硅基薄膜太阳电池基础知识介绍.ppt

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1、1,硅基薄膜太阳电池基础知识介绍,部门:技术部 2010年5月31日,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,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,薄膜太阳电池简介,硅薄膜,碲镉系(CdTe),染料薄膜和有机薄膜(TiO2),非晶,非晶/微晶(a-Si,a-Si/c-Si),First Solar，US,United Solar(8%),EPV(56%)US,Kaneka,Sharp(810%)Jap

2、an,LG,周星(9.6%)韩国,铜铟系(CIS,CIGS),金属薄膜,正泰(9.0%),天威(67%),新奥(88.5%),金太阳(8%),尚德(67%),百世德(88.5%)中国,Leybold Optics(9.5%)German,Oerlikon(9.3%)瑞士,JST German,山东孚日股份 中国,5,1975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

3、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,History,Today,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%,6,硅基薄膜太阳电池的技术发展,EPV,Oerlikon,AMAT,EPV,EPV 泉州金太阳Unit-solar,OerlikonAMATKanakaSharp.,?,BestSOLAR Confidential,三、硅基薄膜电池优缺点优点:耗材少:硅薄膜太阳电池的厚度在2m左

4、右其厚度只有晶硅电池的1%能耗低:硅薄膜电池制备工艺200OC 左右，而晶体硅核心工艺需要1000OC无毒，无污染 更多的发电量 a.良好的弱光性:使得在阴雨天比晶体硅电池有多10%左右的发电量 b.高温性能好: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 高的发电量 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 环境，加 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。应用稳定性更好 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。能源回收期短 成本低且下降空间大,缺点 前期资金投资大 光致衰退(S-w效应)效率偏

5、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,硅基薄膜太阳电池缺点以及应对,四、非晶硅的光照衰退(Staebler-Wronski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,薄膜太阳电池LID测试(IEC认证),资料来源:应用材料,光老化试验,测试环境,标准条件（STC）光强：光功率密度为1000W/m2光谱特征：AM1.5环境温度：25,五、电池的光电转换

6、效率计算,光谱特征：AM1.5,cos=2/3(48.2o)AM1.5=1/cos,Light,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Eff计算,Initial Eff,Stable Eff,LID,SOL:I-V曲线指标介绍(Q-size),参数解释,Pm：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Isc：为电池片正负极短路条件的电流V

7、m：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FF：为Pm/(Voc*Isc)Rs：表征电池内部的串联电阻Rsh：表征电池元之间的并联电阻,六、薄膜电池工艺简介,1、磨边-seam,主要的目的：磨去透明导电玻璃锋利的边，提高玻璃的安全性；,玻璃,透明导电薄膜,磨边,2、清洗-washer1,主要目的：去除透明导电玻璃上的灰尘、油污，获得清洁的表面,3、Laser划刻部分,3.1、三次激光划刻过程,Laser1-1064nm,Laser2-532nm,Laser3-532nm,laser2,Laser3,laser1,玻璃,透明导电膜,硅膜,背电极,P1 P2 P3,3.2、组件

8、内部子电池连接,组件图案,4、激光划刻1(Laser1),主要目的：把TCO导电膜分成216个小块，每个小块绝缘,R1M,5、清洗2-washer2,主要的目的：去除激光划刻后膜层表面残留的颗粒,6、等离子化学气相沉积设备（PECVD）,主要目的：沉积非晶与微晶硅电池,沉积的过程,7、激光划刻2-Laser2,目的：去除硅膜，形成分割的子电池,目的：沉积背电极,8、溅射,9、激光划刻3-Laser3,目的：216个子电池形成完整串联电路,负极,正极,10、QASR,目的：去除电池中漏电的地方，提高电池的性能；,目的：切割成不同尺寸的组件,11、切割（Cutter）,12、磨边-Seam B,目

9、的：磨去切割造成的锋利边缘，提高安全性,13、清洗3（washer3）,目的：清洗表面残留的灰尘,14、引线(Buss),Cross buss,15、层压（Lamination）,目的：膜层与外界隔绝，保证能够在室外正常运行25年,16、高压釜（ACL),-高压系统以3小时11分为一个周期,每批可提供324片 Q-size 1100mm1300mm10mm),或者166片H-size 1100mm2600mm 10mm or 2200mm1300mm10mm),或者96片F-size(2200mm260010mm)。不同类型Module 不能混合或搭配,17、接线盒安装,接线盒,目的：组件性能

10、测试,18、太阳模拟器（SOL),叠层电池结构,SiO2(2040nm),更低的成本,薄膜太阳能电池的未来,TJ Cost:-40%,40,更高的效率,非晶硅/微晶硅电池的未来结构,光捕获(Light Trapping)示意图,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 1Torr=1000mtorr=133Pa1bar1000mbar=1atm=1.03*105 Pa 1mtorr=0.133Pa 1hpa=100Pa=1mbar,Thank you for your attention!,