太阳能电池基础知识介绍幻灯片.ppt
太阳能电池基础知识介绍第1页，共29页，编辑于2022年，星期五2太阳电池分类硅基薄膜太阳电池的发展硅基薄膜太阳电池的优缺点 薄膜电池的光照性能衰退现象电池光电转换效率的计算 薄膜电池工艺基础简介提 纲第2页，共29页，编辑于2022年，星期五3薄膜太阳电池分类硅基薄膜太阳电池的发展 薄膜电池的光照性能衰退现象电池光电转换效率的计算电池片的应用一、太阳能电池分类汇总一、太阳能电池分类汇总第3页，共29页，编辑于2022年，星期五薄膜太阳电池简介薄膜太阳电池简介硅薄膜硅薄膜 碲镉系碲镉系(CdTe)染料薄膜和有机薄膜染料薄膜和有机薄膜(TiO2)非晶非晶,非晶非晶/微晶微晶(a-Si,a-Si/c-Si)First Solar，USUnited Solar(8%),EPV(56%)USKaneka,Sharp(810%)JapanLG,周星周星(9.6%)韩国韩国铜铟系铜铟系(CIS,CIGS)金属薄膜金属薄膜正泰正泰(9.0%),天威天威(67%),新奥新奥(88.5%),金金太阳太阳(8%),尚德尚德(67%),百世德百世德(88.5%)中国中国Leybold Optics(9.5%)GermanJST German山东孚日股份山东孚日股份 中国中国第4页，共29页，编辑于2022年，星期五51975年Spear等在非晶氢硅中实现可控掺杂，1976年美国RCA实验室制成了世界上第一个非晶硅太阳电池效率2.4%1980年日本三洋电器公司利用非晶硅太阳电池制成袖珍计算器；1987年掺C,掺Ge,光陷阱工艺非晶硅电池转化效率达12%(Initial)；面积从0.1M2 发展到0.3M2,Module 功率14W(stable Eff 5%)1988年与建筑材料相结合的非晶硅太阳能电池投入应二、硅基薄膜太阳电池的发展HistoryToday 实验室:Triple 电池 15.3%产业化:非晶硅/微晶硅叠层电池 G5(1.1*1.3M2)9.6%G8.5(2.2*2.6M2)8.5%第5页，共29页，编辑于2022年，星期五6 硅基薄膜太阳电池的技术发展EPV,Oerlikon,AMATEPVEPV 泉州金太阳泉州金太阳Unit-solar OerlikonAMATKanakaSharp.?第6页，共29页，编辑于2022年，星期五BestSOLAR Confidential三三、硅基薄膜电池、硅基薄膜电池优缺点优缺点优点优点:耗材少耗材少耗材少耗材少:硅薄膜太阳电池的厚度在硅薄膜太阳电池的厚度在硅薄膜太阳电池的厚度在硅薄膜太阳电池的厚度在2 2 2 2m m m m左右其厚度只有晶硅左右其厚度只有晶硅左右其厚度只有晶硅左右其厚度只有晶硅电电池的池的池的池的1%1%1%1%能耗低能耗低能耗低能耗低:硅薄膜电池制备工艺硅薄膜电池制备工艺硅薄膜电池制备工艺硅薄膜电池制备工艺200200200200O O O OC C C C 左右，而晶体硅核心工艺需要左右，而晶体硅核心工艺需要左右，而晶体硅核心工艺需要左右，而晶体硅核心工艺需要1000100010001000O O O OC C C C无毒，无污染无毒，无污染无毒，无污染无毒，无污染 更多的发电量更多的发电量更多的发电量更多的发电量 a.a.a.a.良好的弱光性良好的弱光性良好的弱光性良好的弱光性:使得在阴雨天比晶体硅电池有多使得在阴雨天比晶体硅电池有多使得在阴雨天比晶体硅电池有多使得在阴雨天比晶体硅电池有多10%10%10%10%左右的发电量左右的发电量左右的发电量左右的发电量 b.b.b.b.高温性能好高温性能好高温性能好高温性能好:温度系数低温度系数低温度系数低温度系数低,使得薄膜电池在高温工作状况下同样有比晶体硅电池使得薄膜电池在高温工作状况下同样有比晶体硅电池使得薄膜电池在高温工作状况下同样有比晶体硅电池使得薄膜电池在高温工作状况下同样有比晶体硅电池 高的高的高的高的发电量发电量发电量发电量 美观、大方美观、大方 电池组件的颜色与建筑物的颜色比较容易匹配，美化室内外电池组件的颜色与建筑物的颜色比较容易匹配，美化室内外 环境，加环境，加 上精细、上精细、整齐的激光切割线，使建筑物更加美观、大方，更有魅力。整齐的激光切割线，使建筑物更加美观、大方，更有魅力。应用稳定性更好应用稳定性更好 由于非晶硅太阳电池的电流密度较小由于非晶硅太阳电池的电流密度较小,热斑效应不明显，所以，使用起来更加方便、可靠。热斑效应不明显，所以，使用起来更加方便、可靠。能源回收期短能源回收期短 成本低且下降空间大成本低且下降空间大 第7页，共29页，编辑于2022年，星期五缺点缺点 前期资金投资大 光致衰退(S-w效应)效率偏低设备、原材料国产化减薄非晶硅层,改善光衰叠层电池如非晶硅/微晶硅,改善光衰,提高效率改善各层材料间界面性能，提高功率新产品的开发、新材料、新工艺解决方案解决方案硅基薄膜太阳电池缺点以及应对第8页，共29页，编辑于2022年，星期五四四、非晶硅的光照衰退、非晶硅的光照衰退(Staebler-Wronski效应效应)光致衰退现象：非晶硅电池在强光下照射数小时，电性能下降并逐渐趋于稳定；若样品在160下退火，电学性能可恢复原值(S-W效应)非晶硅制造过程中Si-Si弱键的作用第9页，共29页，编辑于2022年，星期五薄膜太阳电池薄膜太阳电池LID测试测试(IEC认证认证)资料来源:应用材料第10页，共29页，编辑于2022年，星期五光老化试验光老化试验第11页，共29页，编辑于2022年，星期五测试环境测试环境标准条件（标准条件（STC）光强：光功率密度为光强：光功率密度为1000W/m2光谱特征：光谱特征：AM1.5环境温度：环境温度：25五、电池的光电转换效率计算第12页，共29页，编辑于2022年，星期五光谱特征：光谱特征：AM1.5cos=2/3(48.2=2/3(48.2o o)AM1.5=1/cosLight第13页，共29页，编辑于2022年，星期五Eff=Pm/（1000W/m2组件面积)例如公司电池片输出功率为480W，面积为5.7m2，则效率=480/(1000*5.7)=8.42%Stable Eff&Initial Eff 初始最大输出功率 稳定最大输出功率 (初始功率-稳定功率)/初始功率组件效率组件效率Eff计算计算Initial EffStable EffLID第14页，共29页，编辑于2022年，星期五SOL:I-V曲线指标介绍曲线指标介绍(Q-size)第15页，共29页，编辑于2022年，星期五名词解释Pm：在标准环境下的输出功率，等于：在标准环境下的输出功率，等于Vm*ImVoc：为电池片在不带任何负载下的电压：为电池片在不带任何负载下的电压Isc：为电池片正负极短路条件的电流：为电池片正负极短路条件的电流Vm：为最大输出功率时对应的电压：为最大输出功率时对应的电压Im：为最大输出功率时对应的电流：为最大输出功率时对应的电流FF：为：为Pm/(Voc*Isc)Rs：表征电池内部的串联电阻：表征电池内部的串联电阻Rsh：表征电池元之间的并联电阻：表征电池元之间的并联电阻第16页，共29页，编辑于2022年，星期五六、六、薄膜电池工艺简介薄膜电池工艺简介第17页，共29页，编辑于2022年，星期五叠层电池结构叠层电池结构SiO2(2040nm)TCO(7001000nm)a-si(300nm)SiO2(100nm)c-Si(1.7m)AZO(100nm)Ag(130200nm)第18页，共29页，编辑于2022年，星期五ITO(In2O3:Sn)氧化铟氧化铟(锡锡)FTO(SnO2:F)掺氟氧化锡掺氟氧化锡ZAO(ZnO:Al)掺铝氧化锌掺铝氧化锌其他其他(GAO,ATO,.)TCO(transparent conductive oxide)透明导电氧化物透明导电氧化物的分类的分类 TCO简介简介第19页，共29页，编辑于2022年，星期五ITO(In2O3:Sn)氧化铟(锡)1、应用范围、应用范围主要平板显示器、液晶显示、触摸屏主要平板显示器、液晶显示、触摸屏薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池(CIGS、HIT)缺点缺点:成本高，热性能较差成本高，热性能较差 (耐还原性差耐还原性差,在等离子体下易被还原在等离子体下易被还原)2、制备方式、制备方式DC-磁控溅射磁控溅射RF-磁控溅射磁控溅射电子束蒸发电子束蒸发磁控溅射磁控溅射第20页，共29页，编辑于2022年，星期五FTO(SnO2:F)掺氟氧化锡掺氟氧化锡1、应用范围应用范围薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池缺点缺点:Sn4+易被氢离子还原易被氢离子还原2、制备方式、制备方式:APCVD法法在线式在线式APCVD(浮法线浮法线)AGC(Asahi float glass),NSG离线式离线式APCVD(离线式离线式)优点优点:成本低成本低,制备技术相对成熟制备技术相对成熟,耐热性能好耐热性能好第21页，共29页，编辑于2022年，星期五ZnO:Al(ZAO)氧化锌氧化锌 1、应用范围、应用范围a-si;uc-si;a-si/uc-si优点优点:稳定性好稳定性好;近红外高透过率近红外高透过率,不受氢离子还不受氢离子还原作用原作用2、制备方式、制备方式磁控溅射磁控溅射+制绒制绒 (leybold optics,PIA Nova,信义玻璃信义玻璃)缺点：成本较高缺点：成本较高,产品有待验证产品有待验证第22页，共29页，编辑于2022年，星期五TCO与薄膜太阳能电池的关联与薄膜太阳能电池的关联薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池Sunlightglass-AgZnO:Aln:a-sii:a-sip:a-siTCO(SnO2:F)+光生电压VocTCO用于薄膜电池的前电极用于薄膜电池的前电极第23页，共29页，编辑于2022年，星期五TCO作为薄膜电池前电极的性能要求作为薄膜电池前电极的性能要求透光性透光性:可见光可见光 (Transimission)80%表面绒面度表面绒面度:(Roughness)1215%面电阻面电阻 R 913 第24页，共29页，编辑于2022年，星期五 更低的成本更低的成本 薄膜太阳能电池的未来薄膜太阳能电池的未来TJ Cost:-40%第25页，共29页，编辑于2022年，星期五26ZnO:Ag+TCO Q4Q1Q4Q3Q2Q2Q4Q3Q1Q3CY2010CY2011CY20098.5%9.0%10.0%12.0%Intermediate Layer(SOIR)Q29.5%10.5%Q1Q2Q3Q4CY201211.0%Project-XEnhanced Light TrappingQ1Q2Q3Q4Q1CY2013$Production/watt=Watt/m2Cost/m2Driving Cost DownDriving Watts Up更高的效率更高的效率第26页，共29页，编辑于2022年，星期五非晶硅非晶硅/微晶硅电池的未来结构微晶硅电池的未来结构氧化硅氧化硅(掺磷掺磷)夹层夹层非晶硅非晶硅微晶硅微晶硅氧化锌氧化锌(ZnO)/银银氧化锌氧化锌(ZnO)玻璃玻璃光捕获光捕获(Light Trapping)示意图示意图第27页，共29页，编辑于2022年，星期五 单位基础常识单位基础常识微米 1um10-6 m（米）纳米 1nm10-9 m（米）埃米 1 10-10 m（米）赫兹1Hz1/T（T为周期，T的单位为秒）兆瓦 1MW=1000KW=106W 真空单位真空单位 1Torr=1000mtorr=133Pa1bar1000mbar1atm=1.03*105 Pa 1mtorr=0.133Pa 1hpa=100Pa=1mbar第28页，共29页，编辑于2022年，星期五第29页，共29页，编辑于2022年，星期五
