薄膜太阳能电池技术产业化发展现状薄膜太阳能电池技术产业化发展现状晶硅电池与CdTe薄膜电池对比o 晶硅电池： u 技术陈旧，1954年 u 高能耗，高碳排放量 u 电池材料厚度100-300 m u 禁带宽度1.12 ev（电压低） u 成品率低：40%u 生产过程几小时左右 u 透光性差 u 市场份额递减（2015，欧盟 停用） u 成本：1.6美元/Wo CdTe薄膜电池： u 2003年 u 低能耗（湿法冶金） u 0.8-3 m u 1.52 ev （有高压潜能） u 90% u 30-45 mins u 透光性好（BIPV） u 市场份额激增（中国： 2GW） u 成本：0.87美元/W19541954年年 美国贝尔实验室制造出美国贝尔实验室制造出 第一块商用太阳能电池第一块商用太阳能电池19541954年年 20092009年年oo 世界人口世界人口 2727亿亿 6767亿亿5 5千万千万 +2.5+2.5倍倍oo 石油价格石油价格 2.82.8美元美元/ /桶桶 81.681.6美元美元/ /桶桶 +29+29倍倍oo 汽车数量汽车数量 5 5千万辆千万辆 2 2亿亿7 7千万辆千万辆 +5.4+5.4倍倍美国开发多样化的能源资源美国开发多样化的能源资源 来满足不断成长的能源需求来满足不断成长的能源需求美国的能源结构美国的能源结构 美国能源部美国能源部 20092009年年5 5月公布统计数据月公布统计数据美国政府的观点美国政府的观点oo 在未来的十年中，美国会面对更高的油价。在未来的十年中，美国会面对更高的油价。 oo 绿色能源将引发一场新的工业革命。美国要想继绿色能源将引发一场新的工业革命。美国要想继 续保持世界领袖地位，必须成为新能源领域的领续保持世界领袖地位，必须成为新能源领域的领 导者。导者。 oo 美国必须制定更为严格的二氧化碳排放政策。美国必须制定更为严格的二氧化碳排放政策。 oo 奥巴马政府必须制定一系列新政策为美国的绿色奥巴马政府必须制定一系列新政策为美国的绿色 能源建设打下政策基础。保证政策不变。能源建设打下政策基础。保证政策不变。美国政府目前的对策美国政府目前的对策oo 美国在未来美国在未来1010年将投资年将投资15001500亿美元建立清洁能源工亿美元建立清洁能源工 业。业。 oo 美国通过了新的美国通过了新的20092009年二氧化碳税法案，年二氧化碳税法案，1515美元美元/ / 吨，每年增加吨，每年增加1010美元税率，美元税率，5 5年后每年增加年后每年增加1515美元美元 税率。对进口产品同样适用。税率。对进口产品同样适用。 oo 美国政府强制大型电力公司在其产品中必须有美国政府强制大型电力公司在其产品中必须有10%-10%- 24%24%以上电力来自的再生能源。以上电力来自的再生能源。 oo 美国联邦和州政府为安装太阳能系统的所有家庭用美国联邦和州政府为安装太阳能系统的所有家庭用 户提供户提供50%50%以上的补贴。以上的补贴。美国政府的具体措施美国政府的具体措施 现有电网的强制性再生能源比例现有电网的强制性再生能源比例美国太阳能行业的几个数据美国太阳能行业的几个数据oo 投资：投资：2001-20102001-2010年的太阳能相关半导体行业风险投资资金年的太阳能相关半导体行业风险投资资金 为为4545亿美元，比以往增加亿美元，比以往增加1100%1100%， 而对传统的半导体行业的而对传统的半导体行业的 投资则减少了投资则减少了30% 30% 。 oo 企业：美国太阳能企业有企业：美国太阳能企业有200 200 多家，大部分多家，大部分20052005年后成立。年后成立。 oo 增长：增长：2001-20082001-2008年对太阳能行业年增长率超过年对太阳能行业年增长率超过40%40%。 oo 市场容量：从市场容量：从20002000年的年的300 MW 300 MW 增加到增加到20102010年的年的7.5 GW7.5 GW。 oo 售价：售价： 硅系太阳能板的零售价硅系太阳能板的零售价20022002年年 7.57.5美元美元/ /瓦，瓦，降到降到 20082008年年 3 3美元美元/ /瓦。瓦。 20092009年年1.81.8美元美元/ /瓦。瓦。2010 2010年年1.71.7美元美元/ /瓦瓦太阳能电池的终极目标和技术解决思路太阳能电池的终极目标和技术解决思路oo太阳能电池的终极目标：太阳能电池的终极目标： oo A A 真正清洁真正清洁能源能源 BB 社会社会可负担可负担的价格的价格 举例：举例： oo如果要产生如果要产生1GW(1GW(一个核电机组）的电力，需要大约面一个核电机组）的电力，需要大约面 积为积为5 5平方公里大小的太阳能电池板。阳光的能量密度平方公里大小的太阳能电池板。阳光的能量密度 约约 1KW/m 1KW/m2 2，到达地面只有，到达地面只有70%70%，而其中只有部分，而其中只有部分 能量可以转换为电力。能量可以转换为电力。20% 20% 可以认为是非常好的商用可以认为是非常好的商用 转换率。土地和系统都有成本。转换率。土地和系统都有成本。 oo要取得好的成本效益，目前的技术有只要取得好的成本效益，目前的技术有只2 2种解决思路：种解决思路：1. 1. 电池的面积降到最小电池的面积降到最小 2. 2. 电池的成本降到最低电池的成本降到最低为使电池面积最小为使电池面积最小研制聚焦型太阳能电池研制聚焦型太阳能电池 高倍聚焦的太阳能发电系统高倍聚焦的太阳能发电系统 80%80%国内最好的聚焦系统国内最好的聚焦系统 3KW 38%3KW 38%核心技术为使成本最低为使成本最低研制薄膜太阳能电池研制薄膜太阳能电池oo 应该对昂贵的半导体材料的消耗要少应该对昂贵的半导体材料的消耗要少 1%10%1%10%（材料消耗少）（材料消耗少）oo 应该非常适合高度自动化的生产过程应该非常适合高度自动化的生产过程 （工艺成本低）（工艺成本低）oo 应该在产品达到生命周期后可以回收再用（应该在产品达到生命周期后可以回收再用（ 额外收益大）额外收益大）硅和薄膜太阳能电池产业链比较硅和薄膜太阳能电池产业链比较第一代硅光太阳能电池制备工艺Chronar（美国）PECVD沉积P、I、N层的工作气体o P层：硅烷（SiH4）、硼烷（B2H6）、甲烷 （CH4）、高纯氩（Ar）、高纯氢（H2）o I层：硅烷（SiH4） 、高纯氢（H2）o N层：硅烷（SiH4）、磷烷（PH3）、高纯 氩（Ar）、高纯氢（H2）最具广泛应用潜力的三种薄膜材料o 非晶Sio CIGS（CuInGaSe）o 碲化镉（CdTe）三种薄膜技术的优缺点三种薄膜技术的优缺点-1-1oo 非晶硅非晶硅薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池 n n 优点优点： oo 硅薄膜沉积温度低，可直接沉积在普通基材上；硅薄膜沉积温度低，可直接沉积在普通基材上； oo 适合生产大面积太阳能电池，适合生产大面积太阳能电池，5.65.6平米左右；平米左右； oo 和晶硅太阳能电池比节约原料。和晶硅太阳能电池比节约原料。 n n 缺点缺点： oo 转换效率低，转换效率低，7-8%7-8%左右；左右； oo 工艺成本太高，生产线造价工艺成本太高，生产线造价1-1.21-1.2亿美金。亿美金。 n n 技术瓶颈技术瓶颈： oo 沉积速度慢；沉积速度慢； oo 光诱导衰减问题是大难题，目前无根本解决方法。光诱导衰减问题是大难题，目前无根本解决方法。非晶硅薄膜太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池三种薄膜技术的优缺点三种薄膜技术的优缺点-2-2oo 铜铟镓硒薄膜太阳能电池铜铟镓硒薄膜太阳能电池 n n 优点优点： oo 多晶异质结薄膜太阳能电池，反对的人少；多晶异质结薄膜太阳能电池，反对的人少； oo 4 4个元素安全环保，稳定；个元素安全环保，稳定； oo 目前实验室转换效率高，目前实验室转换效率高，19.9% 19.9% （世界纪录）。（世界纪录）。 n n 缺点缺点： oo 技术多样，无标准工艺方法；技术多样，无标准工艺方法； oo 4 4元化合物，工艺复杂，沉积速度慢；成本高。元化合物，工艺复杂，沉积速度慢；成本高。 n n 技术瓶颈技术瓶颈： oo 材料处理工艺问题是大难题；材料处理工艺问题是大难题； oo 大面积镀膜的均匀度问题，目前无很好解决方法。大面积镀膜的均匀度问题，目前无很好解决方法。多源共蒸发法（PVD）CIGS CIGS 铜铟镓硒薄膜太阳能电池铜铟镓硒薄膜太阳能电池三种薄膜技术的优缺点三种薄膜技术的优缺点-3-3oo 碲化镉（碲化镉（CdTeCdTe）薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池 n n 优点优点： oo 第一种在工业规模上成本大大优于所有其他材料的太第一种在工业规模上成本大大优于所有其他材料的太 阳能电池技术，阳能电池技术，20102010生产成本仅为生产成本仅为0.800.80美元美元/W/W； oo 和太阳的光谱最一致，可吸收和太阳的光谱最一致，可吸收95%95%以上的阳光；以上的阳光； oo 低能耗，无污染，生命周期结束后，可回收；低能耗，无污染，生命周期结束后，可回收； oo 强弱光均可发电，复杂环境条件下表现好；强弱光均可发电，复杂环境条件下表现好； oo 目前实验室转换效率目前实验室转换效率17.3%17.3%，目前工业化转换效率，目前工业化转换效率 11.4%11.4%。理论效率应为。理论效率应为28%28%。 n n 缺点缺点：产品面世时间短，原材料特性认识不充分问题。：产品面世时间短，原材料特性认识不充分问题。 n n 技术瓶颈技术瓶颈：提高：提高VocVoc，研发出提高转换效率的工艺方法。，研发出提高转换效率的工艺方法。CdTe制备工艺（近距升华法）碲化镉薄膜太阳能电池碲化镉薄膜太阳能电池电力系统需要稳定性，一般情况下电力系统需要稳定性，一般情况下 三种技术工作稳定性的对比三种技术工作稳定性的对比实际工作环境下性能参数对比技术技术光照强光照强 度低度低高温环境高温环境组件转组件转 换率换率 非晶硅非晶硅+- -晶体硅晶体硅- - -+ 碲化镉碲化镉+平均值平均值 铜铟镓硒铜铟镓硒- - -+ +- 根据EUPD2009年调查报调查报 告美国电网中的太阳能电力成本比较美国电网中的太阳能电力成本比较oo 目前，从经济效益上看，晶体硅太阳能电力价格和传统目前，从经济效益上看，晶体硅太阳能电力价格和传统 电网电力价格比，尚无竞争力。碲化镉有实现平价上网电网电力价格比，尚无竞争力。碲化镉有实现平价上网 电价的可能。电价的可能。n n 美国电网平均电价美国电网平均电价 0.0860.086美元美元/ /度度 n n 美国备用电网平均电价美国备用电网平均电价 0.220.22美元美元/ /度度 n n 美国平均晶硅太阳能电价美国平均晶硅太阳能电价 0.270.27美元美元/ /度度 n n 内华达，内华达，12MV12MV碲化镉电站电价碲化镉电站电价 0.0750.075美元美元/ /度度 n n 美国能源部对太阳能发电的期待价格是：美国能源部对太阳能发电的期待价格是： 0.100.10美元美元/ /度度碲化镉薄膜碲化镉薄膜太阳能电池是近期最好的技术太阳能电池是近期最好的技术oo 最优化的单质结能带最优化的单质结能带理论