非晶硅薄膜太阳能电池项目可行性研究报告.doc

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1、目 录第一章 项目概述- 3 -1.1项目的国内外行业技术背景- 3 -1.2我省行业技术背景及项目对我省经济、社会发展的意义和价值- 4 -1.3概述项目的目标产品、主要内容、主要研发和产业化前期工作、未来研发和产业化的目标任务- 13 -1.4 项目可行性简要分析- 18 -1.5 项目计划目标- 20 -第二章 项目的技术可行性分析- 20 -2.1本项目的基本原理及关键技术内容- 20 -2.2工艺路线- 35 -2.3论述项目创新点（包括技术创新、产品结构创新、生产工艺创新、产品性能及使用效果的显著变化等。）- 39 -2.4项目的成果和技术来源、知识产权的情况与归属- 43 -2.

2、5简述本项目国内外相关行业发展现状、项目需要解决的关键技术，并与国内外此类产品及技术现行指标进行比较分析- 44 -第三章 项目产品市场分析- 47 -3.1本项目产品的主要用途、应用领域、需求量及未来市场预测；项目产品的经济寿命期；相关替代产品及其竞争力比较- 47 -3.2.本项目产品国内主要研制单位及主要生产厂家的研制开发情况；国内同类在建和已建项目的生产能力、预计投产时间- 54 -第四章 项目计划目标及技术指标- 58 -4.1总体目标- 58 -4.2技术创新目标- 59 -4.3技术、质量指标- 60 -4.4经济与社会发展目标- 61 -第五章 项目实施方案- 61 -5.1技

3、术方案- 61 -5.2生产方案- 62 -5.3.市场方案- 68 -第六章 围绕本项目的厂址选择和劳动安全、卫生、消防- 69 -6.1 厂址地理位置现状- 69 -6.2 建设条件- 69 -63劳动安全、卫生及消防- 72 -第七章 环境保护- 75 -7.1 执行标准- 75 -7.2 项目区环境现状- 75 -7.3 主要污染源及污染物- 76 -7.4 环境治理措施- 76 -7.5 环境保护结论- 77 -第八章 节能- 77 -8.1 设计依据- 77 -8.2 节能措施- 77 -第九章 投资预算与资金筹措- 79 -9.1总投资- 79 -9.2资金预算和来源说明- 79

4、 -9.3项目支出预算- 79 -第十章 经济、社会效益分析- 79 -10.1产品成本分析- 79 -10.2产品单位售价与盈利预测- 79 -10.3经济效益分析- 80 -10.4项目投资评价- 80 -10.5社会效益分析- 80 -第十一章 项目风险分析与控制- 80 -11.1技术风险- 80 -11.2市场风险- 80 -第一章 项目概述1.1项目的国内外行业技术背景随着能源危机与环境污染问题越来越严重，社会各界对能源消耗的可持续性发展日益重视，尤其引起了各国政府对清洁的、可再生能源的关注和青睐，新型能源成为国际学术界和各国研究、开发的重点，而太阳能是新能源发展的主要方向之一。根

5、据美国能源信息管理局的预测，到2010年，世界煤炭、水力和核能发电将有6.4%的电力供应缺口；到2020年，这一缺口将增至10.7%；这一供应缺口不得不用可再生能源去弥补，而利用太阳能发电将起着重要的作用。如下表1列出了由国家发改委提供的未来几十年预计我国太阳能产业发展情况：产业规划2010E2020E2030E2040E装机容量30万KWp180万KWp1000万KWp10000万KWp年发电量4.2亿KWH 21.6亿KWH140亿KWH1500亿KWH发电比例4.2%8%14.6%22.5%表1全国太阳能装机容量及发电量规划太阳能光伏发电是太阳能利用的一个主要方面，目前常用的太阳能电池有

6、单晶硅电池、多晶硅电池和非晶硅薄膜电池。在欧美一些国家，因为政府的一些优惠政策及单晶硅、多晶硅电池具有研发早、转化效率高、生产工艺成熟等优点，得到了一定数量的推广。但是单晶硅、多晶硅电池组件的硅料提纯、制取过程中消耗大量的电能，发电成本远高于其他能源形式。经分析，单晶硅、多晶硅电池成本下降有两种途径：提高转化率和降低硅片厚度。根据电池转化率和硅片厚度变化趋势可以测算多晶硅系统价格变化趋势，最高值分别是22%和150m，这个数值接近晶硅的成本极限；根据模型测算，按照年日照1000h测算，2020年多晶硅电池系统的发电成本为2.02元/kWh；年日照1 300 h的发电成本为1.55元/kWh，这

7、一数据接近晶硅的成本底线，但仍不足以与煤炭等常规能源相比，市场前景日益黯淡。单晶硅、多晶硅电池的这些缺点在客观上为非晶硅薄膜电池的发展提供了契机。自从1976年非晶硅太阳能电池诞生以来，到现在已经有27年的历史了。随着研究的深入与产业化技术的完善，非晶硅电池的质量不断提高，能量转换效率从最初的2.4%已经可以提高到15%。非晶硅电池已经应用于各种领域，并显示出了强大的生命力。2001年非晶硅电池的世界总产量已经达到33.68MW，占世界总产量的8.62%。如今，非晶硅薄膜太阳能电池技术已步入成熟，单条生产线的总输出能量为25.8 MWp 。1.2我省行业技术背景及项目对我省经济、社会发展的意义

8、和价值1.2.1我省太阳能资源情况及光伏产业发展的优势青海省地处中纬度地带，平均海拔4000米左右，高原大气层相对稀薄，日光透过率高，加之气候干燥、降雨量少，云层遮蔽率低，太阳能资源十分丰富，仅次于西藏，属第二高值区。青海省的太阳能资源我国年日照时数分布在2500-3650小时，年均日照率达60-80%，年辐照总量5860-7540兆焦耳/平方米。柴达木地区我国年日照时数为3600小时，是著名的“阳光地带”，具有很高的开发利用潜力。有效地利用青海的综合资源优势，大力发展太阳光伏产业，优化青海省能源结构、保护生态环境、推动工业和经济的快速发展，实现青海省能源、工业、经济和社会的可持续发展。我国西

9、部地区，青海省的太阳能资源不是最好的、荒漠土地面积不是最大的、电网架构和容量也不是最完善的。但是结合太阳能资源、土地资源、气象、电网、地理、交通及光伏产业链等因素，青海的光伏发展综合条件是全国最优的。1） 丰富的太阳能资源 青海省地处青藏高原，全省均属于太阳能资源丰富地区，太阳能资源全国第二，仅次于西藏。全年日照时数在25003650小时，年辐照总量58607540兆焦耳/平方米，折合约1623亿吨标煤，合360万亿千瓦时。太阳能资源分布均匀，海西州和玉树州西部年辐照总量在7000兆焦耳/平方米以上，相当于2000KWh/M2.光伏发电一年满发小时数可达到1800小时（系统效率0.9）以上。其

10、他地区辐照量略低，但绝大部分区域也在6000兆焦耳/平方米以上。 在青海省建设光伏发电系统，发电成本将远低于欧洲国家，同时也低于国内大多数区域，具有良好的经济性。青海省丰富的太阳能资源，是除西藏外其他省份无法比拟的资源优势。2） 土地等自然资源 青海省具有建设大型光伏发电系统非常理想的土地资源。全省土地面积72万平方公里，未利用土地面积为24.6万平方公里，仅海西州就有未利用土地20万平方公里，主要为荒草地、盐碱地、沙地、裸土地、裸岩石砾地等，仅柴达木盆地就有荒漠化土地约3.5万平方公里。 青海省的荒漠和戈壁相对比较集中，广阔而且平坦，无遮挡，地质、地形和地貌等条件非常适合于建设光伏电站。 海

11、西州是青海省降水量最小的地区，柴达木盆地比较干旱，年降水量从东南部的200毫米降到西北部的15毫米，格尔木周边仅为38毫米。 柴达木盆地的土地等综合自然资源非常适合于建设大型荒漠光伏高压并网系统。1平方公里可以建设固定式光伏电站4万千瓦，或者建设跟踪型光伏电站1万千瓦。以海西州四分之一未利用土地（5万平方公里）建设光伏电站的年发电量将超过2007年全国总发电量。3）电网容量与架构理想 青海省电力负荷容量较小，2007年度全网最大发电负荷为398万千瓦，2010年预计全网负荷为940万千瓦，2020年全网也仅1670万千瓦左右。 青海省电网是西北电网的一部分，电压等级较高。2012年预计建设5座

12、750KV变电站，电网建成750千伏“西电东送”两个通道。南通道750KV直通兰州东，北通道750KV通过西宁通过永登。建成750千伏西宁格尔木输变电工程、青海西藏联网工程。2020年，青海经过锡铁山750KV变电站通往新疆的500千伏直流联网工程计划建成。海西州将具备3座750KV变电站，2条500千伏直流通往外省的输电线路，1条750KV通往西宁的输电线路。 2020年青海省电网与周边的西藏、新疆、甘肃等邻省通过交流750KV和500千伏直流超高压电网联网。青海省本地负荷小，但输电网架构非常完善，电压等级高，电网四通八达。建设超大规模的光伏发电基地的电力输变电设施基本具备。4）硅矿石资源

13、青海省有丰富的硅矿石资源，储量在10亿吨以上，矿石质量好，主要分布在西宁和海东地区，素有“硅石走廊”之称。我国制造太阳电池所需的高纯多晶硅材料绝大部分依靠进口，利用青海省丰富的硅矿石资源，发展硅材料提纯生产具有一定的优势。5）电价水平较低 青海省电力结构以水电为主，电力充足且电价水平较低。对于光伏产业链中“沙子到冶金硅、多晶硅生产、硅锭/切片”3个耗能比较高的生产环节，电力成本低具有较大的优势。6）交通设施便利 青海省交通运输条件较好，由公路、铁路构成的交通运输网络覆盖全省，是工业经济持续快速发展的坚实基础，同时也为光伏产业的发展和电站的建设提供了便利条件。 通往海西州内贯穿荒漠地区的公路均为

14、二级以上，去各工业区或变电站的道路也全部为油路。青藏铁路的建成通车也为全省的交通运输奠定了强有力的支撑。7）完整的光伏产业链 青海省具有较为完整的光伏产业链。从硅材料、硅锭/切片、太阳电池生产、组件封装、平衡部件研发及生产、系统集成、销售网络及售后服务体系等光伏产业中各个环节都有专业的生产企业。同时，青海省拥有多年的光伏系统设计、安装等工作基础和丰富的工程应用经验。青海省逐渐成为了西部光伏产业发展中心。1.2.2我省光伏产业现状及发展规划1）我省光伏产业现状近年来，我省积极实施优势资源转换战略，在一批龙头企业的带动下，光伏产业不断壮大。通过引进资金和技术，使全省多昌硅、单晶硅这一产业链中关键环

15、节走在了全国前列；同时一批多晶硅、单晶硅锭片项目的启动和实施，为全省光伏产业发展，技术、人才集聚创造了良好的条件。一、产业发展初具规模目前，青海省光伏产业正在政府宏观调控下稳步发展。多晶硅提纯制造业发展迅速，预计2009年亚洲硅业（青海）公司、黄河水电集团形成年产3250t多晶桂生产能力，青海华硅能源有限公司已形成单1000r晶硅产能的目标；以青海尚德尼玛太阳能电力有限公司为主的太阳能电池组件封装产业形成了50MW生产能力；太阳能产品制造业方面，已形成青海新能源（集团）有限公司为代表的20多家生产企业，产品不仅满足青海省为中心的西部光伏电源区域市场，一些产品还远销尼泊尔、蒙古、乌兹别克斯坦等国

16、。二、产业链逐步形成目前，省内光伏新材料产业的范围覆盖了多晶硅、单晶硅、硅切片、电池组件、系统集成等各个环节。以东川工业园区为主体，集聚了一批光伏产业生产企业，如甘河、民和工业园可用于多晶硅生产原料的金属硅高纯工业硅企业和项目，亚洲硅业（青海）有限公司、青海华硅能源有限公司的多晶硅、单晶硅生产，青海尚德尼玛等太阳能电池组件封装的生产，企业间形成了相互依存，配套协作的密切关系。通过积极引进新一代西门子生产工艺技术，突破了多晶硅产业关键技术，从材料生产、工艺技术、重大装备、循环利用的产业化生产线，形成了“金属硅多晶硅单晶硅硅片太阳能组件太阳能照明灯具”的产业链，太阳能光伏产业的上下游环节已初步贯通

17、，标志全省以硅材料为主的光伏新材料产业链初步形成。三、产业技术水平不断提高结合国内外硅产业的发展趋势，在省、市相关部门的推动下，光伏新材料生产企业注重与高校和科研院所的产学研合作，加强关键技术攻关，提高产业技术水平。四、市场应用取得初步成效从市场构成分析，省内光伏市场以解决农村、牧区用电的离网发电为主，占累计装机容量的70.65%，居光伏发电市场的首位；其次为户用电源，占累计装机容量的28.62%。上述市场构成反映了国家加快农村及边远地区电气化的政策扶持机遇。省内离网光伏电站主要应用于乡村级光伏电站、移动通讯机站、公路道班、气象台站等领域。2003年以来，国家发改委正式启动了“送电到乡”工程，

18、总投资37312万元，总装机容量3943千瓦，在全省6州1地23县112个无电乡，已建设完成太阳能光伏电站112座（含风光互补电站），解决了我国省112个无电乡1.5万户、5.5万人的基本生活用电问题，青海省也彻底告别了存在无电乡的历史。另外，中德财政使用的“西部光伏村落电站”项目自2002年起实施，将建成180个光伏电站，解决约1万户农牧民及学校、卫生所等公益设施的基本用电需求，受益人口约4万多人，一定程度上解决了省内偏远地区的用电问题。2004年建成青海省第一座运行发电的并网光伏示范电站，年发电量约5000多KWh，2006年计划55KWp的电站建设，目前已完成40KWp，2007年建设的

19、300KWp光伏并网电站年发电量为42万KWh。2009年计划开建的柴达木太阳能电站规划装机容量为1GW，建成后将成为目前中国最大的并网光伏电站。由于省内光伏产业具有相对完整的产业链，在下游特别是照明应用领域已开始对接融合，全省已经在西宁多个路段和小区采用了太阳能路灯、庭院灯、草坪灯，随着新农村、新牧区的建设，将在格尔木市、同德县、花土沟镇、西海镇等地建设太阳能路灯示范工程，市场应用取得了阶段性的成效。2）发展方向与重点近年来，全省通过引进资金和技术，形成了一定规模的多晶硅、单晶硅生产能力，奠定了高纯硅材料产业基础，具备了发展国内大规模的光伏产业条件。如何继续加大结构调整力度，积极贯彻落实国家

20、产业政策，以资源高效利用为突破口，延长产业链，培育新的经济增长点，积极发展流光伏产业，全力推进工业项目建设，努力扩大工业经济总量，在这一领域跟上全球的步伐，以及能够走在全国前列，是我省重要的课题之一。 青海省光伏发电应用的发展整体定位为：全国最大的光伏发电基地，为本省、邻省、华北乃至全国提供电力。发展阶段如下：1） 2020年以前，光伏发电为全省电网补充电力 2020年以前，青海省光伏发电的应用重点是满足省内自身用电需求，利用青海省现有电网架构，补充青海电网电力供应，调整能源结构，解决偏远地区用电问题，为快速发展的青海省工业和经济提供电力供应保障。 发展目标为：到2020年，光伏发电总装机占青

21、海省电力装机的8%，达到200万千瓦（即2GWp），年发电量达到34亿千瓦时左右，约占全省电力规划消耗总量的3.4%。2） 2012年2030年，光伏发电为邻省提供清洁型电力 20212030年，青海省光伏发电的应用重点是为电力紧缺的邻省提供电力。 发展目标为：到2030年，光伏发电总装机达到2千万千瓦（即20GWp），年发电量达到340亿千瓦时左右。3） 2031年2040年，光伏发电为华北供电 20312040年，青海省光伏发电的应用重点是为华北地区提供电力。 发展目标为：到2040年，光伏发电总装机达到2亿千瓦（即200GWp），年发电量达到3400亿千瓦时左右。4）2041年2050年

22、，光伏发电为全国供电 发展目标为：到2050年，青海省光伏发电总装机达到10亿千瓦（即1000GWp），年发电量达到1.7万亿千瓦时左右，成为全国能源基地，可以为全国提供电力。 青海省光伏产业发展定位为：青海省第5大支柱产业。 结合青海省光伏应用的发展定位和现有的光伏产业链，青海省太阳光伏产业的发展重点是：硅材料提纯、硅锭/切片、太阳电池生产。 青海省已有盐湖化工、水电、石油天然气、有色金属四大支柱产业，在2008年政府工作报告中，省政府明确提出要依托本地得天独厚的太阳能应用综合资源优势，将太阳能产业打造成国内新的产业支柱。这也是青海省大力发展高新技术产业，推动传统产业结构优化升级，形成特色经

23、济框架，保证能源需求的持续增长得以满足的迫切需要。 光伏产业是青海省特色经济的首选产业，是拉动青海省工业和经济进一步发展的新增长点。大力发展青海省太阳光伏产业，积极引进省外优质资本和国内外先进技术，建设并完善具有产业竞争力的光伏产业链，积极进行光伏发电产品测试、综合示范应用等能力建设，将青海省建设成为我国西部光伏产业基地、综合示范基地、规模推广应用基地，这也将成为青海省经济持续增长的强大动力。1.2.3项目对我省经济、社会发展的意义和价值充分发挥多晶硅、单晶硅等上游原料的优势，着力提高光电转换效率和组件封装技术水平，减少电池片厚度，密切跟踪薄膜晶硅电池及组件、非晶硅薄膜电池等前沿技术走势，加快

24、研发和产业化步伐。大力发展高转换率多晶硅薄膜太阳能电池、单晶硅太阳能电池制造产品。改革开放以来青海省对外贸易工作克服远离口岸、交通不便等困难，积极应对国际经济形势的变化，大力推进以开放带动进出口，不断开创对外贸易发展的新局面。特别是进入21世纪后，青海省对外贸易工作在省委、省政府的领导下，紧紧把握国际经济变幻和国内产业转移的时机，以科学发展观统领发展全局，努力改善对外贸易的环境，对外贸易工作取得了新成绩。但是青海省对外贸易水平较低，外贸对经济的巨大拉动作用和对配置的优化作用远远没有发挥出来。金融危机的爆发打破了原有相对比较稳定的国际贸易格式，随着国际经济一体化进程加快及我国加入世界贸易组织后，

25、为青海省提供了良好的发展机遇。该项目依托企业的技术优势，发展太阳能光伏系统，主要产品出口到俄罗斯、巴基斯坦、缅甸等国家。实施后年出口创汇115万美元。因此该项目的实施，是走青海外贸之路、创名牌出口商品的需要。1.3概述项目的目标产品、主要内容、主要研发和产业化前期工作、未来研发和产业化的目标任务1.3.1目标产品非晶硅薄膜太阳能电池。1.3.2主要内容 非晶硅太阳能电池作为一种新型太阳能电池,其原材料来源广泛、生产成本低、便于大规模生产,因而具有广阔的市场前景。它具有较高的光吸收系数,在0.4-0.75m的可见光波段,其吸收系数比单晶硅要高出一个数量级,比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高40倍左

26、右,用很薄的非晶硅膜(约1m厚)就能吸收约80%有用的太阳能,且暗电导很低,在实际使用中对低光强光有较好的适应,特别适用于制作室内用的微低功耗电源,这些都是非晶硅材料最重要的特点,也是它能够成为低价太阳能电池的重要因素。1.3.3主要研发和产业化前期工作非晶硅薄膜电池由于没有晶体硅所需要的周期性原子排列要求,可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题,在较低的温度(200左右)下可直接沉积在玻璃、不锈钢、塑料膜和陶瓷等廉价衬底材料上,工艺简单,单片电池面积大,便于工业化大规模生产,同时亦能减少能量回收时间,降低生产成本。由于非晶硅半导体材料(a-Si)最基本的特征是组成原子的排列

27、为长程无序、短程有序,原子之间的键合类似晶体硅,形成的是一种共价无规网络结构,它含有一定量的结构缺陷、悬挂键、断键等,因此载流子迁移率低、扩散长度小、寿命短,所以这种材料是不适合直接做成半导体器件的。为了降低非晶硅中缺陷态密度,使之成为有用的光电器件,人们发现通过对其氢化处理后非晶硅材料中大部分的悬挂键被氢补偿,形成硅氢键,降低了态隙密度。1976年研究人员成功实现了对非晶硅材料的p型和n型掺杂,实现了a-Si-pn结的制作。但这种氢化非晶硅pn结不稳定,而且光照时光电导不明显,几乎没有有效的电荷收集。因此为了把非晶硅材料做成有效的太阳能电池,常采取的结构模式为pin结构,p层和i层起着建立内

28、建电场的作用,i层起着载流子产生与收集的作用。此外,非晶硅材料的光学带隙为1.7eV,材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感,这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率,解决这个问题的方法就是制备叠层太阳能电池,一方面增加太阳光利用率,另一方面提高非晶硅太阳能电池效率。但是,非晶硅薄膜太阳能电池光电效率会随着光照时间延续而衰减,即所谓的光致衰退(S-W效应)效应,主要是因为Si-H键很弱,在光照下H很容易失去,形成大量Si悬挂键,并且非晶硅薄膜电池转换效率低,一般在10%左右。图1 典型p-i-n薄膜非晶硅太阳电池示意图1.3.4 未来主要研发和产业化的目标任务为了提高非晶硅薄膜太阳能电池组件

29、在市场上的竞争力，影响非晶硅太阳电池性价比的方方面面显得尤为重要，从产品性能和生产工艺角度可以分为以下几点：1. 提高非晶硅太阳电池的传换效率。效率的提高可以从提高对光的管理系统出发，如陷光结构。对于沉积在玻璃衬底上的太阳电池（亦称“顶层式”太阳电池），影响光散射特性的透明导电膜（TCO）前电极的表面形态就显得至关重要；对于沉积在不透明载体上的太阳电池（亦称“底层式”太阳电池），后接触器的反射率和纹理显得尤为重要。非晶硅薄膜太阳电池更进一步发展与光电质量的提高非晶硅吸收层，掺杂层和介于掺杂层和内置层之间的分界层。2. 消除非晶硅薄膜太阳能电池光电效率会随着光照时间延续而衰减的影响，即消除所谓的

30、光致衰退（Staebler-Wronski effect）影响。这种影响可以使得初期非晶硅太阳电池组件的性能减少15-30%。经研究采用薄的吸收层可以有效抑制光致衰退效应。然而，为了提供充足的光吸收能力，薄的吸收层必须依赖于太阳电池中高效的光诱导技术。3. 为了降低非晶硅薄膜太阳电池组件制备的成本，限制在非晶硅沉积机器的投资，吸收层的沉积速率需要控制在10-20A/s。如何在提高了的沉积速率基础上避免增加的光诱导衰减成为了沉积速率的中心问题。除了无线电频率的等离子体增强的化学气相沉积（PECVD）技术，以下几种沉积技术也被探究具有可以制造出沉积速率很高的吸收层，如高频等离子体增强的化学气相沉积

31、技术，热丝化学气相沉积技术和夸大化的热等离子体化学气相沉积技术。4. 大批量生产工艺的选择。尽管a-Si:H薄膜太阳能电池各层的沉积技术是其最重要的制造工艺部分，但是成品还包括很多制造步骤影响太阳能组件的总费用。这包括：透明导电膜（TCO）前电极的沉积，多层后电极的沉积，亚电池系统的激光划片，封装和构架系统等。太阳电池结构和组件设计取决于应用的制造步骤和沉积顺序的选择。目前，有三种主要的a-Si:H薄膜太阳能电池沉积方法:一室过程，多室过程和连续式的卷对卷(roll-to-roll)制程生产。普遍的趋势是增加衬底的大小，来减少每单位面积的成本。通常的产品设备的必要条件是充分的沉积过程信任度，高

32、的正常生产时间，高效率和正确的清洗工作室时间的选择。5. 降低材料成本。材料成本主要归功于全部的a-Si:H模块。其中重要的一部分是基底，玻璃材料和高温抗性的聚合金属层。因此，更加低价的薄金属层连续式的卷对卷(roll-to-roll)技术是一项更好的选择。通常相对厚的含氟聚合物封装技术被应用来保证一个模块具有20年的寿命。由此封装成为了模块加工中花费最高的项目，因此寻找一种便宜的封装技术成为最重要的降低成本的手段之一。衬底的选择决定了加工各过程的温度和加工步骤。a-Si:H各层沉积时气体的选择以及他们的纯度和利用度也具有经济影响，例如，在a-SiGe:H多结太阳电池各层中利用锗烷可以很大程度

33、上增加材料成本。1.4 项目可行性简要分析1.4.1 项目的可行性研究依据由于薄膜太阳电池的成本优势，始终是我国政府在光伏发电方面重点支持的领域，早在“七五”期间，国家科委就投入2000多万元，在北京有色金属研究院建成年产100kW非晶硅太阳电池生产线。 进入21世纪，国家通过科技攻关计划、“863”计划、“973”计划以及各项创新计划，对薄膜太阳电池的研究开发和产业化给以了大力支持，使我国在非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒、染料敏化以及微晶/非晶太阳电池等诸多方面距均取得了很好的进展，为我国薄膜太阳电池的产业化打下了良好的基础。多晶硅或单晶硅之生产程序可排放超过10倍之有毒物质（包括最危险的氯硅烷）

34、于2009年8月，国务院总理温家宝发布一项紧急指令，重申国家必须减少生产晶体硅，其中更是提到多晶硅属于高耗能和高污染产品。路透社根据一份太阳能研究公司iSuppli发出的报告显示，非晶硅薄膜太阳能电池的市场占有率将于2013年以前增加一倍以上。通用电气公司最近宣布，他们将改以薄膜太阳能作为集团未来的太阳能项目发展重点，并在2011年开始生产。1.4.2 市场预测在各类太阳能发电技术中，目前晶硅电池仍然占主导地位。但薄膜电池的出货量比例不断增加，从2002年的3%增加到2008年的14%，而2009年更是增加到19%。EPIA数据显示，2009年薄膜电池的产能占到总产能的22，到2013年将上升

35、到23。其中硅基薄膜新增产能将集中在中国和台湾，而CdTe和CIGS新增产能将集中在美国、欧洲和日本。截至2009年年底，全球大约有50家公司已经或计划生产硅基薄膜电池，领先的厂商主要包括夏普（日本）、三菱（日本）、United Solar（美国）、Ersol（德国）、新奥光伏（中国）、创益科技（中国）和佰世德太阳能（中国）等。1.4.3 项目的实施方案本项目计划实施期限为三年。通过本项目的实施，应用非晶硅薄膜太阳能电池的研发和生产方面积累的研究成果，综合国际和国内先进的非晶硅薄膜太阳能电池研究成果，就非晶硅薄膜太阳能电池光电转换效率、杂质掺杂浓度、光致衰减效应、沉积工艺等关键技术，开展深入研

36、究，掌握非晶硅薄膜太阳能电池的关键技术和制造工艺，开发出具有国际先进水平的新型非晶硅薄膜太阳能电池，并形成产业化。1.4.4 预期效益分析（1）社会效益项目的实施符合国家产业政策，是青海省重点建设项目，项目建成后可促进和带动地方经济的发展。项目产品的推广使用，不仅可节省巨大的电能消耗量，节省能源开支，提高经济效益；而且可大幅提高能源利用效率，对促进可持续发展具有重要的作用，促进资源的节约型和环境友好型社会的建设。项目实施的是项目实施单位贯彻落实我国能源利用基本方针政策的具体体现。在当前就业压力较大的情况下，增加就业岗位，尤显重要，该项目的建设对促进就业具有重要的现实意义和作用。本项目可提供直接

37、就业岗位若干个，通过项目建设和运营，每年还可增加更多的间接就业岗位和就业机会。项目实施是促进就业的迫切需要。（2）经济效益本项目的实施，新增固定资产363万元，实现利税166万元，财政收入增加100万元。加大了西宁市地区的固定资产的投入，带动了局部经济的增长。项目实施后年出口额115万美元，对青海省出口创汇具有重要的意义。1.5 项目计划目标项目执行期间计划新增投资4830万元，实施期三年，达产时形成年产50MW非晶硅薄膜太阳能电池的能力。预计目标产品国内市场占有率将达到20%左右，实施期内累计销售非晶硅薄膜太阳能电池2.3万KW，累计实现新增销售收入9200万元，净利润992万元，税收102

38、4万元，替代进口150万美元。第二章 项目的技术可行性分析2.1本项目的基本原理及关键技术内容 2.1.1基本原理非晶硅(a-Si)太阳电池是在玻璃(glass)衬底上沉积透明导电膜(TCO)，然后依次用等离子体反应沉积p型、i型、n型三层a-Si（单结），接着再蒸镀金属电极铝(Al)，光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构可表示为glass/TCO/pin/Al，最后用EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）、底面玻璃封装，衬底也可以是不锈钢片、塑料等作衬底。非晶硅双结玻璃薄膜电池组件的结构如图2所示，自上到下依次为顶面玻璃、导电膜、双结非晶硅薄膜电池（非晶硅薄膜电池还可做成单结或三结非

39、晶硅薄膜电池）、背电极、EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）、底面玻璃。非晶硅玻璃薄膜电池发电原理与单晶硅、多晶硅电池相似，当太阳光照射到电池上时，电池吸收光能产生光生电子空穴对，在电池内建电场的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴漂移到P侧，电子漂移到N侧，形成光生电势，外电路接通时，产生电流。图2 非晶硅双结玻璃薄膜电池结构为了要了解不同于晶体硅太阳能电池的非晶硅薄膜太阳能电池的设计和操作,我们将会概述非晶硅薄膜太阳能电池的结构和材料特性并且与单晶硅电池进行比较。 一些广泛被应用于a-Si:H的技术也提到了。1.原子结构图3 单晶硅和a-Si:H原子结构示意图图 3 举例说明不同在单晶硅和a-Si

40、:H原子结构的不同. 每个硅原子以共价以联结四个邻近的原子。 所有的联结键有相同的长度并且各联结键之间的角度是相等的。 在原子结构中，一个原子与它直接相邻的原子的联结数目叫做配位数。 因此, 在单晶硅中,所有硅原子的配位数是四; 我们也能说硅原子是四重配位。 一个电池单元能被定义为晶格完全相同，能被复制而且彼此堆积。 如此的规律性的原子排序用长程有序来描述。图 3 b 举例说明a-Si:H不呈现出长程有序的结构。然而，在原子规模上有相似的原子组态, 即有四个硅原子组成相邻的共价键，在其近邻的原子也有规则排列，但更远一些的硅原子其排列就没有规律了。虽然a-Si:H 中缺乏长程有序, 但它有与单晶

41、硅相同的短程有序作用。这一个结论已经从X光衍射测量中获得. 那些在a-Si:H中相邻原子中的联结键的角度和长度上的小偏离会导致在超出几个原子的距离上局部结构的完全损失。 结果是a-Si:H产生原子结构叫做一个连续无规网络。由于短程有序，通常的半导体能带观念（由倒带和价带表示）能仍然被用于c。在a-Si:H中相邻原子联结键角度和长度发生较大偏离时会导致所谓的禁带。当充足的能量可以满足的时候,例如以热能的形式，禁带就容易地被打破。 这一个过程导致在原子的网络中的缺陷的形成。在连续的无规网络,缺陷的定义被有关于晶体的结构修正。 在晶体中, 任何一个原子处于不合适的格子空间则形成一个缺陷。在连续的无规

42、网络,一个原子不能够位置不合适。 因为a-Si:H缺陷是连续无规网络结构中，任意一个原子的具体结构特征与其近邻是同等的，因此此缺陷是配位缺陷。当一个原子有太多或太少束缚键时容易发生配位缺陷。 在a-Si:H中, 缺陷主要发生在有三个共价键和一个不成对电子，即一个悬挂键的硅原子上。因为这种结构在a-Si:H占主导地位，因此缺陷通常与悬挂键有关。其中一些悬挂键在图3中描述了。另外缺陷结构是一个硅原子与五个近邻原子联结成键造成的。这种结构称为是漂浮键，在图3中以圆圈标识。在纯净的a-Si(非晶硅中只有硅原子而没有其他原子),每立方厘米大约有个缺陷的浓度。如此大的缺陷密度材料很难作为性能优良的设备。当

43、非晶硅掺杂氢沉积后（利用辉光放电），氢原子联结了绝大多数的硅的悬挂键，作用力强的硅氢键就形成了。如图2，氢纯化后悬挂键的密度从没立方厘米个减少到-个，相当于每一百万个硅原子中存在不到一个悬挂键。在这种材料中，氢原子掺杂后的非晶硅薄膜电池已经被证明具有合适的电学应用。i.电子自旋共振一项实验数据可以提供半导体中缺陷的微观结构的信息，包括非晶硅，那就是电子自旋共振（ESR）。电子自旋共振只能鉴别与中性悬挂键有关的一种形式的缺陷。ESR被认为是一项决定a-Si:H缺陷的实验标准，并且其结果被认可准确的。然而，这种方法的灵敏性被薄膜中较低的自旋密度所限制并且这种方法只提供了顺磁性的缺陷信息，它无法表达

44、出无配对电子产生的缺陷信息。基于此，ESR低估了缺陷密度，因为悬挂键中不包含无配对的自旋产生的缺陷。因此，ESR的结果十分依赖于费米能级的位置，因为它影响着电子自旋产生的缺陷。ii.氢化的非晶硅中氢的特性图4 不同温度下a-Si:H的红外吸收光谱图氢在缺陷纯化中扮演着重要角色，氢的掺杂并入和稳定性在a-Si:H中一直是研究的重点。a-Si:H薄膜中氢的引入对薄膜的力学、热学、光学、电学等等性质有着极大的影响。这是因为它可以钝化非晶硅薄膜中大量存在的悬键，降低薄膜的缺陷密度，减少带隙中的非辐射复合中心，从而显著提高薄膜的稳定性。a-Si:H的特性不仅与氢的含量也与氢在硅中的结合形式有关,因此研究

45、膜中氢的含量和结合方式与淀积工艺条件之间的关系是薄膜制备中的重要问题。红外吸收光谱仪被广泛应用于a-Si:H中硅氢键信息的提供。如图4所示，a-Si:H中可以观察到的三个红外吸收波段：一个尖峰值在640，一个双峰在840-890，吸收峰范围在2000-2200。640处的尖峰反应了所有可能共价键型，如SiHx中X=1,2,3。因此这个峰用来判断a-Si:H中的X。840-890的双峰是二氢化物摇摆模型。2000附近的峰代表着单独的硅氢键SiH的拉伸模型（也称为低拉伸模型，LSM），范围在2060-2160的峰值包含内表面上的硅氢键SiH的拉伸模型（也称为高拉伸模型，HSM），例如空键、二氢化物

46、键和三氢化物键。一个微观结构吸收，用R*表示，由LSM和HSM吸收峰共同决定。这个系数R*经常用来表征a-Si:H网络中的微观结构，它粗略的代表两个不同“态”，即密集网络和包含空隙的断裂网络。这个微观结构系数定义为; （1）其中IHSM和ILSM分别是LSM和HSM的全部吸收强度。通常，c元件包含不到10%的氢原子，所以0.1。氢扩散和演变观测技术帮助分析a-Si:H中氢的运动。核磁共振（NMR）给出了氢原子所在环境的信息。最近，据报道，基于NMR实验，由分子组成的氢占据了a-Si:H中所有氢中的40%。2.态密度在半导体材料中反应载流子的分布和浓度的一项重要信息是态的能量分布，也称为态密度。

47、对于本征晶体硅，价带和导带被精确的带宽分离，Eg，并且带宽内没有能态。由于a-Si:H原子结构中的长程无序，价带和导带中的能态分布到带宽中并形成能态区域，称为带尾。可以看作是晶格紊乱对晶体能带中电子态密度的一种微扰，使得能带出现带尾结构。另外，这些形成的能态区域在价带和导带之间的中间。也就是在a-Si:H中能带密度是连续分布。能态中载流子可以认为是自由载体（可以用波函数描述）可以拓宽到整个原子结构，这些能态是非定态的称为是拓宽能态。a-Si:H中的无序使得尾带和缺陷带呈现出定域波函数，这些态称为是定态。结果是，描述载体运输的移动性在通过定态是严重衰减。这种在定态中严重衰减的载体移动的特点与在拓宽能态中的对比用来定义a-Si:H的带宽，这种带宽叫做迁移率，Emob。在非晶硅半导体的能带中，不存在严格意义上的价带顶和导带底，能级将能带分为两部分，一部分称为扩展态；另一部分称为定域态。a-Si:H中能级将扩展态和定域态分离成价带Ev，导带Ec，迁移率边，两者之差也不再具有禁带的意义，而被称为迁移率隙（或能隙，光学带隙），它比单晶硅的带宽要大，并且典型的能隙值为1.7eV和1.8eV。图5 典型的态密度模型图4描绘了标准态密度分布模型。在这个模型中，价带和导带由一条能量抛物线表示，并且出现价带和导带的带尾能态的指数衰减。缺陷能态由两个相等的高斯分布曲线表