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太阳电池研发现状与最新发展

太阳电池研发现状与最新发展. 洪瑞江 博士 教授 中山大学 太阳能系统研究所 电力电子及控制技术研究所. 目录 ：. 1. 太阳电池简介. 2. 世界大型光伏电站介绍. 3. 几种太阳电池的性能比较. 4. 太阳电池新技术发展. 新能源 广义上来说，有别于传统依靠矿物质原料燃烧的能源都称之为新能源。. 太阳能. 风能. 生物质能. 核能. 地热、潮汐能 ……. Wave Tide. 资源丰富、利用方便、洁净无污染. 太阳能利用的重要途径之一是研制太阳电池！. 中华人民共和国 国家发展和改革委员会

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太阳电池研发现状与最新发展

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Presentation Transcript

  1. 太阳电池研发现状与最新发展 洪瑞江 博士 教授 中山大学 太阳能系统研究所 电力电子及控制技术研究所

  2. 目录： 1.太阳电池简介 2. 世界大型光伏电站介绍 3.几种太阳电池的性能比较 4.太阳电池新技术发展

  3. 新能源 广义上来说，有别于传统依靠矿物质原料燃烧的能源都称之为新能源。 太阳能 风能 生物质能 核能 地热、潮汐能…… Wave Tide 资源丰富、利用方便、洁净无污染 太阳能利用的重要途径之一是研制太阳电池！ 中华人民共和国 国家发展和改革委员会 《中国新能源与可再生能源发展规划1999白皮书》 新能源分类

  4. PV 欧洲联合研究中心对未来能源发展预测 可再生 核能

  5. 太阳电池原理 电池片 2 电池组件 3 光伏发电厂 4 200-m 厚的硅片

  6. 太阳电池 晶体硅电池 薄膜电池 单晶硅电池 多晶硅电池 化合物半导体薄膜电池 硅基薄膜电池 HIT 非晶硅 (α-Si) 非/微晶硅叠层电池 （α-Si） 碲化镉 （CdTe） 铜铟镓硒 （CIGS） 砷化镓 （GaAs） 太阳电池分类

  7. 30% limit (single junction) 太阳电池效率 单晶硅 多晶硅 TF非晶硅 Source: NREL

  8. 光伏产业基本产业链 研发中心 原料供应商 设备生产商 电池生产商 组件生产商 质量检测 发电应用

  9. 晶体硅太阳能光伏产业链 单晶硅棒 单晶电池组件 单晶硅片 单晶硅太阳电池片 太阳能级 多晶硅料 多晶硅锭 多晶硅太阳电池片 多晶电池组件 多晶硅片 太阳能发电站(系统) 各个环节都有技术提升的要求，也取得了一些进展。

  10. 硅棒、硅锭 电池单元 电池板 接线贴盒 安装 售电 硅片 生产设备 辅助设备 电池单元 光伏组阵 接线贴盒 安装 售电 晶体硅和薄膜太阳电池产业链对比 • 晶体硅太阳电池产业链 • 薄膜太阳电池产业链 • Thin film高度整合

  11. 世界太阳电池产量1999 - 2008

  12. 世界太阳电池07/08安装量 08年：5.65 GW 07年：2.4 GW

  13. 全球50大光伏发电站

  14. 全球大型光伏电站的安装情况(1995-2008) (plants)

  15. 世界最大PV发电站：西班牙 Olmedilla 60 MW

  16. 德国最大PV发电站：Lieberose-solarpark 40 MW

  17. 北美最大PV发电站：美国Las Vegas空间基地 14 MW

  18. 西班牙Almeria 15.4 MW

  19. 3、组件测试结果（Photon发布）

  20. 组件仍以晶体硅为主，其中：1456块多晶；995块单晶；8块复合（晶体/非晶）组件仍以晶体硅为主，其中：1456块多晶；995块单晶；8块复合（晶体/非晶） • 占93%

  21. 不同组件的效率分布及平均值

  22. 不同组件的功率分布 Mono: 187 Watts Poly: 190 Watts

  23. 16家光伏组件每千瓦年发电量比较 (kWh/kW )

  24. 16家光伏组件每月发电量比较 (kWh/kW)

  25. 4、新技术发展 电池 “第三代光伏电池”概念 物理提纯硅片电池 激光工艺应用 高效电池 -背电极 选择发射极电池 电极新工艺----银电极取代 组件技术 中空组件 建筑组件 全新工艺

  26. 4.1 “第三代光伏电池”概念 • 第三代光伏电池以高转换效率、原料储藏丰富等为设计出发点，主要包括叠层光伏电池、多能带光伏电池、冲击离子化光伏电池、热载流子光伏电池、上下转换光伏电池、热光伏电池等； • 目前第三代光伏电池多数还处于探索阶段，少数技术已成熟并逐渐进入商业化。

  27. 叠层太阳电池 (Tandem cells) • 叠层太阳电池将采用不同禁带宽度材料制备的太阳电池叠加起来，沿太阳光入射方向电池材料的禁带宽度依次降低，因此，入射的太阳光可以得到很好的过滤，能量高的光子被禁带宽度大的电池吸收，能量低的光子被禁带宽度小的电池吸收。 • 关键技术：隧道结，叠层电池匹配； • 分类：非晶硅体系(α-Si:H/α-SiGe:H、μc-Si:H/α-Si:H)， • Ⅲ-Ⅴ族化合物体系(GaInP/GaAs/Ge、GaInP/GaAs、GaAs/ GaSb) • 硅量子点体系(Si/SiO2、 Si/Si3N4、 Si/SiC)等。

  28. 叠层太阳电池 (Tandem cells) 三叠层最理想

  29. 上下转换太阳电池(up and down conversion solar cells) • 利用上转换材料，将两个不能被太阳电池吸收的低能光子转换为一个可被太阳电池吸收的高能光子； • 利用下转换材料，将一个高能光子转换为两个可被太阳电池吸收的低能光子。 Trupke. T, et al. Journal of applied physics, 2002, 92:4117-4122 Trupke. T, et al. Journal of applied physics, 2002, 92:1668-1674

  30. 上下转换光伏电池材料 • 上转换材料主要是一些稀土化合物(如Ba2ErCl7, BaLn2F8等)和稀土掺杂的氧化物、氟化物、氯化物和硫化物等； • 2005年 Shalav等人将工业上应用的NaYF4:Er3+上转换材料应用到硅太阳电池的背面， 电池在激发波长为1523nm，功率为5.1mW的光辐照下，外量子效率达到2.5%，内量子效率达到3.8%。 • 下转换材料：1999年，Rene等人发现LiGdF:Eu3+在室温下可将一个紫外光子转换(quantum cutting)为两个可见光子，其量子效率接近200%

  31. 激光掺杂(Laser doping) • 有选择性发射结电池 • 指交型全背电极结构电池

  32. 高速打印： 10万个喷嘴，每秒喷出20-30万滴 高速摄影，质量控制 硅片做得更薄，不会损坏 4.2 高速打印技术

  33. 4.3 薄硅片技术 真空室：离子针注入H+离子，离表面150微米 加热，氢释放使薄硅片自然分离

  34. 4.4 晶体硅太阳电池组件的成本构成

  35. 晶体硅太阳电池组件自动化生产线

  36. 4.5 建筑组件结构 一般组件：单层结构: 玻璃/TPT； 玻璃/玻璃 建筑组件：双层结构：玻璃/玻璃－隔热；玻璃/玻璃-隔热-安全玻璃

  37. 4.6 薄膜太阳电池生产技术（AM）

  38. SunFab PECVD 5.7 System for Thin Film Si Processes glass at 4 times the size of Applied Materials’ nearest competitor

  39. Scale-Up of Deposition to 5.7 m2 Glass Size

  40. 4.7 太阳能辐射与光伏发电量数据传输与收集

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