薄膜太阳能电池课程报告

演讲人:陈俊飞(常熟理工学院,光电系)前言：(概述）1.什么是薄膜太阳能电池？我个人的简单认识；2.薄膜电池与我们之前所了解的晶硅电池相比又有哪些不同，抑或说是优缺点；3.薄膜电池有哪些用途(对应的商品)，以及今后的发展方向。

第一张：标题（薄膜太阳能技术课程报告）第二张：简述我对薄膜电池的基本认识；详细内容：薄膜电池顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池，其用硅量极少，更容易降低成本，同时它既是一种高效能源产品，又是一种新型建筑材料，更容易与建筑完美结合。

在国际市场硅原材料持续紧张的背景下，薄膜太阳电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。

目前已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有3种：硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）、碲化镉薄膜太阳能电池（CdTe）。

分类详细说明：1.硅基薄膜电池硅基薄膜电池包括非晶硅薄膜电池、微晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池，而目前市场上主要是非晶硅薄膜电池产品。

非晶硅（a - S i）太阳电池一般是通过高频等离子体辉光放电等方法使硅烷（S i H4）气体分解沉积而成的。

非晶硅的禁带宽度为1.7e V，通过掺硼或磷可得到p 型或n型a - S i。

然而由于非晶硅原子排列的不规则性，单纯的非晶硅p - n结中隧道电流占主导地位，无整流特性，不能制作太阳电池。

为得到良好的二极管整流特性，一般要在p层和n层之间加入较厚的本征层i，以遏制其隧道电流，所以非晶硅太阳电池一般具有p - i - n结构。

为了提高效率和改善稳定性，发展了p - i - n / p - i -n双层或多层结构式的叠层电池；美国联合太阳能（U n i t e dS o l a r）还做出了a - S i / a - S i G e /a-SiGe 三层堆叠硅锗电池，使吸收光谱更广。

2.碲化镉薄膜电池碲化镉薄膜电池是最早发展的太阳电池之一，由于其工艺过程简单、制造成本低，实验室转换效率已超过16%，大规模效率超过10.5%，远高于非晶硅电池。

不过由于镉元素可能对环境造成污染，使用受到限制。

近年来，美国第一太阳能公司采取独特的蒸气输运法沉积等特殊措施，解决了镉元素的污染问题，开始大规模生产，并为德国建造世界最大的光伏电站提供40MW碲化镉太阳电池组件。

3.铜铟镓硒薄膜电池铜铟镓硒薄膜电池是近年来发展起来的新型太阳电池，通过磁控溅射、真空蒸发等方法在基底上沉积铜铟镓硒薄膜，薄膜制作方法主要有多元分布蒸发法和金属预置层后硒化法等。

基底一般用玻璃，也可用不锈钢作为柔性衬底。

铜铟镓硒薄膜电池的实验室最高效率已接近20%，成品组件效率已达到13%，是目前薄膜电池中效率最高的电池之一。

4.砷化镓薄膜电池砷化镓薄膜电池是在单晶硅基板上以化学气相沉积法生长G a A s薄膜所制成的薄膜太阳电池，其直接带隙1.424e V，具有30%以上的高转换效率，很早就被应用于人造卫星的太阳电池板。

然而砷化镓电池价格昂贵，且砷是有毒元素，所以极少在地面应用。

5.染料敏化太阳电池染料敏化太阳电池是太阳电池中相当新颖的技术产品，由透明导电基板、二氧化钛( T i O2)纳米微粒薄膜、染料(光敏化剂)、电解质和氧化铟锡( I T O )电极所组成。

目前，染料敏化太阳电池研究仍停留在实验室阶段，实验室最高效率在11%左右。

第三张：薄膜电池的优点(与晶硅电池的比较）1.成本低，根据Photon 的预测，预计到2012 年下降到2.08 美元/w；预计薄膜电池的平均价格能够从现在的2.65 美元/w 降至1.11 美元/w，与晶体硅相比优势明显；而相关薄膜电池制造商的预测更加乐观，EPV 估计到2011年，薄膜组件的成本将大大低于1 美元/w；Oerlikon 更估计2011 年GW 级别的电站其组件成本将降低于0.7 美元/w，这主要是由转化率提高和规模化带来的。

2.大面积自动化生产目前，世界上最大的非晶硅太阳电池是美国应用材料公司的S u n F a b 生产线生产的8.5代2.2m ×2.6m的非晶硅/微晶硅叠层太阳电池，其效率为8%，其稳定输出功率接近458W /片。

薄膜市场主流仍以大面积1.1m ×1.3m 和1.1m ×1.4m为主，且都是连续自动化生产，生产设备和工艺已非常成熟。

而晶体硅太阳电池仍以156m m ×156m m和125mm×125mm为主，未达到大面积自动化生产的水平。

表1是国内（包括台湾）生产薄膜太阳电池部分企业所采用的玻璃基板尺寸，由此可见，大面积、自动化生产已经非常成熟，己在薄膜电池行业得到了广泛应用。

3.适合与建筑结合的光伏发电组件(BIPV)，不锈钢和聚合物衬底的柔性薄膜太阳能电池适用于建筑屋顶等，根据需要制作成不同的透光率，代替玻璃幕墙。

4.弱光性好薄膜电池的吸收光谱在300 ～700n m，弱光效应很好，基本能吸收全部的可见光。

上海尤力卡公司曾在中国甘肃省酒泉市安装一套6500W非晶硅太阳能电站，其1kW的发电量为1300k W h ；若换成晶体硅太阳电池，1kW的年发电量则为1100 ～1200kWh。

如图（见下一张）当然薄膜电池的优势还不仅仅于此，比如能量返回优势。

(能量返回期就是机械能、分子内能、电能、化学能、原子能等在发挥出它的能后，能的重新聚合期效段。

如图3，转换效率为6%的非晶硅太阳电池，其生产用电约1.9kWh/W，由它发电后能量返回期约为1.5年，而晶硅太阳电池则需要2.7年。

对于建成的系统来说，包括建成系统所有的封装材料及建站材料，薄膜电池的系统能量返回期需要3年，而晶硅太阳电池的系统能量返回期需要3.7年。

随着薄膜电池技术的发展，预计未来由薄膜电池组成的组件，其系统能量返回期会更短，将达到1.2年的水平，而晶硅太阳电池系统能量返回期仍需要2.2年的返回期。

)第四张：弱光性图表分析（欧瑞康薄膜电池光谱吸收示意图）图为欧瑞康( O e r l i k o n )2009年公布的非晶硅薄膜电池吸收光谱图，其在400 ～600n m波长之间的吸收系数达到了85%以上，在500n m高峰点达到90%以上，较传统的光谱吸收有明显提高。

第五张：薄膜电池的缺点（与晶硅电池的比较）1.效率低，单晶硅太阳能电池，单体效率为14%-17%(AMO)，而柔性基体非晶硅太阳电池组件（约1000平方厘米）的效率为10-12%，还存在一定差距。

2.稳定性差，其不稳定性集中体现在其能量转换效率随辐照时间的延长而变化，直到数百或数千小时后才稳定。

这个问题一定程度上影响了这种低成本太阳能电池的应用。

3.相同的输出电量所需太阳能电池面积增加，与晶体硅电池相比，每瓦的电池面积会增加约一倍，在安装空间和光照面积有限的情况下限制了它的应用。

第六张：薄膜电池的商品应用（资料来自台湾日耀科技股份有限公司）1.太陽能訊號燈（介绍四种）2.太陽電池（台湾这么说）3.行動電力產品4.太陽能景觀燈第七张：太阳能信号灯——1第一张图片（左上角）简介：免接線、免人工維護、免電費，完全獨立運作且安裝方便，使用壽命長達五年，可承受之工作環境溫度為-40℃至80℃，且完全防水、防爆、防腐蝕並可持續運作達300小時，是新能源時代最具代表的高效能產品，適用於各項障礙警示燈。

第二张图片（右上角）简介：EverGEN™solar engines太陽能動力核心，是全球第一個一體成型的太陽能電源供應器，本產品係將Solar Module、微電腦電源控制系統(EMS)與CYCLON特殊鉛酸電池，整合於高強度的鋁合金艙體中，而設計出的一個完整獨立的12V DC供電設備，外接任何12V DC的電器設備，即可迅速完成太陽能電力系統的應用。

應用範圍：LED路燈、監視器....。

第八张：太阳能信号灯——2海事燈（左上角）由美國國防單位及加拿大海岸巡防隊委託設計製造，符合國際導航協會(IALA)認證，整體結構抗壓耐腐蝕，為目前全球品質最優良與效能最高級太陽能海事燈，可應用於船塢、碼頭、港口、浮標、燈塔、景觀設計…等等。

航空燈（右上角）依據國際民航組織(ICAO)及美國聯邦航空總署(FAA)機場燈組特性所設計，完全符合飛航相關規定，並大幅降低施工佈線的工程成本與運轉燃料及維護費用，彰顯太陽能設備的經濟效益。

第九张：太阳电池——1折疊式薄膜電池（左上角）PowerFilm® 折疊式太陽能電池具有超輕、超小的特性。

專門設計給需要使用手提電腦、手機、衛星電話、GPS和其他儀器和系統的使用者。

方便攜帶，可折疊成小尺寸，放進背包或電腦包的袋子裡。

可捲式薄膜電池（右上角）PowerFilm® 薄膜太陽能板採用非晶矽薄膜材料，在太陽光照射下便能輕鬆擁有電力，重量極輕，體積越大效能越高。

使用可防水、抗腐蝕、抗紫外線的材質製造；可以捲曲方便收納、具防逆電流裝置及12VDC電力輸出。

第十张：太阳电池——2軟式薄膜元件（左上角）太陽能軟式薄膜元件材質輕、薄如紙、可以捲曲。

可供太陽能相關產品開發及設計使用。

共有三種不同的型式：超薄通用型，可用在一些簡單的消費性產品設計；超輕型，適合遙控飛機使用；耐用型，含抗ＵＶ裝置，適用各種天候，可以用在實用性產品。

多種不同的規格，可以符合不同的需求。

硬式太陽能板（右上角)英國BP &日本KYOCERA的單晶系光電板由良好的單晶片製作，發電功率85 ~ 170W，多晶矽產品發電功率5 ~ 65 W，依據功率不同提供5~20年之功率保固。

其他两种应用类似于晶硅电池，这里就不一一介绍。

第十一张：参考文献第十二章：谢谢2012/5/28。