太陽電池研發(fā)現(xiàn)狀與最新發(fā)展課件

洪瑞江博士教授

中山大學

太陽能系統(tǒng)研究所電力電子及控制技術(shù)研究所太陽電池研發(fā)現(xiàn)狀與最新發(fā)展洪瑞江博士教授太陽電池研發(fā)現(xiàn)狀與最新發(fā)展目錄：1.太陽電池簡介

4.太陽電池新技術(shù)發(fā)展2.世界大型光伏電站介紹3.幾種太陽電池的性能比較目錄：1.太陽電池簡介4.太陽電池新技術(shù)發(fā)展2新能源分類新能源廣義上來說，有別于傳統(tǒng)依靠礦物質(zhì)原料燃燒的能源都稱之為新能源。

太陽能風能生物質(zhì)能核能地熱、潮汐能……資源豐富、利用方便、潔凈無污染中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會

《中國新能源與可再生能源發(fā)展規(guī)劃1999白皮書》

太陽能利用的重要途徑之一是研制太陽電池！WaveTide新能源分類新能源太陽能風能生物質(zhì)能核能地熱、潮汐能……資源豐PV可再生核能歐洲聯(lián)合研究中心對未來能源發(fā)展預測PV可再生核能歐洲聯(lián)合研究中心對未來能源發(fā)展預測太陽電池原理光伏發(fā)電廠電池片電池組件200-m厚的硅片234太陽電池原理光伏發(fā)電廠電池片電池組件200-m厚的硅片2太陽電池分類薄膜電池晶體硅電池硅基薄膜電池單晶硅電池多晶硅電池化合物半導體薄膜電池HIT銅銦鎵硒（CIGS）砷化鎵（GaAs）碲化鎘（CdTe）非/微晶硅疊層電池（α-Si）非晶硅(α-Si)太陽電池太陽電池分類薄膜電池晶體硅電池硅基薄膜電池單晶硅電池多晶硅電30%limit(singlejunction)Source:NREL種類最高效率(%)單晶硅24多晶硅18非晶硅13CIS，CIGS~20DSSC11多結(jié)（例如GaAs，InGaP~42單晶硅多晶硅TF非晶硅太陽電池效率30%limit(singlejunction)Sou光伏產(chǎn)業(yè)基本產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)備生產(chǎn)商電池生產(chǎn)商組件生產(chǎn)商原料供應商發(fā)電應用研發(fā)中心質(zhì)量檢測光伏產(chǎn)業(yè)基本產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)備生產(chǎn)商電池生產(chǎn)商組件生產(chǎn)商原料供應商發(fā)晶體硅太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈太陽能級多晶硅料單晶硅棒多晶硅錠多晶電池組件多晶硅太陽電池片多晶硅片單晶電池組件單晶硅太陽電池片單晶硅片太陽能發(fā)電站(系統(tǒng))各個環(huán)節(jié)都有技術(shù)提升的要求，也取得了一些進展。晶體硅太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈太陽能級單晶硅棒多晶硅錠多晶電池組件多晶體硅和薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)鏈對比Thinfilm

高度整合硅棒、硅錠硅片電池單元電池板接線貼盒安裝售電電池單元光伏組陣接線貼盒安裝售電生產(chǎn)設(shè)備輔助設(shè)備薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)鏈晶體硅太陽電池產(chǎn)業(yè)鏈晶體硅和薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)鏈對比Thinfilm

高世界太陽電池產(chǎn)量1999-2008世界太陽電池產(chǎn)量1999-2008世界太陽電池07/08安裝量07年：2.4GW08年：5.65GW世界太陽電池07/08安裝量07年：2.4GW08年：5.全球50大光伏發(fā)電站

容量安裝地點建造商,建造時間60MW西班牙,OlmedillaNobesol,September200850MW西班牙,Puertollano(Castila-LaMancha)Renovalia,200846MW葡萄牙,Moura(Alentejo)ACCIONAEnergia,December200840MW德國,BrandisjuwiGmbH,2007-200834MW西班牙,Arnedo(LaRioja)T-Solar,October200830MW西班牙,OsadelaVega(Cuenca)200830MW西班牙,Trujillo(Cáceres)Elecnor,200830MW西班牙,Merida(Extremadura)DeutscheBankAG等，September200828MW西班牙,CasasdeLosPinosRenovalia,200826MW西班牙,Fuenteálamo(Murcia)August200824MW韓國,SinanConergyLtd.,October200823.2MW西班牙,LucainenadelasTorres(Almeria)NewEnergyInvestGmbH,August200823.1MW西班牙,Abertura(Caceres)Iberdrola,200823MW西班牙,HoyadeLosVincentes,JumillaLuzentia,January2008全球50大光伏發(fā)電站容量安裝地點建造商,建造時間60M容量安裝地點建造商,建造時間22.1MW西班牙,Almaraz(Caceres)OPDE,September200821.47MW西班牙,ElCoronil(Andalucia)APIAXXI,200821.2MW西班牙,CalavéronEPURONGmbH,200820MW韓國,首爾200920MW西班牙,Calasparra(Murcia)200820MW西班牙,Beneixama(Alicante)CitySolarAG，AccenerS.L.,September200718MW西班牙,Olivenza(Badajoz)November200818MW西班牙,ElBonillo(Albacete)October200810.8MW西班牙,LasGabias(Granada)200817.3MW德國,Turnow-PreilackjuwiHolding,200915MW西班牙,CalzadadeOropesa(Toledo)200915MW韓國,Gochang(Jeollabukdo)Solarworld,October200815MW西班牙,Mahora(Castilla-La-Mancha)CitySolarAG,September200814.75MW德國,K?then(Sachsen-Anhalt)juwiHolding,December200814.2MW美國,Nellis,NVSunPowerCorp.,December2007容量安裝地點建造商,建造時間22.1MW西班牙,AlmClassVII>20MWClassVI10-20ClassV5-10ClassIV3-5ClassIII1-3ClassII0.5-1ClassI0.2-0.5ClassVII>20MWClassVI10-20C全球大型光伏電站的安裝情況(1995-2008)(plants)全球大型光伏電站的安裝情況(1995-2008)(plant世界最大PV發(fā)電站：西班牙Olmedilla60MW世界最大PV發(fā)電站：西班牙Olmedilla60MW德國最大PV發(fā)電站：Lieberose-solarpark40MW德國最大PV發(fā)電站：Lieberose-solarpark北美最大PV發(fā)電站：美國LasVegas空間基地14MW北美最大PV發(fā)電站：美國LasVegas空間基地14太陽電池研發(fā)現(xiàn)狀與最新發(fā)展西班牙Almeria15.4MW西班牙Almeria15.4MW3、組件測試結(jié)果（Photon發(fā)布）3、組件測試結(jié)果（Photon發(fā)布）組件仍以晶體硅為主，其中：1456塊多晶；995塊單晶；8塊復合（晶體/非晶）占93%組件仍以晶體硅為主，其中：1456塊多晶；995塊單晶；8塊不同組件的效率分布及平均值不同組件的效率分布及平均值不同組件的功率分布Poly:190WattsMono:187Watts不同組件的功率分布Poly:190WattsMono:16家光伏組件每千瓦年發(fā)電量比較(kWh/kW)16家光伏組件每千瓦年發(fā)電量比較(kWh/kW)16家光伏組件每月發(fā)電量比較(kWh/kW)16家光伏組件每月發(fā)電量比較(kWh/kW)4、新技術(shù)發(fā)展電池

“第三代光伏電池”概念

物理提純硅片電池

激光工藝應用

高效電池-背電極

選擇發(fā)射極電池

電極新工藝----銀電極取代組件技術(shù)

中空組件

建筑組件

全新工藝4、新技術(shù)發(fā)展電池第三代光伏電池以高轉(zhuǎn)換效率、原料儲藏豐富等為設(shè)計出發(fā)點，主要包括疊層光伏電池、多能帶光伏電池、沖擊離子化光伏電池、熱載流子光伏電池、上下轉(zhuǎn)換光伏電池、熱光伏電池等；目前第三代光伏電池多數(shù)還處于探索階段，少數(shù)技術(shù)已成熟并逐漸進入商業(yè)化。4.1“第三代光伏電池”概念第三代光伏電池以高轉(zhuǎn)換效率、原料儲藏豐富等為設(shè)計出發(fā)點，主要疊層太陽電池將采用不同禁帶寬度材料制備的太陽電池疊加起來，沿太陽光入射方向電池材料的禁帶寬度依次降低，因此，入射的太陽光可以得到很好的過濾，能量高的光子被禁帶寬度大的電池吸收，能量低的光子被禁帶寬度小的電池吸收。關(guān)鍵技術(shù)：隧道結(jié)，疊層電池匹配；分類：非晶硅體系(α-Si:H/α-SiGe:H、μc-Si:H/α-Si:H)，

Ⅲ-Ⅴ族化合物體系(GaInP/GaAs/Ge、GaInP/GaAs、GaAs/GaSb)

硅量子點體系(Si/SiO2、Si/Si3N4

、Si/SiC)等。疊層太陽電池(Tandemcells)疊層太陽電池將采用不同禁帶寬度材料制備的太陽電池疊加起來，沿疊層太陽電池(Tandemcells)三疊層最理想疊層太陽電池(Tandemcells)三疊層最理想上下轉(zhuǎn)換太陽電池

(upanddownconversionsolarcells)利用上轉(zhuǎn)換材料，將兩個不能被太陽電池吸收的低能光子轉(zhuǎn)換為一個可被太陽電池吸收的高能光子；利用下轉(zhuǎn)換材料，將一個高能光子轉(zhuǎn)換為兩個可被太陽電池吸收的低能光子。Trupke.T,etal.Journalofappliedphysics,2002,92:4117-4122Trupke.T,etal.Journalofappliedphysics,2002,92:1668-1674上下轉(zhuǎn)換太陽電池

(upanddownconversi上下轉(zhuǎn)換光伏電池材料上轉(zhuǎn)換材料主要是一些稀土化合物(如Ba2ErCl7,BaLn2F8等)和稀土摻雜的氧化物、氟化物、氯化物和硫化物等；2005年Shalav等人將工業(yè)上應用的NaYF4:Er3+上轉(zhuǎn)換材料應用到硅太陽電池的背面，電池在激發(fā)波長為1523nm，功率為5.1mW的光輻照下，外量子效率達到2.5%，內(nèi)量子效率達到3.8%。下轉(zhuǎn)換材料：1999年，Rene等人發(fā)現(xiàn)LiGdF:Eu3+在室溫下可將一個紫外光子轉(zhuǎn)換(quantumcutting)為兩個可見光子，其量子效率接近200%上下轉(zhuǎn)換光伏電池材料上轉(zhuǎn)換材料主要是一些稀土化合物(如Ba2激光摻雜(Laserdoping)有選擇性發(fā)射結(jié)電池指交型全背電極結(jié)構(gòu)電池激光摻雜(Laserdoping)有選擇性發(fā)射結(jié)電池高速打?。?0萬個噴嘴，每秒噴出20-30萬滴高速攝影，質(zhì)量控制硅片做得更薄，不會損壞4.2高速打印技術(shù)高速打?。焊咚贁z影，質(zhì)量控制硅片做得更薄，不會損壞4.2高4.3薄硅片技術(shù)真空室：離子針注入H+離子，離表面150微米加熱，氫釋放使薄硅片自然分離4.3薄硅片技術(shù)真空室：離子針注入H+離子，離表面150微4.4晶體硅太陽電池組件的成本構(gòu)成4.4晶體硅太陽電池組件的成本構(gòu)成晶體硅太陽電池組件自動化生產(chǎn)線晶體硅太陽電池組件自動化生產(chǎn)線一般組件：單層結(jié)構(gòu):玻璃/TPT；玻璃/玻璃建筑組件：雙層結(jié)構(gòu)：玻璃/玻璃－隔熱；玻璃/玻璃-隔熱-安全玻璃4.5建筑組件結(jié)構(gòu)一般組件：單層結(jié)構(gòu):玻璃/TPT；玻璃/玻璃4.54.6薄膜太陽電池生產(chǎn)技術(shù)（AM）4.6薄膜太陽電池生產(chǎn)技術(shù)（AM）SunFabPECVD5.7SystemforThinFilmSiProcessesglassat4timesthesizeofAppliedMaterials’nearestcompetitorSunFabPECVD5.7SystemforThScale-UpofDepositionto5.7m2GlassSizeScale-UpofDepositionto5.74.7太陽能輻射與光伏發(fā)電量數(shù)據(jù)傳輸與收集

4.7太陽能輻射與光伏發(fā)電量數(shù)據(jù)傳輸與收集洪瑞江博士教授

中山大學

太陽能系統(tǒng)研究所電力電子及控制技術(shù)研究所太陽電池研發(fā)現(xiàn)狀與最新發(fā)展洪瑞江博士教授太陽電池研發(fā)現(xiàn)狀與最新發(fā)展目錄：1.太陽電池簡介

4.太陽電池新技術(shù)發(fā)展2.世界大型光伏電站介紹3.幾種太陽電池的性能比較目錄：1.太陽電池簡介4.太陽電池新技術(shù)發(fā)展2新能源分類新能源廣義上來說，有別于傳統(tǒng)依靠礦物質(zhì)原料燃燒的能源都稱之為新能源。

太陽能風能生物質(zhì)能核能地熱、潮汐能……資源豐富、利用方便、潔凈無污染中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會

《中國新能源與可再生能源發(fā)展規(guī)劃1999白皮書》

太陽能利用的重要途徑之一是研制太陽電池！WaveTide新能源分類新能源太陽能風能生物質(zhì)能核能地熱、潮汐能……資源豐PV可再生核能歐洲聯(lián)合研究中心對未來能源發(fā)展預測PV可再生核能歐洲聯(lián)合研究中心對未來能源發(fā)展預測太陽電池原理光伏發(fā)電廠電池片電池組件200-m厚的硅片234太陽電池原理光伏發(fā)電廠電池片電池組件200-m厚的硅片2太陽電池分類薄膜電池晶體硅電池硅基薄膜電池單晶硅電池多晶硅電池化合物半導體薄膜電池HIT銅銦鎵硒（CIGS）砷化鎵（GaAs）碲化鎘（CdTe）非/微晶硅疊層電池（α-Si）非晶硅(α-Si)太陽電池太陽電池分類薄膜電池晶體硅電池硅基薄膜電池單晶硅電池多晶硅電30%limit(singlejunction)Source:NREL種類最高效率(%)單晶硅24多晶硅18非晶硅13CIS，CIGS~20DSSC11多結(jié)（例如GaAs，InGaP~42單晶硅多晶硅TF非晶硅太陽電池效率30%limit(singlejunction)Sou光伏產(chǎn)業(yè)基本產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)備生產(chǎn)商電池生產(chǎn)商組件生產(chǎn)商原料供應商發(fā)電應用研發(fā)中心質(zhì)量檢測光伏產(chǎn)業(yè)基本產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)備生產(chǎn)商電池生產(chǎn)商組件生產(chǎn)商原料供應商發(fā)晶體硅太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈太陽能級多晶硅料單晶硅棒多晶硅錠多晶電池組件多晶硅太陽電池片多晶硅片單晶電池組件單晶硅太陽電池片單晶硅片太陽能發(fā)電站(系統(tǒng))各個環(huán)節(jié)都有技術(shù)提升的要求，也取得了一些進展。晶體硅太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈太陽能級單晶硅棒多晶硅錠多晶電池組件多晶體硅和薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)鏈對比Thinfilm

高度整合硅棒、硅錠硅片電池單元電池板接線貼盒安裝售電電池單元光伏組陣接線貼盒安裝售電生產(chǎn)設(shè)備輔助設(shè)備薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)鏈晶體硅太陽電池產(chǎn)業(yè)鏈晶體硅和薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)鏈對比Thinfilm

高世界太陽電池產(chǎn)量1999-2008世界太陽電池產(chǎn)量1999-2008世界太陽電池07/08安裝量07年：2.4GW08年：5.65GW世界太陽電池07/08安裝量07年：2.4GW08年：5.全球50大光伏發(fā)電站

容量安裝地點建造商,建造時間60MW西班牙,OlmedillaNobesol,September200850MW西班牙,Puertollano(Castila-LaMancha)Renovalia,200846MW葡萄牙,Moura(Alentejo)ACCIONAEnergia,December200840MW德國,BrandisjuwiGmbH,2007-200834MW西班牙,Arnedo(LaRioja)T-Solar,October200830MW西班牙,OsadelaVega(Cuenca)200830MW西班牙,Trujillo(Cáceres)Elecnor,200830MW西班牙,Merida(Extremadura)DeutscheBankAG等，September200828MW西班牙,CasasdeLosPinosRenovalia,200826MW西班牙,Fuenteálamo(Murcia)August200824MW韓國,SinanConergyLtd.,October200823.2MW西班牙,LucainenadelasTorres(Almeria)NewEnergyInvestGmbH,August200823.1MW西班牙,Abertura(Caceres)Iberdrola,200823MW西班牙,HoyadeLosVincentes,JumillaLuzentia,January2008全球50大光伏發(fā)電站容量安裝地點建造商,建造時間60M容量安裝地點建造商,建造時間22.1MW西班牙,Almaraz(Caceres)OPDE,September200821.47MW西班牙,ElCoronil(Andalucia)APIAXXI,200821.2MW西班牙,CalavéronEPURONGmbH,200820MW韓國,首爾200920MW西班牙,Calasparra(Murcia)200820MW西班牙,Beneixama(Alicante)CitySolarAG，AccenerS.L.,September200718MW西班牙,Olivenza(Badajoz)November200818MW西班牙,ElBonillo(Albacete)October200810.8MW西班牙,LasGabias(Granada)200817.3MW德國,Turnow-PreilackjuwiHolding,200915MW西班牙,CalzadadeOropesa(Toledo)200915MW韓國,Gochang(Jeollabukdo)Solarworld,October200815MW西班牙,Mahora(Castilla-La-Mancha)CitySolarAG,September200814.75MW德國,K?then(Sachsen-Anhalt)juwiHolding,December200814.2MW美國,Nellis,NVSunPowerCorp.,December2007容量安裝地點建造商,建造時間22.1MW西班牙,AlmClassVII>20MWClassVI10-20ClassV5-10ClassIV3-5ClassIII1-3ClassII0.5-1ClassI0.2-0.5ClassVII>20MWClassVI10-20C全球大型光伏電站的安裝情況(1995-2008)(plants)全球大型光伏電站的安裝情況(1995-2008)(plant世界最大PV發(fā)電站：西班牙Olmedilla60MW世界最大PV發(fā)電站：西班牙Olmedilla60MW德國最大PV發(fā)電站：Lieberose-solarpark40MW德國最大PV發(fā)電站：Lieberose-solarpark北美最大PV發(fā)電站：美國LasVegas空間基地14MW北美最大PV發(fā)電站：美國LasVegas空間基地14太陽電池研發(fā)現(xiàn)狀與最新發(fā)展西班牙Almeria15.4MW西班牙Almeria15.4MW3、組件測試結(jié)果（Photon發(fā)布）3、組件測試結(jié)果（Photon發(fā)布）組件仍以晶體硅為主，其中：1456塊多晶；995塊單晶；8塊復合（晶體/非晶）占93%組件仍以晶體硅為主，其中：1456塊多晶；995塊單晶；8塊不同組件的效率分布及平均值不同組件的效率分布及平均值不同組件的功率分布Poly:190WattsMono:187Watts不同組件的功率分布Poly:190WattsMono:16家光伏組件每千瓦年發(fā)電量比較(kWh/kW)16家光伏組件每千瓦年發(fā)電量比較(kWh/kW)16家光伏組件每月發(fā)電量比較(kWh/kW)16家光伏組件每月發(fā)電量比較(kWh/kW)4、新技術(shù)發(fā)展電池

“第三代光伏電池”概念

物理提純硅片電池

激光工藝應用

高效電池-背電極

選擇發(fā)射極電池

電極新工藝----銀電極取代組件技術(shù)

中空組件

建筑組件

全新工藝4、新技術(shù)發(fā)展電池第三代光伏電池以高轉(zhuǎn)換效率、原料儲藏豐富等為設(shè)計出發(fā)點，主要包括疊層光伏電池、多能帶光伏電池、沖擊離子化光伏電池、熱載流子光伏電池、上下轉(zhuǎn)換光伏電池、熱光伏電池等；目前第三代光伏電池多數(shù)還處于探索階段，少數(shù)技術(shù)已成熟并逐漸進入商業(yè)化。4.1“第三代光伏電池”概念第三代光伏電池以高轉(zhuǎn)換效率、原料儲藏豐富等為設(shè)計出發(fā)點，主要疊層太陽電池將采用不同禁帶寬度材料制備的太陽電池疊加起來，沿太陽光入射方向電池材料的禁帶寬度依次降低，因此，入射的太陽光可以得到很好的過濾，能量高的光子被禁帶寬度大的電池吸收，能量低的光子被禁帶寬度小的電池吸收。關(guān)鍵技術(shù)：隧道結(jié)，疊層電池匹配；分類：非晶硅體系(α-Si:H/α-SiGe:H、μc-Si:H/α-Si:H)，

Ⅲ-Ⅴ族化合物體系(GaInP/GaAs/Ge、GaInP/GaAs、GaAs/GaSb)

硅量子點體系(Si/SiO2、Si/Si3N4

、Si/SiC)等。疊層太陽電池(Tandemcells)疊層太陽電池將采用不同禁帶寬度材料制備的太陽電池疊加起來，沿疊層太陽電池(Tandemcells)三疊層最理想疊層太陽電池(Tandemcells)三疊層最理想上下轉(zhuǎn)換太陽電池

(upanddownconversionsolarcells)利用上轉(zhuǎn)換材料，將兩個不能被太陽電池吸收的低能光子轉(zhuǎn)換為一個可被太陽電池吸收的高能光子；利用下轉(zhuǎn)換材料，將一個高能光子轉(zhuǎn)換為兩個可被太陽電池吸收的低能光子。Trupke.T,etal.Journalofappliedphysics,2002,92:4117-4122Tru