薄膜太阳电池发展概述

薄膜太阳电池发展概述（共3篇）

薄膜太阳电池发展概述 篇1

1薄膜光伏发展趋势

根据预测, 光伏电池到2015年将以每年超过55%的速度增长。其中, 晶体硅的增速将超过50%, 而薄膜电池将以每年75%的速度增长。

薄膜太阳能模块使用很薄的硅涂层也可使用其他非硅的替代材料。薄膜制造涉及将极薄的光敏材料层沉积在玻璃、金属或塑料上。而现在大多数使用的常用材料为无定形硅, 最新的技术使用非硅基材料, 如碲化镉。

薄膜太阳能电池 (见图1) 制造时需用能量很少, 可用各种工艺过程进行组装。为住宅和其他应用提供了方便。

目前, 薄膜光伏 (PV) 模块使用的材料如无定形硅 (a-Si) 、碲化镉 (CdTe) 、硒化铜铟镓 (CIGS) , 它们都已引起极大的关注, 并以高速率增长。部分是由于硅的短缺和与结晶硅电池高的生产成本有关。薄膜技术有助于降低制造成本和有通用性好的优点, 在前二三年内已与常规结晶硅技术展开竞争。然而, 薄膜PV模块的典型情况是效率比结晶硅模块低得多, 其转換效率为7%～10%, 而结晶硅平均为15%。

铜铟镓二硒化物 (CIGS) 薄膜太阳能电池系将半导体材料的极薄层涂复于低成本的背衬材料上, 如玻璃、柔性金属薄片、耐高温的聚合物或不锈钢片材之上。CIGS太阳能电池因其重量轻巧, 对太空应用和便携式电子市场带来魅力。也适用于特定的建筑, 如光伏屋顶板、窗户、板壁等等。

据领先的工业分析专家美国NanoMarkets公司2007年10月所作的分析和预测, 薄膜太阳能光伏 (TFPV) 市场价值到2015年将达近72亿美元, 目前稍超过10亿美元。许多公司从薄膜太阳能光伏 (TFPV) 市场的增长可获取效益, 它们有First Solar公司、富士电器公司、Nanosolar公司、三洋公司和Uni-Solar公司等。每1家公司都在建设生产工厂, 能力超过100MW。各种低价的材料可用以替代结晶硅来制造光伏电池。它们不仅是传统结晶硅电池较廉价的光伏电池替代品, 而且比传统电池更薄和更有柔性, 可以有更多的应用。例如, TFPV很易于在屋顶和墙壁上设置, 甚至窗户上。其另一优点是与许多常规的光伏采用结晶硅不同, 薄膜光伏 (TFPV) 也能在弱光条件下工作。报告指出, 支撑薄膜光伏 (TFPV) 需求增长的是, 大多数生产商都在快速扩增生产能力, 包括First Solar公司、富士电器公司、Nanosolar公司、三洋公司、Uni-Solar公司和G24i公司等都在建设超过100MW能力的工厂。

据NanoMarkets公司2008年2月底发布的研究报告预测, 薄膜和有机光伏 (PV) 材料使用量将达到2015年38亿美元。据该薄膜和有机光伏材料市场报告认为, 薄膜和有机光伏材料市场正在成为传统电子化学品供应商和创新的材料公司发展机遇的源泉。报告也认为, 材料领域的创新将对未来光伏 (PV) 的整体行业带来深刻影响。

研究报告的主要论点有:

(1) 薄膜PV不会长久只是电子材料的小用户。到2015年, 无定形硅PV将采用超过9亿美元的硅烷气体和其他基于有机硅的材料。几年前, 常规光伏领域结晶硅生产商赢得了这项大而新的业务发展机遇。现在薄膜PV正在给电子化学品领先的供应商带来同样的发展机遇。

(2) 铜铟镓硒化物 (CIGS) 将在薄膜PV市场上起关键作用。CIGS不仅具有薄膜PV的所有优点, 而且转化效率几乎与常规PV一样地高。CIGS能否继续保持这一优势将取决于创新材料公司的研发进程。

(3) 开发新材料是PV工业发展的关键。在不久的将来, 薄膜材料将可为PV提供全新的方案。有机硅油墨将会很快被应用, 它可与有机PV的制造优势组合在一起, 而且会有高得多的转化效率。

NanoMarkets公司还于2008年5月发表有关有机光伏市场报告, 涉及薄膜、有机和印刷光伏市场。其中, 对有机材料或混合有机/无机染料敏化 (DSC) 的太阳能电池市场潜力进行了预测分析。认为, 2008年是有机PV产品加快推向商业化应用的第一年。有机PV途径现正成为主流太阳能板和建筑集成光伏 (BIPV) 应用的低成本解决方案。

2薄膜光伏公司及生产态势

截至2008年4月, 领先的薄膜太阳能电池制造商有应用材料公司 (Applied Materials) 和Q-Cells公司等, 行业新秀如NexPower公司和QS Solar公司。2007年AMAT太阳能集团的净销售额翻了2倍以上。截至2008年3月统计, 多个薄膜太阳能工厂新增设备达19亿美元。

一些领先的晶硅制造商均纷纷进入薄膜太阳能电池产业。夏普公司正在建设几座工厂, 使能力增加到2010年1GW。Q-Cells公司是世界领先的太阳能电池供应商, 已在5个薄膜太阳能电池项目中进行了投资。

近2年时间内, 仅中国台湾地区就有8座薄膜太阳能电池新工厂投入建设, 到2010年后, 台湾地区的薄膜太阳能电池生产能力将会超过1GW/年。

截至2008年4月统计, 已有超过80家公司涉足薄膜太阳能电池业务。 (由于篇幅所限, 瑞士、美国、德国、日本、中东地区的公司发展略)

在太阳能电池产量方面, 美国落后于日本和欧洲, 位居第3, 约占全球市场份额的10%。 新太阳能薄膜电池厂的建立将使美国的排名上升到第2, 而且将成为国际一流、具有价格竞争力的太阳能电池生产厂之一。采用新技术生产的太阳能薄膜电池运用了复杂的高新科技, 将太阳能电池“印”在塑料和金属箔上, 使用一种铜合金涂层来吸收阳光并产生电能。其效率与传统的太阳能晶硅电池基本相当, 而且制造成本仅为传统晶硅电池的1/5。

至2003年底, 我国量产的薄膜电池生产线只有哈尔滨克罗拉电力公司从美国引进的一条1兆瓦生产线。该领域为数不多的几家企业, 如深圳市创益科技发展有限公司、天津市津能电池科技有限公司等, 近年来也一直处于大众的视线之外。

近期, 中国加快建设一些薄膜光伏生产项目。如泉州市金太阳电子科技有限公司投资的硅基薄膜太阳能电池生产线于2008年初落户该园区。该项目生产的硅基薄膜太阳能电池光转化效率将达到7%, 使用寿命长达20年, 技术居世界领先水平。该项目的实施为我国跻身全球第3代高端薄膜电池市场跨出了关键一步。

投资江苏省的尚德电力公司已在上海漕泾高科技园区开始建设薄膜光伏材料制造厂和研发中心, 生产厂第一阶段于2008年投产, 2009年峰值生产量达50MW。工厂所用生产技术涉及将无定形和微晶硅薄膜沉积在玻璃基质上。

新奥集团与美国应用材料公司太阳能薄膜电池项目合作于2007年12月初签约。此项目落户廊坊经济技术开发区新奥集团, 用于生产非晶硅薄膜太阳能电池, 标志着我国在新能源领域又有了新突破。该项目由新奥集团引进美国应用材料公司全套自动化生产线, 计划总投资140亿元, 分三期建设, 预计到2010年非晶硅薄膜太阳能电池年产量将达500MW, 年销售额200亿元。

中国太阳能电力公司 (CSP) 于2008年5月23日宣布, 携手日本ULVAC公司进入中国薄膜太阳能电池市场。日本ULVAC公司是领先的太阳能电池设备制造商, 由ULVAC公司供应的PV生产线采用第5代 (G5) 尺寸玻璃基质 (1100 x 1400 mm) 设计, 可应用全规模的太阳能发电厂。这条生产线是中国此类生产线的第一条, 可供应中国和世界市场。该装置初期生产的模块基于单接合式无定型硅 (a-Si) 技术, 年产能力约为50MW。高效模块生产线能力预计将从50MW提高到2010年约64MW。该生产线组合采用等离子改进的化学蒸气沉积 (PE-CVD) 设备、莱塞划线器等。

NexPower技术公司旗下的联合微电子公司 (UMC) 经达2年的筹备后, 于2008年7月底决定在中国台湾建设太阳能电池生产厂。该太阳能电池生产厂采用日本ULVAC公司大规模的薄膜生产线设备, 包括等离子CVD设备、激光划线设备、溅射设备和密封设备等。

总投资6亿元的非晶硅太阳能薄膜电池项目于2008年7月在崇州市工业集中发展区开建。非晶硅太阳能薄膜电池项目的主要投资方是四川凯迈集团下属的四川光亮投资有限公司。该公司将在1年内建成第1条生产线, 30个月内建成全部项目。项目建成后, 公司年生产非晶硅太阳能薄膜电池的能力将达到30MW, 为全国最大。

福建省莆田市太阳能薄膜电池生产项目环境影响报告书获国家环保部批复。由马来西亚云顶杉源集团投建的这个太阳能光电伏特工业项目, 将在莆田市涵江区建设。项目总投资12.5亿美元, 四期项目全部投产后, 年可产非晶硅薄膜电池200MW, 将成为全国唯一、亚洲最大的第3代太阳能生产厂家。首期项目投资2.79亿美元, 定于2009年投产, 年产160万m2光电伏特薄膜, 95%产品出口欧美。

总部在美国纽约州的SolarThinFilms公司于2008年6月3日宣布, 与中国兴业控股有限公司 (Singyes) 签署谅解备忘录, 将在华建设100MW薄膜模块生产厂。按照这项谅解备忘录, SolarThinFilms公司将供应设备、枝术和工程以及设计支持。该公司也将在中国以外市场分销建筑用集成光伏 (BIPV) 产品。该公司预计最早将于2008年第4季度设置制造设备, 初期生产和销售BIPV产品将于2009年开始。

一期工程投资25亿美元, 年产能1000兆瓦 (相当于100万千瓦) 的南昌薄膜太阳能光伏产业园项目于2008年6月下旬落户南昌高新技术产业开发区。南昌光伏产业园由赛维BEST太阳能高科技股份有限公司及相关配套企业投资建设, 产业园将致力与兴建光伏产业的研发和成产基地, 引进世界先进的技术和设备, 一期总投资25亿美元, 预计规模为年产1000MW。入驻南昌光伏产业园的赛维BEST公司, 由LDK新能源公司投资, 其主打产品可以建设大型光伏电站, 也可与建筑物屋顶、走廊、玻璃幕墙相结合形成建筑一体化 (BITV) , 在美化环境的同时利用太阳能发电。

江苏综艺股份有限公司与韩国周星工程有限公司合作的综艺太阳能光伏项目于2008年6月底在南通市签约。该项目总投资7000万美元, 江苏综艺股份占股66.7%, 将建成1条5代26MW的薄膜太阳能电池生产线。双方目标是打造世界一流、国内领先的薄膜太阳能电池厂商。undefined

薄膜太阳电池发展概述 篇2

报告

▄ 核心内容提要

【出版日期】2017年4月 【报告编号】20111 【交付方式】Email电子版/特快专递

【价

格】纸介版：7000元

电子版：7200元

纸介+电子：7500元

▄ 报告目录

第一章 铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池概述 第一节、太阳能电池的分类

一、硅系太阳能电池

二、多元化合物薄膜太阳能电池

三、聚合物多层修饰电极型太阳能电池

四、纳米晶化学太阳能电池

第二节、铜铟硒（CIS）薄膜太阳能电池介绍

一、CIS太阳能电池的结构

二、CIS太阳能电池的特点

三、CIS太阳能电池生产障碍

第三节、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池介绍

一、CIGS太阳能电池简介

二、CIGS太阳能电池的结构

三、CIGS薄膜太阳电池的优势

四、CIGS薄膜电池的适用范围

五、CIGS太阳能技术概述

六、CIGS薄膜三种制备技术

第二章 2015-2017年薄膜太阳能电池的发展分析 第一节、2015-2017年全球薄膜太阳能电池产业总体概况

一、全球薄膜太阳能电池市场发展回顾

二、全球薄膜太阳能电池专利申请态势

三、全球薄膜太阳能电池产业规模

四、美国薄膜太阳能电池发展分析

五、德国薄膜太阳能电池发展迅速

第二节、国内外薄膜太阳能电池技术对比分析

一、专利和技术领域布局

二、主要竞争对手专利质量

三、主要竞争机构技术优势

四、竞争机构发展趋势

第三节、2015-2017年中国薄膜太阳能电池发展分析

一、中国薄膜太阳能电池产量

二、薄膜太阳能电池相关政策

三、中科院推出新型薄膜电池

四、薄膜电池应用于共享单车

第四节、薄膜太阳能电池面临的问题及对策

一、我国薄膜电池产业发展的瓶颈

二、薄膜太阳能电池产业链有待完善

三、薄膜太阳能电池产业有待政策支持

四、硅基薄膜太阳能电池的发展方向

五、提高薄膜太阳能电池效率的方法

第三章 2015-2017年CIGS薄膜太阳能电池发展分析 第一节、全球CIGS薄膜太阳能电池发展概况

一、市场发展形势

二、市场产量分析

三、转换效率进展

四、部分制造商介绍

第二节、2015-2017年全球CIGS薄膜太阳能电池发展动态

一、欧盟CIGS薄膜太阳能电池提升计划

二、美国CIGS薄膜太阳能电池原料政策

三、韩国CIGS薄膜太阳能电池研发进展

第三节、2015-2017年中国CIGS薄膜太阳能电池发展分析

一、CIGS薄膜太阳能电池国产化的优势

二、国内CIGS薄膜太阳能电池产业特征

三、国内CIGS薄膜太阳能电池研发进程

四、CIGS薄膜太阳能电池组件应用现状

五、中国CIGS薄膜电池产业面临的形势

六、国内CIGS薄膜太阳能产业联盟成立

第四节、2015-2017年中国CIGS薄膜太阳能电池项目动态

一、2015年大型CIGS薄膜电池项目落户江阴

二、2015年蚌埠CIGS薄膜电池项目正式开工

三、2016年山东CIGS薄膜电池组件收益良好

四、2017年CIGS薄膜太阳能生产线落户重庆

第五节、2015-2017年CIGS薄膜太阳能电池技术及企业动向

一、2015年苏州瑞晟纳米研制CIGS新型制备工艺

二、2016年ZSW刷新薄膜CIGS太阳能电池效率纪录

三、2016年CIGS薄膜太阳能光伏组件堆刷新纪录

四、2017年汉能CIGS薄膜太阳能组件刷新纪录

五、2017年蚌埠新型CIGS薄膜太阳能电池背极材料 第六节、中国CIGS薄膜太阳能电池发展的问题及对策

一、存在的问题

二、企业竞争混乱

三、政策性建议

四、推进产业化

第四章 2015-2017年CIGS薄膜太阳能电池的技术分析 第一节、CdTE和CIGS薄膜太阳能电池技术分析

一、CdTE和CIGS两种薄膜太阳能工艺概述

二、CIGS和CdTe两种光伏电池工艺存在的亮点

三、CIGS和CdTe两种光伏电池工艺面临的难题 第二节、相关材料对CIGS太阳能电池的影响

一、Ga对CIGS薄膜太阳能电池性能的影响

二、Na对CIGS太阳能电池的影响

三、OVC薄膜材料对CIGS太阳能电池的影响 第三节、CIGS薄膜太阳能电池的研究进展

一、CIGS薄膜太阳能电池实验室技术

二、国内真空沉积方法的改进

三、国内非真空沉积方法的改进

第四节、CIGS薄膜太阳能电池的研究重点

一、小面积单电池技术

二、基板的可挠性

三、模板的实用化

第五章 2015-2017年国内外CIGS薄膜太阳能电池重点企业分析 第一节、德国Manz AG

一、企业发展概况

二、企业运营现状

三、企业CIGS业务发展分析

四、企业CIGS技术研发进展 第二节、日本Solar Frontier

一、企业发展概况

二、企业运营现状分析

三、企业布局CIGS薄膜电池领域 第三节、汉能薄膜发电集团

一、企业发展概况

二、2015年企业经营状况

三、2016年企业经营状况

四、2017年企业经营状况 第四节、铸能控股有限公司

一、企业发展概况

二、2015年企业经营状况

三、2016年企业经营状况

四、2017年企业经营状况 第五节、其他企业介绍

一、美国Stion

二、美国First Solar

三、美国Ascent Solar

四、青岛昌盛日电太阳能科技有限公司

五、重庆神华薄膜太阳能科技有限公司 第六章 CIGS薄膜太阳能电池投资及前景分析 第一节、CIGS薄膜太阳能电池投资分析

一、国内薄膜太阳能电池市场投资趋热

二、薄膜太阳能电池领域迎来政策机遇

三、CIGS薄膜太阳能技术投资大有可为

四、CIGS薄膜电池行业投资优势分析

五、CIGS薄膜太阳能电池投资风险分析

第二节、薄膜太阳能电池发展前景展望

一、发展前景向好

二、全球市场规模预测

三、全球市场发展趋势

四、国内市场机遇分析

第三节、CIGS薄膜太阳能电池市场前景分析

一、全球CIGS薄膜电池市场发展潜力上升

二、中国CIGS薄膜太阳能电池前景展望

▄ 公司简介

中宏经略是一家专业的产业经济研究与产业战略咨询机构。成立多年来，我们一直聚焦在“产业研究”领域，是一家既有深厚的产业研究背景，又只专注于产业咨询的专业公司。我们针对企业单位、政府组织和金融机构，提供产业研究、产业规划、投资分析、项目可行性评估、商业计划书、市场调研、IPO咨询、商业数据等咨询类产品与服务，累计服务过近10000家国内外知名企业；并成为数十家世界500强企业长期的信息咨询产品供应商。

公司致力于为各行业提供最全最新的深度研究报告，提供客观、理性、简便的决策参考，提供降低投资风险，提高投资收益的有效工具，也是一个帮助咨询行业人员交流成果、交流报告、交流观点、交流经验的平台。依托于各行业协会、政府机构独特的资源优势，致力于发展中国机械电子、电力家电、能源矿产、钢铁冶金、嵌入式软件纺织、食品烟酒、医药保健、石油化工、建筑房产、建材家具、轻工纸业、出版传媒、交通物流、IT通讯、零售服务等行业信息咨询、市场研究的专业服务机构。经过中宏经略咨询团队不懈的努力，已形成了完整的数据采集、研究、加工、编辑、咨询服务体系。能够为客户提供工业领域各行业信息咨询及市场研究、用户调查、数据采集等多项服务。同时可以根据企业用户提出的要求进行专项定制课题服务。服务对象涵盖机械、汽车、纺织、化工、轻工、冶金、建筑、建材、电力、医药等几十个行业。

我们的优势

强大的数据资源：中宏经略依托国家发展改革委和国家信息中心系统丰富的

数据资源，建成了独具特色和覆盖全面的产业监测体系。经十年构建完成完整的产业经济数据库系统（含30类大行业，1000多类子行业，5000多细分产品），我们的优势来自于持续多年对细分产业市场的监测与跟踪以及全面的实地调研能力。

行业覆盖范围广：入选行业普遍具有市场前景好、行业竞争激烈和企业重组频繁等特征。我们在对行业进行综合分析的同时，还对其中重要的细分行业或产品进行单独分析。其信息量大，实用性强是任何同类产品难以企及的。

内容全面、数据直观：报告以本最新数据的实证描述为基础，全面、深入、细致地分析各行业的市场供求、进出口形势、投资状况、发展趋势和政策取向以及主要企业的运营状况，提出富有见地的判断和投资建议；在形式上，报告以丰富的数据和图表为主，突出文章的可读性和可视性。报告附加了与行业相关的数据、政策法规目录、主要企业信息及行业的大事记等，为业界人士提供了一幅生动的行业全景图。

深入的洞察力和预见力：我们不仅研究国内市场，对国际市场也一直在进行职业的观察和分析，因此我们更能洞察这些行业今后的发展方向、行业竞争格局的演变趋势以及技术标准、市场规模、潜在问题与行业发展的症结所在。我们有多位专家的智慧宝库为您提供决策的洞察这些行业今后的发展方向、行业竞争格局的演变趋势以及技术标准、市场规模、潜在问题与行业发展的症结所在。

有创造力和建设意义的对策建议：我们不仅研究国内市场，对国际市场也一直在进行职业的观察和分析，因此我们更能洞察这些行业今后的发展方向、行业竞争格局的演变趋势以及技术标准、市场规模、潜在问题与行业发展的症结所在。我们行业专家的智慧宝库为您提供决策的洞察这些行业今后的发展方向、行业竞争格局的演变趋势以及技术标准、市场规模、潜在问题与行业发展的症结所在。

▄ 最新目录推荐

1、智慧能源系列

《2017-2021年中国智慧能源前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国智能电网产业前景预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国微电网前景预测及投资咨询报告》

《2017-2020年中国小水电行业前景预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国新能源产业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国太阳能电池行业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国氢能行业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国波浪发电行业发展预测及投资咨询报告 《2017-2020年中国潮汐发电行业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国太阳能光伏发电产业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国燃料乙醇行业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国太阳能利用产业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国天然气发电行业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国风力发电行业发展预测及投资咨询报告》

2、“互联网+”系列研究报告

《2017-2021年中国互联网+广告行业运营咨询及投资建议报告》 《2017-2021年中国互联网+物流行业运营咨询及投资建议报告》 《2017-2021年中国互联网+医疗行业运营咨询及投资建议报告》 《2017-2021年中国互联网+教育行业运营咨询及投资建议报告》

3、智能制造系列研究报告

《2017-2021年中国工业4.0前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国工业互联网行业前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国智能装备制造行业前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国高端装备制造业发展前景预测及投资咨询报告》

《2017-2021年中国工业机器人行业前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国服务机器人行业前景预测及投资咨询报告》

4、文化创意产业研究报告

《2017-2020年中国动漫产业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国电视购物市场发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国电视剧产业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国电视媒体行业发展预测及投资咨询报告》

《2017-2020年中国电影院线行业前景预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国电子竞技产业前景预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国电子商务市场发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国动画产业发展预测及投资咨询报告》

5、智能汽车系列研究报告

《2017-2021年中国智慧汽车行业市场前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国无人驾驶汽车行业市场前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国智慧停车市场前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国新能源汽车市场推广前景及发展战略研究报告》 《2017-2021年中国车联网产业运行动态及投融资战略咨询报告》

6、大健康产业系列报告

《2017-2020年中国大健康产业深度调研及投资前景预测报告》 《2017-2020年中国第三方医学诊断行业深度调研及投资前景预测报告》 《2017-2020年中国基因工程药物产业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国基因检测行业发展预测及投资咨询报告》 《2017-2020年中国健康服务产业深度调研及投资前景预测报告》 《2017-2020年中国健康体检行业深度调研及投资前景预测报告》 《2017-2020年中国精准医疗行业深度调研及投资前景预测报告》 《2017-2020年中国康复医疗产业深度调研及投资战略研究报告》

7、房地产转型系列研究报告

《2017-2021年房地产+众创空间跨界投资模式及市场前景研究报告》 《2017-2021年中国养老地产市场前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国医疗地产市场前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国物流地产市场前景预测及投资咨询报告》 《2017-2021年中国养老地产前景预测及投资咨询报告告》

8、城市规划系列研究报告

《2017-2021年中国城市规划行业前景调查及战略研究报告》

《2017-2021年中国智慧城市市场前景预测及投资咨询报告》

《2017-2021年中国城市综合体开发模式深度调研及开发战略分析报告》 《2017-2021年中国城市园林绿化行业发展前景预测及投资咨询报告》

9、现代服务业系列报告

《2017-2021年中国民营医院运营前景预测及投资分析报告》 《2017-2020年中国婚庆产业发展预测及投资咨询报告》

薄膜太阳电池发展概述 篇3

1 太阳光谱、热辐射及理想太阳光谱选择性吸收薄膜

所有物质都可以发射热电磁辐射,辐射的强度和波长分布取决于物质本身特性和绝对温度T。一个理想的吸收器可以完全吸收入射的电磁辐射,称作黑体。尽管黑体本身没有反射和透射,但它仍然要向外辐射。黑体单位面积发射强度分布与波长的函数可以用Planck辐射法则表示:

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式中:h和kB分别是Planck常数和Boltzman常数,v0为光在真空中的传播速度。

图1为太阳辐射光谱以及3个不同温度下的黑体辐射光谱。太阳辐射可被近似认为是5800K的黑体辐射,其辐射能集中在0.3~2.5μm,其中大部分强度集中在0.5~0.7μm范围。而热辐射处于红外波段,图1列出了3个温度的热辐射,其能量主要集中在2.5μm之后。

理想的太阳光热转换吸收薄膜要求在0.3~2.5μm范围内具有零反射率以全部吸收太阳光谱的能量(太阳能吸收率α=1),同时在红外范围内要求其反射率为1,以减少辐射损失。也就是说,对于理想的太阳光热转换吸收表面必须有一个从低反射率突变到高反射率的突变波长,这种突变行为称为阶跃行为(Crossover behavior)或者叫作反射率跃迁行为(Reflectance transition behavior)。图1中反“Z”形实线给出了理想太阳光热转换吸收薄膜的反射谱,在2.5μm处存在这样的从低反射率到高反射率的突变点。

2 太阳光热转换吸收薄膜的作用原理及制备材料

当前已开发出大量的太阳光热转换吸收薄膜[1,2,3,4,5,6],其太阳光吸收机理可归结为本征吸收和光干涉吸收,作为一类重要的光吸收薄膜,金属陶瓷薄膜主要依据后一种原理制备。这种薄膜通常是将金属纳米颗粒均匀地嵌入电介质材料中,常用的金属有Al、Cr、Ni、Co、Cu、Mo、W,电介质有AlN、Al2O3、Cr2O3、NiO、Co2O3等。高反射金属基底材料主要为金属Al、Cu和不锈钢SS。这种金属陶瓷薄膜通过金属纳米微粒/电介质复合薄膜与高反射金属基底的光干涉原理实现对太阳光的良好吸收。

3 太阳光热转换吸收薄膜常用的制备方法

目前制备金属-电介质复合陶瓷薄膜常用的2种方法分别是电镀法和物理气相沉积法。

3.1 电镀法

电镀法制备的太阳光热转换吸收薄膜有黑铬[7,8,9]、黑钴[10]、黑钼[11]、黑镍[12,13,14,15]、黑镍-钼[16]等涂层,其中黑镍涂层的制备方法最典型。1994年Koltun等[12]提出了一种氯化物电解液,生产的黑镍主要由纯镍组成。由氯化物电镀液电解沉积的黑镍选择性吸收镀层是由空隙率不同且孔不重叠的2层膜构成,其吸收率α>0.92, 热发射率ε<0.15。沉积于不同基材上的黑镍,加热到200℃并维持800h,在潮湿室内湿老化500h,其光学性能不变。笔者也对比了氯化物和硫酸盐电解液沉积的黑镍镀层的光学性能,发现前者比后者更优。

在电镀过程中可能使薄膜存在微量水滴和气泡,这种水滴和气泡构成晶格粒子扩散的快速通道,使薄膜和金属基底相互渗透扩散,降低了薄膜与基底的结合力,影响了薄膜的光谱选择性及使用寿命[17]。电镀主要应用于具有高电流效率的材料(如镀镍),而对于Cr和Al等薄膜,其电流效率较低,电镀过程中耗能高,薄膜质量不好。同时电镀所使用的电镀液很多是磷酸盐、氰化物等有毒物质,环境污染大。研究新型电镀液,改进电镀过程中的工艺参数,获得高质量的薄膜,同时进一步降低电镀过程中的环境污染及生产成本,是电镀法制备太阳光热转换吸收薄膜应该解决的问题。

3.2 物理气相沉积

真空蒸发、溅射镀膜和离子镀等称为物理气相沉积(Physical vapor deposition,简称PVD),是薄膜制备的基本技术。与电镀法相比,这类方法的特点是薄膜与基底的附着力强,膜层纯度高,可同时制备多种不同成分的合金膜或化合物,环境污染小。清华大学从1982年起开始研究磁控溅射法,并开发了多种光谱选择性吸收涂层,其中多层(渐变)Al-N/Al选择性吸收涂层是研究最深入、应用最为广泛的涂层[18],目前占据了国内太阳能热水器的大部分市场,其太阳能吸收率α达0.92,热发射率ε约为0.05。具有Al-N/Al光谱选择性吸收薄膜的全玻璃真空管集管,在太阳辐射为900W/m2时,集热管内的空晒温度可达270℃。采用溅射法制备的光谱选择性吸收薄膜还有M-Al2O3(M=Ni, Co, Mo, W)陶瓷吸收膜[19,20,21]、M-AlN[22,23,24]、Cr-CrxOy[25,26]、TiAlN/TiAlON/Si3N4组合吸收膜[27,28]、NbAlN/NbAlON/Si3N4组合层[29]等。

目前对这类方法的研究主要是优化制备工艺和制备参数,通过控制合适靶材大小、靶-基距离、基底温度以及溅射速率来改进薄膜质量,获得高质量的薄膜。由于溅射制备方法需要昂贵的高真空设备和特殊制备的靶材,维护过程技术要求高。为了克服这一缺点,目前已有少数研究将多种薄膜制备方法结合在一起,以提高薄膜制备速度,降低薄膜的制备成本。

4 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是一种软模板(湿化学)制备金属-电介质复合材料的方法,能够获得金属纳米粒子并将其均匀分散在电介质中,符合太阳光热转换吸收薄膜的技术需求。与电镀法和物理气相沉积法相比,溶胶-凝胶法制备的薄膜与基底的结合力相对较弱,这是需要解决的问题,但此法对设备的要求低,操作简便,可以方便地改变材料组分并在分子水平上将多组分材料均匀混合,调整配方可以控制凝胶孔径以及金属颗粒的尺寸,符合制备基于光干涉原理的金属-电介质复合太阳光热转换吸收薄膜对金属颗粒尺寸(通常要求金属颗粒要小于20nm)及其分布的严格要求。膜厚度可以通过改变溶胶的浓度和镀膜速度得以控制,实用又简便,易于实现工业化生产。基于这些优点,溶胶-凝胶法正引起相关课题组的关注。

2001年Orel课题组率先开展了溶胶-凝胶法制备光热转换吸收涂层的研究[30]。他们采用四水乙酸锰和六水氯化铁以及氯化铜为前驱物,乙醇为溶剂,制备混合溶胶,采用提拉法制备薄膜,在500℃退火,获得CuFeMnO4颜料薄膜,其太阳吸收率和发射率分别可达0.85和0.07。为了进一步提高上述涂层的太阳能吸收率,Orel等[31,32]进一步将组分Fe改为Co,获得了CoCuMnOx黑色薄膜,不仅提高了太阳吸收率(接近0.9),而且还保持了原来较低的热发射率0.05。与颜料薄膜利用颜料的本征吸收原理不同,金属-陶瓷薄膜采用膜组分与金属基底的光干涉机理制备。从2003年开始,瑞典Uppsala大学Wackelgard课题组[33,34,35,36,37,38,39,40,41,42]采用溶胶-凝胶法,以甲醇为溶剂制备了Ni-Al2O3光谱选择性吸收的金属-陶瓷薄膜,并系统研究了薄膜的各种性能。他们的配方(甲醇溶剂)以乙酸作胶溶剂,三乙醇胺为螯合剂,异丙醇铝和硝酸镍为前驱物,分别制备了稳定的氧化铝溶胶和镍溶胶,再将两者按比例混合,获得了Ni-Al2O3混合溶胶。采用旋涂法制备薄膜,在惰性气体氛围中于580℃退火获得均匀的Ni-Al2O3金属-陶瓷复合薄膜。当金属含量为80%Ni时,还原的Ni颗粒为5~10nm,金属含量为40%Ni时,Ni颗粒为3~5nm,这些单质镍颗粒均匀地镶嵌在Al2O3电介质中[42],使薄膜对太阳光具有很好的选择性吸收[41]。单层膜的镍体积填充分数为65%、薄膜厚度为100nm时,太阳能吸收率和热发射率分别为0.83和0.03[35]。为了克服在凝胶化过程薄膜中出现的微孔问题[33],在Ni-Al2O3吸收层上镀上一层致密的SiO2减反射层,可以阻止氧分子进入,有效延长薄膜使用寿命[34]。根据理论模拟,构建含SiO2减反射层的3层干涉吸收薄膜对太阳光吸收最有效。最佳3层干涉吸收薄膜的构成为:底层为80%Ni-20%Al2O3,厚度100nm;中间层为40%Ni-60%Al2O3,厚度60nm;顶层为厚度85nm的SiO2或者掺杂SiO2减反射膜,理论模拟其太阳能吸收率α可达0.97,实际配方研制结果同样达到了高吸收率(0.97)[36]。

甲醇溶剂极性强,配方容易实现,但毒性大。本课题组改用乙醇为溶剂,异丙醇铝为前驱体,选择酸性更强的盐酸为胶溶剂,配以合适的螯合剂,成功地制备出均匀透明的氧化铝溶胶。与镍溶胶混合后旋涂,在600℃下退火成Ni-Al2O3金属-陶瓷薄膜,能与铝片基底产生良好光干涉,从而有效吸收入射太阳光,单层膜太阳能吸收率可达0.82[43],与同类型单层膜的太阳能吸收率相当。这个配方在实现优良氧化铝溶胶的同时,可以直接利用其组分将镍盐原位还原成单质镍,无需添加其它还原剂,降低了薄膜制备成本。目前本课题组正致力于优化薄膜有效组分,通过薄膜光学设计软件求算薄膜光学常数并优化设计光学常数匹配的多层渐变膜,进一步增强光干涉现象,提高薄膜太阳能吸收率,以期获得实用的太阳光热转换吸收薄膜。

5 水溶剂溶胶-凝胶法制备太阳光热转换吸收薄膜

水溶剂成本低廉且环境友好,是溶胶-凝胶法制备太阳光热转换吸收(金属-陶瓷)薄膜的目标,但由于制备难度大,迄今未见相关报道。本课题组在成功制备乙醇基Ni-Al2O3复合金属陶瓷薄膜的基础上,正致力于开发水基制备技术,结合课题组的研究进展,下面讨论制备过程中的几个关键问题。

目前以水为溶剂制备的溶胶属于颗粒溶胶,主要依靠吸附在胶粒表面的电荷形成的扩散双电层产生静电排斥来实现溶胶颗粒的分散。太阳光热转换吸收薄膜通常由多种组分(金属和电介质)构成。采用溶胶-凝胶法制备太阳光热转换吸收薄膜,通常先制备单一组分(如氧化铝和金属盐)溶胶,再将这2种溶胶混合制备薄膜。不同溶胶组分混合后会产生相互作用,破坏溶胶的扩散双电层,降低溶胶的稳定性,甚至产生团聚。这会明显增大混合溶胶的粘度,甚至形成具有屈服效应的非牛顿流体,造成旋转或喷涂制膜的困难。因此,制备高稳定的简单牛顿体流型的混合溶胶是制备薄膜的首要关键技术。目前有2种解决办法,一是采用稳定剂,增加溶胶颗粒之间的空间位阻,这样可以避免多组分混合后相互影响而压缩溶胶的扩散双电层,提高溶胶的稳定性。二是改变溶胶制备原理,与醇溶剂体系一样,通过控制前驱物的水解速度和聚合速度,在水溶剂中制备聚合溶胶。聚合溶胶是一种大分子真溶液,不存在独立的胶溶过程,可以大幅降低各组分之间的相互作用,获得适合制备薄膜的混合溶胶。后一种方法可以从根本上保证制备溶胶的稳定性和在基底的良好铺展性,但需要解决配方技术难题。

与醇溶胶相比,水溶胶具有高表面张力,不利于溶胶在金属基底上铺展。在热处理过程中会产生较高的渗透压,增大薄膜的微气孔,甚至导致薄膜开裂。针对这种情况需要加入具有表面活性的成膜促进剂,以降低水溶胶的表面张力,减小溶胶与金属基底的接触角,使溶胶在金属基底快速铺展。成膜促进剂也可以有效改善薄膜质量,减小薄膜微气孔,避免薄膜开裂。除此之外,采用细致的阶梯升温干燥工艺,使铺展开的液膜在合适温度下合理干燥,可有效避免升温速度过快导致薄膜中高渗透压引起的薄膜开裂,获得更为致密的薄膜,以提高薄膜与基底的结合力和薄膜的性能。

为进一步提高薄膜太阳能吸收率,必须制备多层渐变薄膜,但目前针对水基溶胶-凝胶法的理论优化尚未进行。多层渐变膜通常需要满足以下要求:首先每一层膜都要高度均匀,因而在采用溶胶-凝胶法制备薄膜的过程中,必须严格控制镀膜参数,确保每一层薄膜的均匀性;其次各层薄膜之间的光学常数要能相互匹配,以确保薄膜获得良好的光干涉,从而提高太阳能吸收率。这种理论优化条件与实验具体情况之间的匹配尚需要探索和积累经验,或许还需要在某些环节上实现突破,才有可能获得实用的高吸收率薄膜。

6 结束语

在工业大规模发展、能源日益贫乏的今天,需要更好地利用太阳能。如何进一步降低太阳光热转换吸收薄膜的制备成本及提高其稳定性是关乎太阳能热利用前景的重大课题。溶胶-凝胶法作为制备基于光干涉原理的太阳光热转换吸收薄膜的优良技术,若能在以下几方面作进一步研究,必将能够大幅降低薄膜制备成本,实现绿色无污染大规模生产,从而大范围地推广应用太阳能热利用。

(1)进一步研究溶胶配方组分(特别是水基溶胶组分)之间的相互作用,克服溶胶颗粒之间相互作用而产生聚集等破坏溶胶稳定性的不利因素,从而获得适合制备太阳光热转换吸收薄膜的稳定溶胶。

(2)进一步研究溶胶-凝胶法镀膜工艺,提高薄膜均匀性,增大薄膜与基底的结合力,提高薄膜与基底的光干涉效应,从而提高薄膜太阳能吸收率。

(3)充分利用薄膜光学设计软件,制备合理的多层渐变薄膜,同时研究减反射膜的制备,获得合适的减反射膜,进一步提高薄膜的太阳能吸收率和延长薄膜使用寿命。

总之,制备太阳光热转换吸收薄膜的溶胶-凝胶制备技术,需要深入研究的方面还很多。随着越来越多的科研工作者投入到这个领域,该制备技术必定在不久的将来取得突破,成功地应用到太阳光热转换吸收薄膜的工业化生产中。

摘要：在简要叙述太阳光热转换吸收薄膜原理以及当前常用的电镀法和物理气相沉积法制备技术的基础上,着重阐述了作为湿化学技术的溶胶-凝胶法制备太阳光热转换吸收薄膜的进展,结合当前获得的以溶胶-凝胶法分别在甲醇和乙醇中制备Ni-Al2O3金属陶瓷薄膜的2个例子,讨论了溶胶-凝胶法需要注意的几个问题,提出了发展水基溶胶-凝胶法的方向。