硅基薄膜太阳电池基础知识介绍

Best Solar Confidential1硅基薄膜太阳电池基础知识硅基薄膜太阳电池基础知识介绍介绍 部门部门: 技术部技术部 2010年年5月月31日日Best Solar Confidential2 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Best Solar Confidential3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一、太阳能电池分类汇总Best Solar Confidential薄膜太阳电池简介薄膜太阳电池简介硅薄膜硅薄膜 碲镉系碲镉系(CdTe) 染料薄膜和有机薄膜染料薄膜和有机薄膜(TiO2)非晶非晶,非晶非晶/微晶微晶(a-Si,a-Si/ c-Si)First Solar， USUnited Solar(8%) ,EPV(56%) USKaneka, Sharp ( 810%) JapanLG, 周星周星(9.6%) 韩国韩国铜铟系铜铟系(CIS,CIGS)金属薄膜金属薄膜正泰正泰(9.0%),天威天威(67%),新奥新奥(88.5%),金太阳金太阳(8%),尚德尚德(67%),百世德百世德(88.5%) 中国中国Leybold Optics(9.5%) GermanOerlikon(9.3%) 瑞士瑞士JST German山东孚日股份山东孚日股份 中国中国Best Solar Confidential5 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HistoryToday 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% Best Solar Confidential6 硅基薄膜太阳电池的技术发展EPV,Oerlikon,AMATEPVEPV 泉州金太阳泉州金太阳Unit-solar OerlikonAMATKanakaSharp. ?Best Solar ConfidentialBestSOLAR Confidential 美观、大方美观、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。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。 应用稳定性更好应用稳定性更好 由于非晶硅太阳电池的电流密度较小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，使用起来更加热斑效应不明显，所以，使用起来更加方便、可靠。方便、可靠。 能源回收期短能源回收期短 成本低且下降空间大成本低且下降空间大Best Solar Confidential缺点缺点 前期资金投资大 光致衰退(S-w效应) 效率偏低 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、新工艺解决方案解决方案硅基薄膜太阳电池缺点以及应对Best Solar Confidential四四 、非晶硅的光照衰退、非晶硅的光照衰退(Staebler-Wronski效应效应) 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Best Solar Confidential薄膜太阳电池薄膜太阳电池LID测试测试 ( IEC认证认证)资料来源:应用材料Best Solar Confidential光老化试验光老化试验Best Solar Confidential测试环境测试环境标准条件（标准条件（STC） 光强：光功率密度为光强：光功率密度为1000W/m2 光谱特征：光谱特征：AM1.5 环境温度：环境温度：25五、电池的光电转换效率计算Best Solar Confidential光谱特征：光谱特征：AM1.5cos=2/3 (48.2=2/3 (48.2o o) )AM1.5=1/cosLightBest Solar Confidential 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)/初始功率组件效率组件效率Eff计算计算Initial EffStable EffLIDBest Solar ConfidentialSOL: I-V曲线指标介绍曲线指标介绍(Q-size)0204060801001201401600.00.51.01.5Voltage/VCurrent/A020406080100120140160Voc=144.896VIsc=1.326AJsc=10.854 mA/cm2Pmax=141.089WVmp=115.741VImp=1.219AEff=9.87%FF=73.433%Rs=12 ohmRsh=4022 ohmGlass ID=B2BFAS011005050013PFTest time=2010-05-20Power/WBest Solar Confidential参数解释 Pm：在标准环境下的输出功率，等于：在标准环境下的输出功率，等于Vm*Im Voc：为电池片在不带任何负载下的电压：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：为电池片正负极短路条件的电流 Vm：为最大输出功率时对应的电压：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：为最大输出功率时对应的电流 FF：为：为Pm/(Voc*Isc) Rs：表征电池内部的串联电阻：表征电池内部的串联电阻 Rsh：表征电池元之间的并联电阻：表征电池元之间的并联电阻Best Solar Confidential六、六、 薄膜电池工艺简介薄膜电池工艺简介Best Solar Confidential1 1、磨边、磨边-seam-seam主要的目的：磨去透明导电玻璃锋利的边，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；提高玻璃的安全性；玻璃透明导电薄膜磨边Best Solar Confidential2 2、清洗、清洗-washer1-washer1主要目的：去除透明导电玻璃上的灰尘、主要目的：去除透明导电玻璃上的灰尘、油污，获得清洁的表面油污，获得清洁的表面Best Solar Confidential3 3、LaserLaser划刻部分划刻部分3.1、三次激光划刻过程、三次激光划刻过程- 2 -1)2)3)4)5)6)TCOSilicon layer stackBack contactLaser1-1064nmLaser2-532nm Laser3-532nmlaser2Laser3laser1Best Solar Confidential玻璃透明导电膜硅膜背电极 P1 P2 P33.23.2、组件内部子电池连接、组件内部子电池连接组件图案Best Solar Confidential4 4、激光划刻、激光划刻1(Laser1)1(Laser1)主要目的：把TCO导电膜分成216个小块，每个小块绝缘R1MBest Solar Confidential5 5、清洗、清洗2-washer22-washer2主要的目的：去除激光划刻后主要的目的：去除激光划刻后膜层表面残留的颗粒膜层表面残留的颗粒Best Solar Confidential6、等离子化学气相沉积设备（、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主要目的：沉积非晶与微晶硅电池Best Solar Confidential沉积的过程沉积的过程Best Solar Confidential7 7、激光划刻、激光划刻2-Laser22-Laser2目的：去除硅膜，形成分割的子电池目的：去除硅膜，形成分割的子电池Best Solar Confidential目的：沉积背电极目的：沉积背电极8 8、溅射、溅射Best Solar Confidential9 9、激光划刻、激光划刻3-Laser33-Laser3目的：目的：216个子电池形成完整串联电路个子电池形成完整串联电路负极正极Best Solar Confidential10、QASR目的：去除电池中漏电的地方，目的：去除电池中漏电的地方，提高电池的性能；提高电池的性能；Best Solar Confidential目的：切割目的：切割成不同尺寸成不同尺寸的组件的组件11、切割（、切割（Cutter）Best Solar Confidential12、磨边、磨边-Seam B目的：磨去切割造成的锋目的：磨去切割造成的锋利边缘，提高安全性利边缘，提高安全性Best Solar Confidential1313、清洗、清洗3 3（washer3washer3）目的：清洗表面残留目的：清洗表面残留的灰尘的灰尘Best Solar Confidential14、 引线引线 (Buss)Cross bussBest Solar Confidential15、层压（、层压（Lamination）目的：膜层与外界隔绝，保目的：膜层与外界隔绝，保证能够在室外正常运行证能够在室外正常运行25年年Best Solar Confidential16、高压釜（、高压釜（ACL) -高压系统以高压系统以3小时小时11分为一个周期分为一个周期,每批可提供每批可提供324片片 Q-size 1100mm1300mm10mm),或者或者166片片H-size 1100mm2600mm 10mm or 2200mm1300mm10mm), 或者或者96片片F-size (2200mm260010mm)。不同类型。不同类型Module 不能混合或搭配不能混合或搭配Best Solar Confidential17、接线盒安装、接线盒安装接线盒Best Solar Confidential目的：组件性能测试目的：组件性能测试18、太阳模拟器（、太阳模拟器（SOL)Best Solar Confidential叠层电池结构叠层电池结构SiO2(2040nm)Best Solar Confidential 更低的成本更低的成本 薄膜太阳能电池的未来薄膜太阳能电池的未来TJ Cost: - 40% Best Solar Confidential40ZnO:Ag + TCO Q4Q1Q4Q3Q2Q2Q4Q3Q1Q3CY2010CY2011CY20098.5%9.0%10.0%12.0%Intermediate Layer (SOIR)Q29.5%10.5%Q1Q2Q3Q4CY201211.0%Project - XEnhanced Light TrappingQ1Q2Q3Q4Q1CY2013$ Production/watt =Watt/m2Cost/m2Driving Cost DownDriving Watts Up更高的效率更高的效率Best Solar Confidential非晶硅非晶硅/微晶硅电池的未来结构微晶硅电池的未来结构氧化硅氧化硅(掺磷掺磷)夹层夹层非晶硅非晶硅微晶硅微晶硅氧化锌氧化锌(ZnO)/银银氧化锌氧化锌(ZnO)玻璃玻璃光捕获光捕获(Light Trapping)示意图示意图Best Solar Confidential 单位基础常识单位基础常识微米 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 真空单位真空单位 1Torr=1000mtorr=133Pa1bar1000mbar=1atm=1.03*105 Pa 1mtorr=0.133Pa 1hpa=100Pa=1mbarBest Solar Confidential