栅或者单面技术，细栅或者单面技术，高效封装技术最佳封装材料的折射率等。高效封装技术最佳封装材料的折射率等。简化、改进工艺自动化、环保、低成本；简化、改进工艺自动化、环保、低成本；如硅片如硅片薄化及其工艺，薄化及其工艺，材料的国产化和提高性能；材料的国产化和提高性能；硅基薄膜电池硅基薄膜电池 低温过程低温过程(PECVD)900,多晶硅基薄膜电池，廉价衬底；多晶硅基薄膜电池，廉价衬底；2.2.2.2 2.2.2.2 化合物电池化合物电池v CIGS CIGS 电池：提高效率，大面积重复性，电池：提高效率，大面积重复性，S S代代SeSev CdTe CdTe电池：提高效率，大面积重复性电池：提高效率，大面积重复性v GratzelGratzel电池电池 高效染料，固体或准固态电高效染料，固体或准固态电 解质，解质，提高效率，大面积重复性提高效率，大面积重复性v 有机电池有机电池 高效电子受体高效电子受体 和给体以及材料，提高和给体以及材料，提高效率效率 3.3.新型概念电池：量子点、量子阱电池，中间带新型概念电池：量子点、量子阱电池，中间带 光伏电池，带隙递变迭层电池等，尚处在理论探索、光伏电池，带隙递变迭层电池等，尚处在理论探索、概念研究和验证阶段概念研究和验证阶段。3.太阳能电池定义和分类太阳能电池定义和分类 太阳能电池，太阳能电池，又称光伏器件又称光伏器件，是一种利用光生是一种利用光生伏特效应把光能转变为电能的器件。它是太伏特效应把光能转变为电能的器件。它是太阳能光伏发电的基础和核心。阳能光伏发电的基础和核心。太阳能电池分类太阳能电池分类按结构按结构分类分类同质结同质结太阳电池太阳电池异质结异质结太阳电池太阳电池肖特基肖特基太阳电池太阳电池按材料按材料分类分类硅太阳硅太阳电池电池敏化纳米晶敏化纳米晶太阳电池太阳电池有机化合物有机化合物太阳电池太阳电池塑料塑料太阳电池太阳电池无机化合物无机化合物半导体半导体太阳电池太阳电池按光电转换按光电转换机理机理传统传统太阳电池太阳电池激子激子太阳电池太阳电池4.太阳能电池的结构及工作原理太阳能电池的结构及工作原理太阳能电池的结构太阳能电池发电原理5.太阳能电池的生产工艺太阳能电池的生产工艺导电玻璃导电玻璃 膜切割膜切割 清洗清洗 检测检测 镀铝电极镀铝电极 沉积沉积PN结结老化老化 检测检测 封装封装 成品检测成品检测太阳能电池组件生产工艺太阳能电池组件生产工艺 组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。所以组件板的封装质量非常重要。流程：流程：1 1、电池检测、电池检测2 2、正面焊接并检验、正面焊接并检验3 3、背面串接并检验、背面串接并检验4 4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）5 5、层压、层压6 6、去毛边（去边、清洗）、去毛边（去边、清洗）7 7、装边框（涂胶、装角键、冲、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）孔、装框、擦洗余胶）8 8、焊接接线盒、焊接接线盒9 9、高压测试、高压测试1010、组件测试组件测试外观检验外观检验1111、包装入库、包装入库工艺简介工艺简介v电池测试电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。v正面焊接正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2 2倍。多出倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连v背面串接背面串接：背面焊接是将：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池前面电池”的正的正面电极（负极）焊接到面电极（负极）焊接到“后面电池后面电池”的背面电极（正极）上，的背面电极（正极）上，这样依次将这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。v层压敷设层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的和切割好的EVA、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和）以增加玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：玻璃、由下向上：玻璃、EVA、电池、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。、玻璃纤维、背板）。v组件层压组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使件内的空气抽出，然后加热使EVAEVA熔化将电池、玻璃和背板熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据键一步，层压温度层压时间根据EVAEVA的性质决定。我们使用的性质决定。我们使用快速固化快速固化EVAEVA时，层压循环时间约为时，层压循环时间约为2525分钟。固化温度为分钟。固化温度为150150。v修边修边：层压时：层压时EVAEVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。所以层压完毕应将其切除。v装框装框：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。接。v焊接接线盒焊接接线盒：在组件背面引线处焊接一个盒子，以：在组件背面引线处焊接一个盒子，以利于电池与其他设备或电池间的连接。利于电池与其他设备或电池间的连接。v高压测试高压测试：高压测试是指在组件边框和电极引线间：高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度，施加一定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度，以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损坏。坏。v组件测试组件测试：测试的目的是对电池的输出功率进行标：测试的目的是对电池的输出功率进行标定，测试其输出特性，确定组件的质量等级。定，测试其输出特性，确定组件的质量等级。组件高效和高寿命如何保证：组件高效和高寿命如何保证：v高转换效率、高质量的电池片高转换效率、高质量的电池片 ；v高质量的原材料，例如：高的交联度的高质量的原材料，例如：高的交联度的EVAEVA、高粘结强度的、高粘结强度的封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等；封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等；v合理的封装工艺合理的封装工艺v员工严谨的工作作风；员工严谨的工作作风；由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。6.6.太阳能电池的应用太阳能电池的应用 上世纪上世纪6060年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势系统的结合已经形成产业化趋势 v用户太阳能电源用户太阳能电源1.1.小型电源小型电源10-100W10-100W不等，用于边远无电地区如高原、不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等电视、收录机等 太阳能电源太阳能电源 太阳能逆变器太阳能逆变器2.3-5KW2.3-5KW家庭屋顶并网发电系统；家庭屋顶并网发电系统；3.3.光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉v 交通领域交通领域 如航标灯、交通如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示铁路信号灯、交通警示/标志灯、标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。人值守道班供电等。v通讯通讯/通信领域通信领域 太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通通讯讯/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵信机、士兵GPSGPS供电等。供电等。v石油、海洋、气象领域石油、海洋、气象领域 石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水水文观测设备等文观测设备等 风云三号气象卫星的太阳能电池风云三号气象卫星的太阳能电池海洋气象监测标 v家庭灯具电源家庭灯具电源如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。黑光灯、割胶灯、节能灯等。v光伏电站光伏电站10KW-50MW10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。大型停车厂充电站等。