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光伏走进薄膜时代
双击自动滚屏 发布者:sdRwcEKecxQace 发布时间:2012-1-6 15:42:59 阅读:2111次 【字体:

晶体硅和薄膜太阳能光伏电池是现在乃至未来十年的两大主要技术阵营,晶体硅太阳能电池以高转化效率在过去和现在都主导着光伏市场。而薄膜电池在原有转化效率上突破性的进展以及相对低廉的成本在近两年吸引了投资者更多的关注,处于其急速发展期。

  目前已经实现商业化的太阳能电池技术有晶体硅电池、非晶硅太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池,聚光太阳能电池。CIGS薄膜太阳能电池也有可能在将来实现产业化。其中,晶体硅太阳能电池占整个光伏市场85%以上的份额。单晶硅太阳能电池大规模生产的平均转换效率已经达到了16.5%,而多晶太阳能电池的转化效率在14.5%到15.8%之间。据悉,中电的已经量产的SE电池的平均转化效率为17.5%,其单晶太阳能电池最高能达到18%的转换效率。而作为中国太阳能行业标杆企业的无锡尚德已宣布的Pluto电池的转化效率达到了18%。

  而在未来太阳能电池的发展蓝图中,薄膜电池则以低成本成为新的亮点,并试图通过改善工艺提高其转换效率将极大的扭转光伏市场的格局。

 

  原材料在太阳能电池的成本结构中占了重要的比例,薄膜电池能在当前光伏产业发展之路中崛地而起,成本因素起到了关键的作 
用。据Oerlikon太阳能事业部亚洲区技术营销总经理孙海燕博士介绍,不论是晶体硅还是薄膜太阳能电池,原材料约占总光伏电池总成本的60%-70%,薄膜太阳能电池的成本无论在过去还是将来都大大低于晶体硅太阳能电池的成本。图1为2003年M.Green博士建立的光伏成本模型,在2003年,多晶硅的价格为30美金/公斤,根据模型显示,在系统安装量为1GW时,传统薄膜太阳能电池每KW的价格约是多晶硅太阳能电池的二分之一。而新型的薄膜太阳能电池技术将这种单位电量的价格优势继续扩大。

  在过去的几年中,为了降低晶体硅太阳能电池的成本,用来制作电池片的硅片的厚度已经从原来的300 um减薄到了180um,孙海燕博士认为,纵然随着明年多晶硅产能的释放,价格会有一定幅度的回落,但从成本角度,薄膜电池还是具有明显的成本优势。

  作为薄膜电池的主要原料之一——玻璃,约占原材料成本的40%。非晶微晶工艺的薄膜电池需要超白玻璃,因为超白玻璃具有高透光率,对太阳光具有很好的吸收作用。目前国内已经有一些光伏玻璃生产企业达到了一定的规模,例如山东金晶、南玻以及耀皮等。这为薄膜电池的规模化生产提供了丰富的原材料供应。

  同时,薄膜的转化效率也在过去的几年中得到很大程度的提升,采用非晶双结技术的薄膜太阳能电池稳定后的转换效率的理论上限为15%,在有报道的量产中最高转换效率已经达到了11%左右。晶体硅电池的发展也推动了薄膜太阳能电池的快速发展,薄膜太阳能电池在技术上目前已经具备了规模化生产的基本条件。

  薄膜太阳能电池解决方案巨头之一的应用材料用Sunfab生产线来主战薄膜太阳能光伏市场,Sunfab最诱人之处莫过于改写了薄膜太阳能电池玻璃基板的尺寸了,将尺寸增大到了2.2米 X 2.6米,总面积达到了5.7平方米,面积是普通薄膜太阳能电池的4倍,如此大的面积的太阳能电池模组不仅可以节约生产成本,在系统安装时能很大程度上减少安装材料和安装的人力。在相同效率的条件下,大面板显然在成本上占有优势,但是随着尺寸的增大,厚度、结晶分馏和掺杂物浓度等薄膜特性的均匀性变化都会在制造过程中造成设备性能下降和电池的可靠性问题。根据应用材料发表的数据,其转换效率均匀性优于+/-4rel%。

  作为全球首家提供薄膜太阳能模块Turn-Key服务的厂商Oerlikon的薄膜太阳能电池解决方案提供了中试线的选择,其玻璃基板与量产基板尺寸相同。中试线与量产线不同之处在于反应腔室的数量,两者分别为1:20,在中试线上研发成功的工艺可以直接移植到量产生产线上,这使电池生产厂商在投入大规模量产之前可以对工艺进行自主改善,进而提高产能与转化效率。

 

  Oerlikon于2007年9月推出的非晶微晶的工艺解决方案,最早由Oerlikon现任CTO Johannes Meier于1994年在IMT提出,这种结构能够拓展吸收的光谱范围,从而大大的增加对光的吸收能力(图2)。采用非晶微晶的薄膜太阳能电池稳定后的转换效率可以达到9%左右,在量产之后,通过加工技术的提升,还可以进一步提高转换效率。

  据孙海燕博士介绍,非晶工艺和非晶微晶工艺的主要区别在于PECVD工艺,后者在镀膜的过程中需要40MH的超高频,以获得高沉积速率、高均匀性以及低损伤。所以Oerlikon早在20年前开发薄膜太阳技术及设备时,将其开发重点集中在PECVD设备超高频电源与反应器装置的开发。超高频电源应用主要的目的在于使薄膜淀积又快又好,即在薄膜的淀积过程中,使产生的等离子既不能破坏膜的结构,同时薄膜的淀积速度要快。而用于薄膜淀积的Oerlikon的反应器是一个高温等温装置,反应器内温度的控制非常重要,因为非晶硅是长程无序短程有序硅的一种非稳态,在等温下形成致密的薄膜的过程相当于在接近于稳定状态下形成的亚稳态,所制备的电池结构相对稳定,初始衰减相对少。

  虽然薄膜电池将主导未来光伏市场的呼声不断,但要在未来的5-10年取代晶体硅太阳能电池成为光伏市场的主流可能需要相当的工作和努力。常州天合光能首席运营官邹西原认为,由于用于晶体硅电池制造的硅原料取得相对容易,晶体硅电池量产技术成熟和较高的转换效率,而在可预见的未来几年,晶体硅太阳能电池仍然会是市场的主流。应用材料(中国)有限公司太阳能事业部总经理王瑞萍认为,晶体硅和薄膜这两种技术在很长一段时间内会齐头并进,相辅相成,也许会永远并存。

来源:中国太阳能光伏网

 
 
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