太陽能薄膜電池Thinfilmsolarcell薄膜電池工程案例薄膜電池應(yīng)用薄膜電池介紹太陽能電池介紹目錄02010304太陽能電池介紹01太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”“，是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片。它只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及在有回路的情況下產(chǎn)生電流。在物理學(xué)上稱為太陽能光伏（Photovoltaic，photo光，voltaics伏特，縮寫為PV），簡稱光伏。太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的實(shí)施太陽能電池則還處于萌芽階段。太陽能電池介紹太陽能電池按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系薄膜式（以下表示為a-）兩大類，而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形。按材料可分為硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜形和有機(jī)膜形，而化合物半導(dǎo)體薄膜形又分為非結(jié)晶形（a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等）、ⅢV族（GaAs,InP等）、ⅡⅥ族（Cds系）和磷化鋅(Zn3p2）等。太陽能電池根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池還可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機(jī)太陽能電池、塑料太陽能電池，其中硅太陽能電池是發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。下面我們主要介紹太陽能薄膜電池。太陽能電池分類太陽能電池分類示意圖太陽能薄膜電池介紹01薄膜太陽能電池可以使用在價(jià)格低廉的陶瓷、石墨、金屬片等不同材料當(dāng)基板來制造，形成可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度僅需數(shù)μm，目前轉(zhuǎn)換效率最高可以達(dá)13%。薄膜電池太陽電池除了平面之外，也因?yàn)榫哂锌蓳闲钥梢灾谱鞒煞瞧矫鏄?gòu)造其應(yīng)用范圍大，可與建筑物結(jié)合或是變成建筑體的一部份，應(yīng)用非常廣泛。太陽能薄膜電池薄膜電池發(fā)電原理與晶硅相似，當(dāng)太陽光照射到電池上時(shí)，電池吸收光能產(chǎn)生光生電子—空穴對，在電池內(nèi)建電場的作用下，光生電子和空穴被分離，空穴漂移到P側(cè)，電子漂移到N側(cè)，形成光生電動勢，外電路接通時(shí)，產(chǎn)生電流。太陽能薄膜電池原理按材質(zhì)可分為：非晶硅(AmorphousSilicon,a-Si)、微晶硅(NanocrystallineSilicon，nc-Si，MicrocrystallineSilicon，mc-Si)、化合物半導(dǎo)體II-IV族[CdS、CdTe(碲化鎘)、CuInSe2]、色素敏化染料(Dye-SensitizedSolarCell)、有機(jī)導(dǎo)電高分子(Organic/polymersolarcells)、CIGS(銅銦硒化物)..等太陽能薄膜電池分類太陽能薄膜電池分類示意圖太陽能薄膜電池制作流程圖太陽能薄膜電池結(jié)構(gòu)碲化鎘薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖非晶硅薄膜太陽能電池模組結(jié)1.相同遮蔽面積下功率損失較小(弱光情況下的發(fā)電性佳)2.照度相同下?lián)p失的功率較晶圓太陽能電池少3.有較佳的功率溫度系數(shù)4.較佳的光傳輸5.較高的累積發(fā)電量6.只需少量的硅原料7.沒有內(nèi)部電路短路問題(聯(lián)機(jī)已經(jīng)在串聯(lián)電池制造時(shí)內(nèi)建)8.厚度較晶圓太陽能電池薄9.材料供應(yīng)無慮10.可與建材整合性運(yùn)用(BIPV)太陽能薄膜電池特點(diǎn)太陽能薄膜電池優(yōu)勢示意圖我國太陽能電池設(shè)備主要是晶硅太陽能電池設(shè)備主要制造商經(jīng)過2011年上半年的快速增長127.2%，并創(chuàng)歷史同期新高后，進(jìn)入下半年，由于光伏產(chǎn)品供大于求，庫存大量積壓，使得大部分光伏生產(chǎn)企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃推遲，大批設(shè)備訂貨合同不得不推遲交貨，銷售迅速回落。但2011年全年太陽能電池設(shè)備銷售收入還是以較高的增長率增長75%。進(jìn)入2012年，我國太陽能電池設(shè)備市場繼續(xù)低迷，全年太陽能電池設(shè)備銷售收入呈現(xiàn)了負(fù)增長。2012年量價(jià)齊跌超60%，2008年全球薄膜太陽能電池產(chǎn)量達(dá)988.8MW，同比增長122%。2009年世界生產(chǎn)的光伏電池總量達(dá)到10700MWp，其中薄膜電池1700MWp，在其中占比約15.9%。2010年全球薄膜太陽能電池產(chǎn)量增長迅速，產(chǎn)量為2767MW。這幾年中，薄膜太陽能電池總產(chǎn)量的增長率一直維持在高位。太陽能薄膜電池發(fā)展趨勢我國也高度重視薄膜太陽能電池技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，與國際先進(jìn)水平差距逐步縮小，積極有序地發(fā)展。截至2008年底，我國已建成并投產(chǎn)的14家薄膜太陽能電池企業(yè)的產(chǎn)能約達(dá)125.9MW，年產(chǎn)量約為46MW。截止2009年底，已開工建設(shè)和已開展前期工作宣布建設(shè)的薄膜太陽能電池項(xiàng)目將近40個(gè)。2011年1月，首臺“中國造”代表國際尖端水平的薄膜太陽能電池關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備——等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積設(shè)備（PECVD）成功下線，打破了高端薄膜太陽能電池設(shè)備一直被國外廠商壟斷的局面。2011年5月5日，中國首支CIGS薄膜太陽能集電管的面世，向業(yè)界宣告國內(nèi)薄膜太陽能電池發(fā)展緊跟世界腳步。盡管近年來多晶硅價(jià)格大幅下滑，晶硅電池轉(zhuǎn)換效率穩(wěn)步提升，薄膜電池成本優(yōu)勢減弱，發(fā)展放緩。但光伏行業(yè)正逐步走向技術(shù)多元化，晶硅、薄膜、聚光技術(shù)的博弈不再局限于成本的比拼，各技術(shù)可以在各自的優(yōu)勢應(yīng)用領(lǐng)域上拓展市場空間。太陽能薄膜電池發(fā)展趨勢在未來市場中，薄膜太陽能電池所占的比重將會不斷增加，薄膜太陽能電池的研發(fā)將繼續(xù)提速。未來光伏建筑一體化（BIPV）的推廣以及國家扶持太陽能電池發(fā)展的政策陸續(xù)出臺，將推動我國薄膜太陽能電池新一輪的高速發(fā)展。另外，薄膜電池已被列入我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃的發(fā)展重點(diǎn)?，F(xiàn)今，業(yè)界對以薄膜取代硅晶制造太陽能電池在技術(shù)上已有足夠的把握。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所于2月已經(jīng)研制出當(dāng)今世界上太陽能轉(zhuǎn)換率最高的有機(jī)薄膜太陽能電池，其轉(zhuǎn)換率已達(dá)到現(xiàn)有有機(jī)薄膜太陽能電池的4倍。此前的有機(jī)薄膜太陽能電池是把兩層有機(jī)半導(dǎo)體的薄膜接合在一起，從太陽能到電能的轉(zhuǎn)換率約為1%。新型有機(jī)薄膜太陽能電池在原有的兩層構(gòu)造中間加入一種混合薄膜，變成三層構(gòu)造，這樣就增加了產(chǎn)生電能的分子之間的接觸面積，從而大大提高了太陽能轉(zhuǎn)換率。可折疊薄膜的太陽能電池是一種利用非晶硅結(jié)合PIN光電二極管技術(shù)加工而成的薄膜太陽能電池。此系列產(chǎn)品具有柔軟便攜、耐用、光電轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)；可廣泛應(yīng)用于電子消費(fèi)品、遠(yuǎn)程監(jiān)控/通訊、軍事、野外/室內(nèi)供電等領(lǐng)域。太陽能薄膜電池發(fā)展趨勢有機(jī)薄膜太陽能電池使用塑料等質(zhì)輕柔軟的材料為基板，因此人們對它的實(shí)用化期待很高。研究人員表示，通過進(jìn)一步研究，有望開發(fā)出轉(zhuǎn)換率達(dá)20%、可投入實(shí)際使用的有機(jī)薄膜太陽能電池。專家認(rèn)為,未來5年內(nèi)薄膜太陽能電池將大幅降低成本，屆時(shí)這種薄膜太陽能電池將廣泛用于手表、計(jì)算器、窗簾甚至服裝上。由于其所使用的半導(dǎo)體原料遠(yuǎn)較一般太陽能電池為少，因此可解決太陽能電池價(jià)格高昂的問題。后來，研究人員使用稱為CIS的復(fù)合半導(dǎo)體的技術(shù)，將2～3微米厚的CIS放在玻璃等物料上，制成薄膜太陽能電池。它比傳統(tǒng)以矽制成的太陽能電池薄100倍，實(shí)際上比頭發(fā)還要薄，它亦較輕和使用較少半導(dǎo)體物料，售價(jià)因此較便宜并可大量生產(chǎn)。太陽能薄膜電池發(fā)展趨勢傳統(tǒng)的矽電池需大量半導(dǎo)體物料，價(jià)格昂貴，因此無法普及，而且由于較笨重，其應(yīng)用范圍受限制。薄膜電池卻只需要將廉價(jià)物料放在諸如塑膠等有彈性的表面上便可，價(jià)錢便宜而且輕便。專家相信,不久的將來，薄膜材料的太陽能電池將出現(xiàn)在人們的日常生活中。現(xiàn)今，世界上至少有40個(gè)國家正在開展對下一代低成本、高效率的薄膜太陽能電池實(shí)用化的研究開發(fā)。太陽能薄膜電池發(fā)展趨勢太陽能薄膜電池發(fā)展趨勢圖太陽能薄膜電池應(yīng)用03技術(shù)上的突破為薄膜太陽電池帶來了新的應(yīng)用方向，薄膜太陽電池技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，尤其是透明太陽電池和柔性太陽電池的出現(xiàn)，為薄膜電池的應(yīng)用拓展了領(lǐng)域。當(dāng)然，以目前的技術(shù)水平來說，在薄膜太陽電池應(yīng)用方面還存在一些問題，比如效率低、穩(wěn)定性差、相同的輸出電量所需太陽電池面積增加等，但是，這些問題隨著科技的進(jìn)步、研發(fā)的深入將會一一得到解決。太陽能薄膜電池的應(yīng)用1.光伏建筑一體化薄膜太陽電池適合于與建筑結(jié)合的光伏發(fā)電組件，即適用于光伏建筑一體化(BIPV)，在建筑上的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，尤其是屋頂。雙層玻璃封裝剛性的薄膜太陽電池組件，可以根據(jù)需要，制作成不同的透光率，可以部分替代玻璃幕墻；而不銹鋼和聚合物襯底的柔性薄膜太陽電池適用于建筑屋頂?shù)刃枰煨偷牟糠?。目前出現(xiàn)的透明薄膜電池使薄膜太陽電池的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，由于薄膜電池可做成金色、銀色和茶色，所以，安裝在墻體內(nèi)面上可起到發(fā)電和裝飾的雙重作用；安裝在窗戶上，不但透明而且能反射70%的紅外光，在夏季可大大降低室內(nèi)溫度，起到LOW-E玻璃的功能。城市用地的稀缺性，使建立地面太陽能發(fā)電站幾乎成為不可能，而將薄膜太陽電池應(yīng)用于城市中大量既有和待開發(fā)的建筑外立面、屋頂、窗戶等，既可以避免現(xiàn)有玻璃幕墻的光污染問題，代替建材，同時(shí)發(fā)電又節(jié)能，因此，薄膜太陽電池將成為未來城市利用光伏發(fā)電的主要方向。太陽能薄膜電池的應(yīng)用2.農(nóng)業(yè)大棚薄膜式太陽能農(nóng)業(yè)大棚電站就是將透明薄膜太陽能電池和農(nóng)業(yè)大棚結(jié)合起來，簡而言之，就是利用大棚屋頂發(fā)電，同時(shí)棚內(nèi)種植農(nóng)作物，如圖5所示。一般農(nóng)業(yè)大棚的高度都在5m以上，薄膜式太陽能農(nóng)業(yè)大棚不僅不會影響農(nóng)作物的生長，而且有保溫作用，在一定程度上還能加快農(nóng)作物生長。薄膜式太陽能農(nóng)業(yè)大棚頂上裝設(shè)的透明薄膜式太陽能電池，使原來無法穿透晶硅太陽能電池的太陽光可以透過非晶硅薄膜式太陽能電池照射到棚內(nèi)的植物，太陽光中植物生長所需要的波段穿透農(nóng)業(yè)大棚屋頂?shù)奶柲茈姵乇恢参镂?，植物生長所不需要的波段則部分被太陽能電池吸收發(fā)電，部分轉(zhuǎn)換成熱能加溫農(nóng)業(yè)大棚。而且，薄膜式太陽能農(nóng)業(yè)大棚還可以根據(jù)植物生長的需要控制棚內(nèi)溫度、濕度、光照度，調(diào)整植物生長的環(huán)境。薄膜式太陽能發(fā)電農(nóng)業(yè)大棚電站與傳統(tǒng)太陽能電站相比，可以更有效