太阳能薄膜电池

太阳能薄膜电池（共12篇）

太阳能薄膜电池 篇1

目前资源的消耗和对大自然的污染迫使我们必须要进行新能源的开发, 开发可再生、环保的资源, 这是全球可持续发展的重要战略要求。而摆在我们面前最大的一个能源就是太阳能, 将太阳能合理的加以利用是符合可持续发展要求的, 太阳能无污染, 环保, 取之不尽用之不竭。太阳能电池是利用太阳能资源的重要表现, 不管是国内还是国外, 太阳能电池都是非常普遍的, 薄膜太阳能电池在太阳能电池中是性价比比较高的一种太阳能电池。

一、关于薄膜太阳能电池现状的分析

太阳能资源现在是最富有的自然资源, 人们早就有了利用太阳能的想法, 最早利用太阳能是将太阳能转变成热能, 后来经过勘验人员的努力可以将太阳能转化为电能。发电主要靠火力发电或者风力水力发电, 火力发电比较浪费资源, 污染环境, 风力和水力发电非常受限制, 而太阳能发电是最环保、低成本的发电方式, 这就使得太阳能利用的区域更加广阔。

太阳能电池一般分为硅太阳能电池和非硅半导体太阳能电池, 前者按照硅的结晶状态又分为结晶系薄膜式太阳能电池和非结晶系薄膜式太阳能电池, 结晶又可以分为单结晶和多结晶。硅是地球上非常富有的一种元素, 但是提取硅元素是比较困难的, 为了解决这一难题, 我们逐渐开始研究非硅薄膜式太阳能电池, 多晶硅薄膜式太阳能电池或者其他元素的薄膜太阳能电池。薄膜太阳能电池具有成本低, 高效率, 寿命长, 高转换效率、长使用寿命、高稳定性、低成本、低能耗、低污染。国外对于薄膜太阳能电池的研究要比我国早, 技术也比我国先进, 所以我们必须重视薄膜太阳能电池的研究。目前我国薄膜太阳能电池的转换效率已经完成了一定的突破, 单晶硅薄膜太阳电池的转换效率可达到24. 7% , 多晶硅薄膜太阳能电池的转换效率可达到20. 3% , cd Te薄膜太阳能电池的可以达到16. 9% , CIS薄膜太阳能电池可达到19. 9% , 薄膜太阳能电池的转换效率还会随着研究的深入不断提高, 上升到新的高度。现在薄膜太阳能电池的应用程度还很低, 没有普及, 但是太阳能电池在不久的将来将实现普遍化。

二、关于薄膜太阳能电池发展的必要性分析

发电对于社会生活和科技来说都是非常重要的事情, 光伏发电在航天事业还有科技产品中都占据了不可替代的作用, 但是在整个社会资源分配中却占据很少的比例, 这是因为虽然硅是地球上非常富有的资源, 但是提取该元素的成本很高, 提取难度很高, 导致太阳能电池的成本价格很高, 要使太阳能电池得到广泛的应用就必须降低太阳能电池的成本, 所以研究其他方向的太阳能电池就是比较迫切的事情。薄膜太阳能电池在降低太阳能电池成本上具有很大的优势。太阳能电池实现薄膜化之后将大大减少半导体材料的用量, 半导体材料的价格不菲, 光这一点就可以大大降低生产成本; 再制作的过程中, 薄膜与太阳能设备同时生成, 这就省去了很多工序, 降低了人工和设备成本; 薄膜太阳能电池是在低温的环境下制作的, 这有利于制作过程中节约材料能耗, 同时还可以利用价格比较低的玻璃和不锈钢等作为设备的衬底, 又从辅料方面降低了成本, 不管是国外还是国内都在努力研究薄膜太阳能电池的开发, 这是社会发展的社会资源消耗必然要求。我们必须寻求新型材料来替代污染严重、资源消耗大的发电方式, 实现可持续发展的战略。

三、关于薄膜太阳能电池发展的分析

根据我国目前的社会情况, 我们对薄膜太阳能电池未来发展的方向、前景和需要注意的问题作出如下分析。

( 一) 引进薄膜太阳能电池技术, 加快研究

薄膜太阳能电池成本低是一个很好的优点, 现在要提高它的转换效率, 保证薄膜太阳能电池转换效率的稳定性。目前我国的薄膜太阳能电池技术还不够成熟, 发达国家此产业的研究发展比我国早, 技术相对成熟, 我们可以引进国外的技术, 加大投资, 设立项目, 引进人才, 取得薄膜太阳能电池更多的自主知识产权, 缩小与发达国家之间的差距。我国的社会现状与国外存在差异, 我们也不能照搬国外技术, 需要结合我国社会的现状加以研究和实验, 制定符合我国社会现状和发展路线的产品, 研究符合适用于我国的薄膜太阳能电池技术。

( 二) 实现薄膜太阳能电池产业化、生产规模化

实现了薄膜太阳能电池技术的完善和成本的降低之后, 下一步就是制作产品和投入使用, 目前还没有将薄膜太阳能电池实现产业化、规模化生产, 但随着研究的不断深入和社会的不断需求, 产业化和规模化是必然趋势。政府应该鼓励企业产业化、规模化的生产, 有的企业已经有了这方面的意识, 开始改造原来的生产线或者建造新的流水线生产线, 也有很多企业将融入这个行业中。在实现产业化的同时需要注意几点: 应该严格遵守产品研发技术的要点, 在产业化的同时保证薄膜太阳能电池的稳定性, 不能一味的追求低成本; 充分调查了解社会需求状况, 以免造成供过于求的状况导致企业亏损; 相关部门应该对规模化、产业化生产的企业严格把控, 技术是否成熟, 材料是否达标, 工艺能不能得到保证等, 这些细节问题都是需要谨慎考虑的。每一个阶段都要认真、严谨的走, 一步一个脚印, 不能求快, 更不能一蹴而就。

( 三) 在发展的过程中不断创新

在发展迅速的二十一世纪任何产品不创新就会被淘汰, 薄膜太阳能虽然是新型产品, 但是也不能忽略创新, 工艺、材料、技术和生产设备都要不断地创新, 跟上社会发展的步伐, 不断地克服障碍, 扫除屏障, 实现稳定的发展。另外, 应尽快实现技术的自主性, 加快创新及研究, 改变我国薄膜太阳能电池的生产设备需要国外进口的现状, 降低生产成品和实现太阳能电池的国产化。

人们需要的资源无限, 但是世界的资源有限, 我们必须不断寻求新型、环保和无限的资源来满足人类的需求, 薄膜太阳能电池是新型的、符合可持续发展的产品, 能极大的节约资源, 保护环境, 是我们必走之路, 我们必须加快薄膜太阳能电池的研究, 尽快投入使用并产业化。

参考文献

[1]李素文.薄膜太阳电池的研究[D].合肥工业大学, 2003.

太阳能薄膜电池 篇2

2014-2019年中国铜铟镓硒薄膜太阳能电池市场分析及投资前景预测报告

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、生产高效CIS太阳能电池的难点

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太阳能技术概述

五、CIGS薄膜三种制备技术的特点

第二章 薄膜太阳能电池的发展分析

第一节 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产业迅速发展

二、2007-2012年全球薄膜太阳能电池增长情况三、三种薄膜太阳能电池进入规模生产

四、薄膜太阳能电池企业纷纷布局

第二节 中国薄膜太阳能电池发展分析

一、薄膜太阳能电池异军突起

二、我国薄膜太阳能电池行业发展提速

三、我国薄膜太阳能电池的发展将使平价上网提早实现

第三节 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、我国薄膜太阳能电池产业链有待完善

三、中国薄膜太阳能电池产业有待政策支持

四、薄膜太阳能电池的发展方向及对策

五、提高薄膜太阳能电池效率的方法

第三章 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、全球CIGS薄膜太阳能电池研究概况

二、2011年全球CIGS太阳能电池发展势头良好

网 址：

中金企信（北京）国际信息咨询有限公司—国统调查报告网

三、全球铜铟镓硒太阳能电池领导厂商发展概况

第二节 美国CIGS薄膜太阳能电池发展分析

一、美国化合物太阳能电池专利权人分析

二、美国CIGS太阳能电池发展现状

三、美国CIGS化合物太阳能电池研发状况

四、美国CIGS化合物太阳能电池厂商商业化动向

五、2008年美国CIGS电池转换效率再创历史新高

六、2011年美国开发出CIGS太阳电池低成本制造新技术

第三节 日本CIGS薄膜太阳能电池研发状况

一、日本研制成功CIGS太阳电池新制法

二、日本采用CIGS太阳电池技术成功试制图像传感器

三、日本量产型CIGS型太阳电池模块光电转换率实现15.9%

四、日本柔性CIGS太阳能电池单元转换率达全球之首

五、日本采用新型金属底板试制出高效率CIGS薄膜电池

第四节 中国CIGS薄膜太阳能电池发展分析

一、中国CIS薄膜太阳能电池研发概况

二、我国CIGS薄膜太阳电池研制获重大突破

三、2011年广西兴安县CIGS薄膜电池项目开工

四、2011年CIGS太阳能电池生产研发基地落户广州

五、2011年全球首家利用CIGS太阳能技术投产公司落户苏州

六、2011年我国60MWCIGS薄膜太阳能集电管项目开工奠基

七、2012年CIGS薄膜太阳电池组项目落户河北迁西县

第五节 CIGS薄膜太阳能企业发展动态

一、IBM与TOK将共同开发新型CIGS太阳能电池

二、德国Solibro开始提供CIGS太阳能电池

三、IBM涂布法CIGS太阳能电池转换效率突破12.8%

四、美国XsunX公司CIGS薄膜太阳能生产装置已建成五、美国Solyndra圆筒状CIGS太阳能电池进入日本市场

六、亚化宣布进军CIGS薄膜太阳能领域

七、台湾正峰CIGS薄膜太阳能已完成试产

八、台湾铼德CIGS薄膜太阳能电池技术获重大突破

九、铼德成功试产出全台首片600×1200mm规格CIGS太阳能电池

十、台湾铼德向CIGS薄膜太阳能电池厂太阳海注资

十一、台湾八阳光电CIGS等薄膜电池的研发情况

第四章 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 网 址：

中金企信（北京）国际信息咨询有限公司—国统调查报告网

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重点

一、小面积单电池技术

二、基板的可挠性

三、大面积模板的实用化

第五章 国内外CIGS薄膜太阳能电池主要生产企业

第一节 美国GLOBAL SOLAR ENERGY INC.（GSE）

一、公司简介

二、2008年GSE美国CGIS太阳能电池生产厂投产

三、GSE公司CIGS薄膜电池效率实现情况

第二节 日本的HONDA SOLTEC CO.,LTD

一、公司简介

二、2007年6月本田Soltec开发出CIGS型太阳能电池

三、2007年底本田首次公布CIGS太阳能电池技术

第三节 日本SHOWA SHELL SOLARK.K.一、公司简介

二、昭和壳牌太阳能CIS型太阳能电池生产规划

三、昭和壳牌推出第2代CIGS薄膜太阳能电池面板

第四节 美国NANOSOLAR INC.一、公司简介

二、2007年Nanosolar量产世界首款使用印刷技术的CIGS太阳能电池

三、2008年Nanosolar开发出CIGS薄膜太阳能电池沉积新法

四、2011年Nanosolar公司CIGS薄膜太阳电池转换效率达16.4%

第五节 美国ASCENT SOLAR TECHNOLOGIES, INC.一、公司简介

二、2008年Ascent Solar Technologies经营状况

三、2011年Ascent Solar Technologies经营状况

四、美国空军选择Ascent公司继续开发CIGS叠层太阳电池

五、Ascent Solar CIGS薄膜组件已开始量产

六、2011年Ascent塑料底板CIGS太阳能电池效率达10.4%

第六节 孚日集团股份有限公司

一、公司简介

二、孚日股份进军太阳能光伏领域

三、孚日股份CIGSSe薄膜太阳能项目分析

第七节 张家港保税区华冠光电技术有限公司

一、公司简介

二、公司创新工艺

三、公司知识产权状况 网 址：

中金企信（北京）国际信息咨询有限公司—国统调查报告网

第六章 2014-2019年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、薄膜太阳能电池投资趋热

二、金融危机下薄膜太阳能电池成风投新宠

三、CIGS薄膜电池行业投资优势分析

四、CIGS薄膜电池的投资风险

第二节 CIGS薄膜太阳能电池市场前景分析

一、CIGS薄膜太阳能电池具有较大发展潜力

二、2015年薄膜太阳能电池市场格局展望

三、CIGS薄膜太阳能销售市场预测

图表目录

图表：各种太阳能电池材料的光吸收特性比较图 图表：多孔硅反射镜

图表：15层多孔布拉格反射镜与多孔单层之间的反射性能比较

图表：用电化学法将多层多孔硅叠层刻蚀到标准的200mm硅晶圆上（中心的方块）

图表：CIGS化合物太阳电池

图表：2006年10月-2007年7月美国化合物太阳电池专利权人专利件数分析 图表：2011-2012年美国主要CIGS太阳能电池厂商产能情况 图表：Nanosolar公司产品技术策略

图表：美国CIGS太阳电池厂商市场策略 图表：Global Solar公司CIGS太阳电池产品

图表：不同组成的CdTe器件和以Cu（In,Ga,Al）（SeS）2为基的器件的最佳效率数据

图表：CIGS和CdTe组件商品的最大效率和功率比较 图表：CdTe和CIGS器件的结构示意图 图表：薄片电池的效率数据

图表：一维CIGS吸收层带隙情况

图表：4种半导体材料的禁带宽度、电子亲和势、激活能、功函数 图表：组成CIGS薄膜太阳电池异质结前的能带图 图表：CIGS薄膜太阳电池异质结能带图

图表：CIGS薄膜太阳电池各异质对的能带边失调值 图表：各类型太阳电池模块的光电转换效率目标 图表：2006年Honda Soltec公司数据

图表：2009-2011年Ascent Solar Technologies综合损益表 略……

网 址：

薄膜电池热风险隐现 篇3

关键设备技术不足，原材料受制

事实上，早在上世纪70年代，非晶硅薄膜就被研制出来，但由于转换效率只有多晶硅的一半，一直未能得到普及。最近几年光伏产业的日渐受宠，引发了硅材料的供应危机。硅原材料价格的暴涨，使得薄膜电池再次浮出水面。2007年，全球薄膜太阳能电池产量达到400MW，较2006年的181MW大幅增长了120％，市场占有率由2006年的8.2％提升至12％。但是，兴业证券行业分析师王雪峰指出，薄膜电池毕竟处于发展初期，面临多个问题的制约，如工艺成熟性、专业技术人才缺乏、缺少成熟设备制造商，有的还存在工艺技术的专利权等问题。从各类薄膜电池内在因素来看，不同的薄膜电池还有各自的缺点，或转换效率偏低，或环境安全问题，有的存在原材料资源稀缺问题，这些问题也需要产业逐渐形成规模后一一解决。

薄膜电池的关键设备技术和原材料主要由国外企业控制。由于薄膜电池技术发展时间较短，并未形成通用技术和通用设备，目前提供大尺寸薄膜电池设备交钥匙工程的主要是美国的应用材料公司(AMAT)、瑞士的Oerlikon以及日本的ULVAC三家，前两家占领了大尺寸薄膜电池的主要市场，其他企业尽管也有进入这一市场，但占有率较低。国金证券新能源行业分析师张帅指出，设备折旧是薄膜电池的主要成本之一，根据目前市场报价，同容量薄膜电池生产线的价格是晶硅的6—10倍，且薄膜电池技术更新速度快，设备更新的周期相应也会比晶硅更短，对薄膜电池生产商提出了更高的要求。

张帅强调，目前薄膜电池主要原材料均为国际巨头垄断，价格高且供应无保障，已经成为行业发展的隐忧。薄膜电池的主要原材料包括玻璃(导电玻璃及其他玻璃)、EVA、靶材以及气体。薄膜电池对导电玻璃要求较高，目前国内厂商实力较弱，市场主要由日本NSG和美国AFG瓜分，随着国内薄膜产量的爆发，很有可能出现供应紧张的格局。靶材目前的国内供应仍被国际大厂把持，德国贺利氏是全球最大的供应商，在国内市场占有率超过60％；另外，国内目前没有企业生产硅烷，而主要国际大厂扩产有限加之LCD等需求量居高不下，硅烷供应仍偏紧张，价格维持高位并不排除继续上涨的可能，是国内诸多新进入薄膜行业的企业需要认真考虑的。

复制First Solar并不容易

近两年全球薄膜电池产业增长迅速，带动了不少增长迅速的企业，最典型的就是First Solar，该公司是总部位于美国亚利桑那州一家从事碲化镉薄膜电池生产制造的厂商，目前薄膜电池产品供不应求，订单已排至2010年后；其股价在一年半的时间内上涨近10倍，成为美国市场上享受最高估值水平的光伏股。在国内企业中，无锡尚德已经借助多晶硅电池市场成为全球光伏企业前三强，在薄膜电池领域，国内能不能出现类似甚至超越First Solar的企业呢?

张帅表示，First Solar毛利率高于50％，这对行业的未来的发展释放了非常正面的信息。但是，First Solar掌握了碲化镉薄膜的核心技术，设备多为自行设计，工艺也自行开发，因此其成本较之购买交钥匙工程的企业要低很多。从成本细分中也可以验证这一点，尽管First Solar设备折旧时间为5年，比AMAT的7年要短，但其单位折旧成本仍比AMAT的非晶硅生产线低20％以上，比AMAT的叠层生产线低40％以上。“First Solar为全球的薄膜生产商树立了一个良好的标杆，但它令人惊艳的指标却不是一般企业轻易能够企及的。”张帅说。

王雪峰强调，薄膜电池企业的成功需要可持续发展的潜力，拥有稳定的核心技术团队是决胜未来的关键。首先，与晶体硅电池有很大不同，薄膜电池生产制造广泛使用真空镀膜等技术，更似半导体行业，因此技术水平高低直接影响产品良率及良率学习曲线，间接影响到企业的盈利能力，这一点从各大LCD厂、IC制造商盈利能力的巨大差别可略见一斑；其次，薄膜电池行业是一个技术不断创新发展的产业，有的工艺路线还不成熟，因此从工艺技术需要持续改进的角度看，薄膜电池厂商要比晶体硅电池厂商更需要强有力的研发与技术团队；第三，薄膜电池生产设备具有较高技术壁垒，因此薄膜电池生产设备的供应存在厂商稀缺、产能有限、技术成熟性、工艺专利权等多个问题，薄膜电池行业的实际产能释放将受此瓶颈约束；第四，薄膜电池设备供应商为客户提供类似“傻瓜机”的交钥匙服务，但实力厂商自行设计工艺设备是发展趋势，拥有强大技术实力的厂商将以此为基础设计更为先进的工艺设备，在技术和成本方面都将超越依赖交钥匙的厂商。

技术前景仍存变数

一般认为，晶体硅电池成本下降存在极限，而薄膜电池的成本下降潜力要大得多，这主要得益于薄膜电池的技术进步日新月异。据《Photon》预测，多晶硅组件平均价格将从2007年底3.92美元/W下降到2012年2.08美元/W，薄膜电池的平均价格将从现在的2.65美元/W降至1.11美元/W，与晶体硅相比优势明显。而相关薄膜电池制造商的预测更加乐观，EPV估计到2011年，薄膜组件的成本将大大低于1美元/W；Oerlikon更估计，随着转化率提高和规模化，2011年GW级别的电站其组件成本将降低于0.7美元/W。

太阳能薄膜电池 篇4

这种新材料是日清纺织公司的一家专门生产光伏发电材料和设备的子公司研发的。研究人员利用一种特殊的橡胶, 开发出一种密封性很强的太阳能电池板保护膜。使用这种保护膜的太阳能电池板, 即使在高温和湿度很大的环境中也不易出现产品质量退化。

在温度达85℃、湿度达85%的实验环境中, 研究人员对这种带有新型保护膜的太阳能电池板进行了3 800小时的高电压破坏性测试, 结果显示它并未出现质量退化。

太阳能薄膜电池 篇5

概述

现代化的社会发展过程中，对人们对舒适的环境的追求越来越高，导致建筑采暖和空调的能耗日益增长，对节能环保的呼声也日益提高。与此同时，越来越多的企业也开始逐渐意识到对节能环保和可持续发展的战略投资，将会对企业发展带来的经济效益和社会效益，从而将目光投向更有发展前景的清洁能源领域。

太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏（Photovoltaic，缩写为PV），简称光伏。

移能能源是以可移动的分布式发电技术为基础，通过和储能、控制、信息通信等技术的有机结合，实现能源的可移动、全天候、高效率供应。移动能源是能源利用方式的一场革命，即用薄膜发电随时随地提供能源，这势必将成为我国一个新的经济增长极。薄膜电池由于理论效率高、材料消耗少、制备能耗低等被称为第二代太阳能电池技术。尤其是在柔性衬底上制备的薄膜电池，具有可卷曲折叠、不怕摔碰、重量轻、弱光性能好等优势，未来应用前景广阔。铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池易形成良好的背电极和高质量的PN结，且较容易制成柔性组件。目前，CIGS薄膜太阳能电池的实验室转换效率已达21.7%，组件全面积转换效率已接近16%，其产业化技术也在逐步完善。随着此技术大规模生产后良品率提升，国产化改进优化后生产成本降低，将越来越具有竞争力。此外，具有超高转换效率的砷化镓太阳能电池，凭借着其技术先进性，在特殊的应用场景具备很大的发展潜力，但是目前由于成本偏高，大规模的应用需要快速实现成本的降低。

一、薄膜太阳能电池现状

据博思数据发布《2016-2021年中国薄膜太阳能电池行业深度调研与市场调查报告》表明:2009年，中国薄膜太阳能电池产量增长较快，主要是2008年投产企业较多，众多薄膜太阳能电池企业生产步入正常轨道。2009年，中国薄膜太阳能电池产量达263MW；2010年，中国薄膜电池产量为380MW，同比增长44.5%；2011年，中国薄膜太阳能电池产量达565MW。2012年中国薄膜太阳能电池产量为400MW；2013年中国薄膜太阳能电池产量达到了260MW，2014年中国薄膜太阳能电池产量达到了300MW，2015年中国薄膜太阳能电池产量达到了458MW。

2007-2015年中国薄膜太阳能电池产量情况

资料来源：博思数据整理

中国的薄膜生产商在很大程度上要依靠外国的供应商，这有可能导致一些主要的原材料供不应求，例如一些目标材料、导电玻璃和硅烷气体。德国贺利氏（Heraeus）公司供应中国目标材料超过60%。在导电玻璃方面，日本的NSG集团和美国AFG工业公司占据中国相当大的市场份额。

薄膜电池的广泛应用也有市场障碍，当前多晶硅缺料的问题正在缓解，价格也大幅下降，这势必冲击各类薄膜电池在成本上的优势。此外，资料显示，薄膜太阳能电池的设备投资，几乎是晶体硅电池设备投资额的10倍，筹资难度增高。中国国内薄膜电池产业起步更晚，受生产设备和技术瓶颈的制约，产业发展一直缓慢。

薄膜太阳能电池生产设备复杂昂贵，尤其是关键设备，更是高达上千万美元，长期以来一直被欧洲、美国和日本的企业垄断。目前，生产设备制造成本占我国薄膜太阳能电池发电成本的七成左右，这导致电力上网价格比传统电价高出一大截，其产业化瓶颈十分明显。

二、发展前景

1、市场潜在蕴藏预估

根据国家统计局数据测算，到2020年，我国城乡房屋建筑面积约为890亿平方米，以东、南、西墙墙面积的15%、屋顶面积的10%计，直接市场规模超过10万亿元，间接市场规模达30万亿元，相当于我国汽车市场的3-5倍。即使按照10%的转化率和太阳能平均每年1300个发电小时计算，装机规模相当于368个葛洲坝或45个三峡，可替代全社会30%左右的年用电需求。而对于薄膜发电技术来说，凭借其独特的优势，在光伏建筑一体化（BIPV）领域是极具市场竞争力的。

随着移动互联网的普及，便携式电子设备成为人们生活中必不可少的部分，人们对移动能源的需求随之具增；在忙碌的工作之余，越来越多的人愿意感受自然享受生活，走出办公室与家人、朋友一起出游。当有了一件安全可靠的太阳能发电装备相伴时，我们便会多一份安心，轻松享受阳光。

将柔性薄膜太阳能发电技术与电子产品、日常用品、户外装备、户外家具、公共设施、应急救灾设备等向融合，真正实现办公、户外活动、野外作业等场景“源源”不绝的梦想，提供轻量、高效、零噪音、智能化、可循环使用的电力保障。

2、技术发展潜力

薄膜电池行业在最近几年才成规模，不论技术水平、行业成熟度、供应链等均处于逐渐成熟的过程中。从近几年薄膜电池的发展势头来看，铜铟镓硒是其中唯一增长的薄膜类电池。薄膜电池材料消耗少、制备能耗低、组件生产可在一个车间内完成，成本优势明显。如果薄膜电池组件效率与晶硅电池相差无几，其性价比将是无可比拟的。在柔性衬底上制备的薄膜电池，具有可卷曲折叠、不拍摔碰、重量轻、弱光性能好等优势，将来的应用前景将会更加广阔。加之光伏建筑一体化等分布式光伏的应用，预计5-10年后，薄膜电池将占据30%以上的市场份额。

首先从供应链看，薄膜电池产业链也处于新建过程中，薄膜电池中的CIGS铜铟镓硒电池较具发展潜力。薄膜涂层电池由于低成本特点，转换效率不断提升，未来市场份额势必会明显增长，薄膜电池行业增速将继续高于晶硅电池行业增速。虽然薄膜电池尚未形成产业化，在转化效率方面也低于晶硅电池（美国MiaSole15.5%、德国Manz14.6%），但CIGS薄膜电池转化效率以1-1.5%/年提升。因此，五年后薄膜电池转化效率有望超过晶硅电池，加之规模化的形成，届时综合成本将低于晶硅电池，将会成为市场的主流选择。

其次，设备成本是制约的关键。其设备接近专业设备，价格高昂，设备商的利润空间很高，因此生产和检测设备需重点关注。实现薄膜产业高端装备国产化，扩大薄膜电池的产量，以规模化带动成本降低。

我国企业汉能经过多年努力，在投入大量研发资金后，现在已经形成了拥有完全自主知识产权的高端装备制造能力。汉能Miasolé、Solibro两种技术路线，已经具备GW级产线交付能力；像MOCVD等自主核心装备，还可以应用在我国半导体工业的其他领域，实现替代进口。

第三、晶硅电池是第一代太阳能电池，薄膜电池是第二代、第三代太阳能电池。薄膜和晶硅的区别，打个比方，就是286、386电脑和苹果iPad的区别。薄膜的优势在于，无污染、低耗能、广应用、低成本。目前，薄膜的度电成本已经低于晶硅，而薄膜的转化率也已跟晶硅不相上下，甚至有所超越。此外，薄膜还在温度系数、弱光发电方面有明显优势。在可预计的10—20年内，很难有技术替代薄膜。

值得借鉴的是，目前欧美从事晶硅技术研发的企业越来越少，对薄膜技术研发的投入越来越大。德国、日本作为世界光伏产业的领导者，通过政府电力生产成本补贴和对先进技术研发进行持续的公共投资，扶持了光伏产业的持续领先和发展。

3、国家政策扶持

随着环境和能源问题的日益突出，国家在光伏发电的支持力度也不断加大。有国家、省级、市县级财政补贴政策。

2012年2月24日，工业和信息化部印发《太阳能光伏产业“十二五”发展规划》。《规划》将高纯多晶硅、硅碇/硅片、晶硅电池、薄膜电池、高效聚光太阳能电池、BIPV组件、光伏生产专用设备、配套辅料、并网及储能系统、公共服务平台建设十项列为发展重点。

2012年3月27日，科技部印发了《太阳能发电科技发展“十二五”专项规划》。《太阳能发电科技发展“十二五”专项规划》非常系统、全面，对太阳能发电科技进行了全产业链规划布局，材料、器件、系统及装备4个方向都有详细布局，促进太阳能发电的规模化应用。2017年以来央视已累计报道12次，力挺光伏发电。

4、龙头企业带动

作为全球薄膜太阳能发电领导者，汉能控股集团通过全球技术整合和自主创新，持续保持五项世界纪录。目前，该集团在国内以及欧美、中东、亚太、非洲等地区设有分支机构，业务横跨水电、风电、薄膜太阳能发电，其中的薄膜太阳能技术已达国际领先水平。

汉能项目汇总

目前国家大力扶持的分布式，2013年以后，汉能在国内先后建成了广东河源农夫山泉光伏项目、广州广汽本田分布式光伏项目、广东佛山一汽大众汽分布式光伏项目、广东江门南车分布式光伏发电项目、宜家分布式光伏项目等项目。此外，汉能在国外市场也斩获颇丰，英国大众汽车项目、意大利拉圭拉分布式电站项目等众多项目也收获了诸多好评。

2017年1月5日，山西省委书记骆惠宁、省长楼阳生分别在太原会见了汉能控股集团董事局主席李河君一行。李河君一行此行主要是就汉能集团与太原市、转型综改示范区进行战略合作进一步商谈。双方就移动能源产业园、薄膜发电装备研发制造、太阳能全动力汽车、总部小镇等合作达成了高度共识。2017年5月18日，汉能集团移动能源产业园项目落户四川绵阳涪城。四川省政府副省长朱鹤新，市委书记彭宇行，汉能控股集团董事局主席李河君，涪城区领导出席签约仪式。

2016年，知名物流厂商使用MiaSolé柔性薄膜电池铺设于物流卡车顶，为卡车停车时提供电力替代柴油，减轻营运成本。

2016年底，汉能美洲公司应厄瓜多尔Kara Solar公司成功建造太阳能全动力船；2017年4月，汉能与福耀玻璃与汽车光伏车顶的合作也浮出水面。

2017年4月20日，汉能还与欧洲薄膜太阳能电池研究联盟Solliance签署了合作备忘录，双方第一个目标产品为世界第一条能将阳光转变为电力的公路。

2017年5月22日凌晨4点25分，汉能为登顶珠穆朗玛峰的登山队提供了便携太阳能发电产品，登山队员在高原、极寒环境下摆脱对传统电源依赖。2017年5月2日,汉能控股集团旗下汉能移动能源控股有限公司与摩拜单车在北京汉能总部签署战略合作协议,双方宣布将在移动能源领域进行全方位深度合作,包括共同组建联合实验室,研究移动能源与能源互联网解决方案等。双方联合开发的产品、技术与解决方案,将优先使用于双方独立运营或合资运营的产品与市场。（移动能源+互联网，汉能移动能源为摩拜出海添翼！“抢滩”万亿量级市场）

三、市场潜力

在常规光伏市场应用上，汉能布局广泛。目前汉能的业务涵盖了分布式商业屋顶、户用屋顶、光伏农业、光伏扶贫以及光伏建筑一体化和地面电站等。移动能源，进入百姓生活，不拘于集中发电，将引起能源生产和消费革命。

汉能的产业布局还涵盖了太阳能汽车的陆路交通、太阳能船的水运交通、太阳能无人机的航空领域，以及民用便携式能源系列产品等移动能源市场。

汉能薄膜太阳能项目展示截图

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汉能亮相2017阿斯塔纳世博会，移动能源产品收获好评

时间：2017-07-14 09:45:20 来源： 7月7日，汉能控股集团受山西省邀请，携其自主研发的多款薄膜太阳能产品亮相2017年阿斯塔纳世博会山西活动周，参展当日即吸引5000余人参观。汉能参加世博会展览的展品包括太阳能无人机、薄膜太阳能建筑一体化系统、薄膜太阳能发电纸、薄膜太阳能发电背包等。展台引人注目的太阳能无人机，其机翼表面均铺设有汉能美国子公司Alta Devices的砷化镓薄膜太阳能电池芯片，这种芯片具有轻、薄、柔及高效率的特性，特别适用于太阳能无人机系统。目前，汉能砷化镓薄膜太阳能电池最高转换效率高达31.6%。

汉能薄膜太阳能发电纸

参展的薄膜太阳能发电纸，被媒体誉为“一张神奇低调的纸”，采用的是MiaSolé的铜铟镓硒(CIGS)芯片，官方数据显示，该款发

电纸研发转化率可达到19.5%，量产转化率为17.3%。参加阿斯塔纳世博会展览的是M8、M12和M15三款薄膜太阳能发电纸。其中M12薄膜太阳能发电纸采取了三折式设计，轻薄、柔软、防水、扛污，折叠收起时面积小于一张A4纸，厚度只有1毫米。包装盒内还额外配备了4枚挂扣，可将发电纸悬挂于帐篷、背包上，边走边发电。将汉能太阳能发电纸M12展开放在户外阳光直射处，当光照满足条件时，即刻点亮蓝色指示灯（指示灯显示为蓝色时开始发电），就能连上数据线为您的电子设备充电。

汉能便携式薄膜太阳能发电背包

展出的还有便携式薄膜太阳能发电背包。该款背包外形设计时尚大方，包体由锦纶配以牛皮制成。背包正面是一张使用MiaSolé芯片的太阳能发电纸，在其下方还有一张发电纸，可抽拉出使用，增大受光面积，提升发电效能。材料和发电纸环保、安全，可以随身通过机场、高铁安检。在今年5月的华耐家居攀登珠峰启动盛典上，汉能将其技术领先的便携式太阳能发电背包赞助给华耐登山队，凭借其全球领先的移动能源应用技术，解决登山队员在高海拔、极寒条件下的生活、通讯等用电需求，于5月22日成功登顶珠峰。

汉能薄膜太阳能户用系统

2017年阿斯塔纳世博会于6月10至9月10日在哈萨克斯坦首都阿斯塔纳举行，主题为“未来的能源”，这也是首次由中亚国家举办世博会，共有115个国家和20个国际组织参展，预计将有500多万人次参观。

“一带一路”沿线国家和地区已经成为不少光伏企业开疆拓土的新标的，一直致力于用薄膜太阳能改变世界的汉能也早已布局，包括意大利的拉奎拉光伏电站项目、希腊的太阳能光伏项目、英国大众汽车物流中心屋顶分布式发电项目、约旦600MW的光伏项目群和400MW的风电项目群以及土耳其昌克勒省300MW太阳能产业园区项目。2013年，习近平在哈萨克斯坦首次提出了建设“丝绸之路经济带”倡议，“一带一路”合作由此发端。作为该倡议的见证者和参与者，哈萨克斯坦在产能、能源、互联互通等领域与中国不断增进合作，成为丝绸之路经济带的重要枢纽。

6月7日至10日，国家主席习近平对哈萨克斯坦共和国进行国事访问并出席上海合作组织成员国元首理事会第十七次会议和阿斯塔纳专项世博会开幕式。访问期间，习近平同哈萨克斯坦总统纳扎尔巴耶夫就双边关系、发展战略对接、共建“一带一路”等问题深入交换意见，共同签署并发表《中哈联合声明》。

此次汉能亮相阿斯塔纳世博会，将为汉能开拓哈萨克斯坦以及中亚市场，布局“一带一路”沿线国家起到关键作用。移动能源互联网的支柱

“能源互联网”概念，最开始由杰里米·里夫金在《第三次工业革命》一书中提出。他是这样说的：“数以亿计的人们将在自己的家里、办公室里、工厂里生产出自己的绿色能源，并在能源互联网上与大家分享，就像现在我们在网上发布和分享消息一样。”

“如果以人打个比方，现在人们常说的‘互联网’常是的是信息的互联网，可以理解为人的‘神经’系统，而能源互联网则是为人提供能量的‘血液’，智慧交通让人再‘动’起来，这些构成了智慧城市的大社会”。汉能控股高级副总裁张彬对记者补充说。

能源互联网有五大支柱：能源将向可再生方向发展；建筑物成为微型电站；开发新型储能技术，解决间歇式能源生产和存储的问题；利用互联技术使分布式微电网相互连接成为能源互联网，以便将多余电力销售给电网；而移动的电动汽车融入电网后形成移动互联网。

里夫金的洞察力足够敏锐。人类历史上几次重大的经济革命，都是在新的通信技术和新的能源系统结合之后发生的。第一次是蒸汽机与纸媒，第二次是发电机与电报电话，现在是全球新能源开发与互联网，他把这叫做人类上的“第三次工业革命”。

只是，学者离产业实践还是有一段距离。比如，里夫金就预测，到了2030年，电动汽车和氢燃料电动车会普及，为城市主电网输电、送电提供分散式的基础设施。但如果他见到了汉能的全太阳能汽车，认知可能会被刷新，对未来的构想也会改变。

简而言之，电动汽车既是交通工具，也是用电设施和储能设施，最能体现能源互联网的关键特征，如果这辆汽车还能自发电，就相当于一座移动的小型电站。而“能源互联网”概念也就继续往前推进一步，变成了“移动能源互联网”。

从此可以看出汉能提供的，是一种颠覆性的清洁能源技术解决方案。与一般的硬质晶硅电池最大的不同是，太阳能薄膜电池具柔性可弯曲和半透明独特性，可以根据车体形态贴身随意变换，车体是什么形状，薄膜就可以做成什么形状。薄膜太阳能电池在高温和弱光条件下都可以发电，局部损坏而整体仍然正常工作，性能优越。加上薄膜太阳能电池重量轻，发电转换效率高，天然跟电动汽车能够有机结合。

电动汽车配备汉能的太阳能发电纸，到了一个地方，把太阳能发电纸打开，可以为手机、平板电脑、相机等充电，晚上宿营，还可以提供照明电力。这种全方位的能源服务，给用户带来上佳的使用体验。

太阳能:“薄膜”的正反两面 篇6

中国太阳能产业的现状有点儿像南非世界杯赛场边的那块广告牌:“中国·英利”的出现,给人带来的是对未来的希望。但一块广告牌的“闪现”,并不能一夜之间就把品牌全面推向强势。

实际上,“闯进世界杯”的英利集团正是中国太阳能产业的一员。

目前,太阳能电池分为:晶硅太阳能电池(包括单晶硅、多晶硅),非晶硅太阳能电池(即薄膜太阳能电池)和多元化合物太阳能电池。在上述三种太阳能电池中,前两种目前较为常见,而多元化合物太阳能电池由于尚未工业化生产,所以市场上很少见得到。

薄膜电池顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池,由于其用硅量极少,所以更容易降低成本。同时,它既是一种高效能源产品,又是一种新型建筑材料,更容易与建筑物完美结合。在国际市场硅原材料持续紧缺的背景下,薄膜太阳能电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。

“薄膜”兴起

在薄膜太阳能电池技术上,领先者是美国、日本等国的企业。不过一些中国太阳能企业在这一新兴领域也不甘落后。

“这主要是因为薄膜太阳能的低成本所致。”太阳能产业的一位分析师告诉《中国新闻周刊》,薄膜太阳能电池最大的优势在于,可以不使用价格不菲的硅,所需材料少于多晶硅太阳能电池,能耗也明显低于多晶硅太阳能电池。当然,薄膜太阳能的技术难度也较高,被认为是多晶硅太阳能电池之后的下一代太阳能技术。

目前,薄膜太阳能电池种类较多,现已进行大规模产业化生产的主要有3种:硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池(CIGS)和碲化镉薄膜太阳能电池(CdTe)。其中后者的技术为全球最大的薄膜太阳能电池生产商美国第一太阳能(First Solar)所垄断,其光电转化率在11%~12%以上。铜铟镓硒薄膜太阳能电池技术的使用尚不广泛,其转化率为10%左右。中国近年来新发展的多为硅基薄膜太阳能电池技术。

据中国电子材料行业协会专家李清岩介绍,虽然薄膜太阳能电池的产业规模目前与晶硅电池相比仍存在相当大的差距,但是它越来越被业界所接受,薄膜太阳能电池产业近年来发展迅速。

中国薄膜太阳能电池的大规模生产起步于2008年。由于当时晶体硅价格偏高,导致投资者将目光转向成本相对较低的薄膜太阳能电池领域。英利能源(北京)有限公司项目经理陈凌然解释说,由于薄膜电池仅在涂层使用晶体硅,故其原材料使用少,原材料耗费要比晶硅电池便宜很多。

“当时,晶硅电池的价格高达每瓦3美元以上,薄膜电池则仅有每瓦1美元多。而低廉的成本也掩盖了很多缺陷。”上述分析师这样告诉《中国新闻周刊》。

三氟化氮之患

薄膜太阳能电池产业要想在未来的竞争中击败多晶硅电池,首先要直面一个环境难题——薄膜电池生产过程中释放的三氟化氮,被认为是一种温室气体。

2008年,美国加州大学欧文分校地球系统科学系教授迈克尔·普拉瑟(Michael Prather)及其同事在《地球地理学研究学报》上发布研究论文称,三氟化氮的温室效应是二氧化碳的17000倍。在半导体、液晶面板和薄膜太阳能电池生产过程中,都可能释放三氟化氮。

普拉瑟告诉《中国新闻周刊》,三氟化氮显著的温室效应在大气中能够存在550年以上,对红外线的吸收能力也很强。

美国加州大学斯克里普斯海洋研究所主任雷·威斯(Ray Weiss)等人还发现,三氟化氮在大气中的浓度由1978年的0.02ppt上升到了2008年的0.454ppt。威斯称,虽然目前在人类活动所产生的温室气体中,二氧化碳占了60%,三氟化氮只占0.04%,但三氟化氮所占的比例可能会呈指数级增长。他告诉《中国新闻周刊》,“我们的监测结果表明,大气中三氟化氮的排放量要比预期的高4到5倍。”

目前,《京都议定书》只涉及6种气体:二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳和六氟化硫。普拉瑟和威斯建议将三氟化氮也列入需要减排的温室气体之列。

而另一方面,威斯也指出,目前三氟化氮的排放量所占比例甚低,它还不是最糟糕的温室气体。而且,大多数清洁能源技术的使用,无论是薄膜太阳能电池,还是风力发电机,其生产过程都会伴随温室气体的产生,但是只要它们的使用寿命足以弥补温室气体的排放,那么这些新技术还是有益的。

他举例说:“薄膜太阳能电池板的使用寿命多为数十年,而它们仅仅需要一两年的时间就可以弥补生产过程中释放的温室气体。”

“闯入者”还需证明自己

李清岩告诉《中国新闻周刊》,“目前,薄膜太阳能电池在中国太阳能电池产业中的比重仅占10%左右。而且,在未来10年到20年以内,它在产业中还不会占据主导地位。”

目前,商业化的三种薄膜太阳能电池技术中,硅基薄膜技术是最便于推广的;碲化镉技术中由于镉是重金属,所以存在潜在的环境污染风险;而铜铟镓硒技术则由于需要使用的铟、镓、硒三种元素均为稀有稀土元素,其产量有限,所以就大规模商业化角度而言,存在着一定的障碍。硅基薄膜技术所需的硅材料十分普遍,一般公司都可以拿到技术和生产线,具有大规模商业化的可能。

据陈凌然介绍,虽然薄膜太阳能电池看上去很便宜,但事实上也并非如此。首先,相对于光电转化率高达16%〜17%的晶硅太阳能电池而言,薄膜电池的转化率较低,目前国内生产的电池能达到8%,就已经很不错了;第二,由于对薄膜太阳能技术存在一定的质疑,所以薄膜太阳能电池的市场需求还较小,对于以出口为主的太阳能电池业来说,即使是中国较大的薄膜太阳能电池生产商,在欧洲也没有什么知名度。再者,生产线较贵,加之国内生产企业规模较小,每年生产线折旧成本高。“这些因素平摊算下来,薄膜太阳能电池的生产成本也并不便宜。”陈凌然说。

据了解,中国国内现有30家左右的薄膜太阳能生产企业,其中多数使用欧洲生产线进行生产。同时,中国太阳能电池的主要市场在国外。国外的购买商在向银行申请贷款时,银行最关心的是太阳能电池厂商的信誉,所以很多购买者在选择生产商时多以企业信誉为主要考察因素。

“购买者申请银行贷款有困难,因为产自中国的薄膜太阳能电池还没有经过一个10年、20年的验证过程,所以银行不放心。”上述太阳能行业分析师告诉记者。

薄膜太阳能电池研究进展 篇7

1硅基类薄膜太阳能电池

硅基类薄膜太阳能电池根据材料具体可以分为非晶硅、多晶硅以及微晶硅薄膜太阳能电池。其中, 非晶硅薄膜太阳能电池因以玻璃、不锈钢等为衬底而研制出来的, 所以被认为是现阶段环保性能最好的电池。它的研究开始于1976年, 随后在全世界范围内引起了重要影响。

非晶硅薄膜太阳能电池具有质量轻, 光吸收好, 耐高温等特点, 其中, Villar.F等通过HWCVD方法制备了效率为4.6%的非晶硅薄膜电池;日本三菱重工也研制出面积达到1.4米*1.1米、效率为8%的高效太阳能电池;现阶段, 非晶硅薄膜太阳能光电效率最高可达9.5%。国内对其进行研究则开始于上世纪八十年代, 研制出面积分别为0.01米*0.01米与0.3米*0.3米的单结非晶硅薄膜太阳能电池。但非晶硅材料也存在一些不足, 如转换效率低、光照稳定性差等, 经研究发现可通过采用多带隙多结叠层、减少i层厚度以及减少光反射率等方法, 来提高了光照稳定性及转换效率。

多晶硅薄膜太阳能电池不仅具有晶体硅太阳能电池的高效率及稳定性, 而且具有材料用量少, 生产成本低的优势。日本Kaneka公司利用PECVD工艺在玻璃基板上制备了厚约2μm的p-i-n型多晶硅太阳能电池, 效率为12%;日本京工陶瓷公司在后来研制出面积为0.15米*0.15米的电池, 效率达到17%。国内对其研究开始于1996年, 效率目前达到了13.6%。

微晶硅薄膜太阳能电池具有制备工艺与非晶硅薄膜电池兼容、光谱响应宽及基本没有光致衰退的特点。1994年Meier等通过VHF-PECVD工艺研制出厚约1.7μm、面积约0.25cm2的微晶硅电池, 效率达到4.6%。国内南开大学通过VHF-PECVD技术, 研制出沉积速率为1.2nm/s的电池, 效率可达6.3%。但目前微晶硅薄膜太阳能电池的沉积速率较低, 因此需要作进一步研究。

2化合物类薄膜太阳能电池

化合物半导体材料大多为直接带隙, 而且禁带宽度大, 因此采用化合物制备的薄膜太阳能电池具有光吸收系数大、抗辐射性能良好以及温度系数小等特点。化合物类薄膜太阳能电池主要包括砷化镓、碲化镉以及铜铟硒三种薄膜太阳能电池。其中以铜铟硒薄膜太阳能电池最具代表性, 对其研究开始于上世纪70年代, 波音公司通过真空蒸发研制出铜铟硒薄膜太阳能电池, 效率达到9%。研究发现, 往铜铟硒薄膜太阳能电池里掺入镓、硫等材料, 能调节禁带宽度, 从而提高转换效率。美国NREL基于三步共蒸发法, 获得了19.9%的效率, 并一直保持世界纪录;直到2010年, 德国ZSW基于蒸发法, 将效率提高到20.3%。国内南开大学通过蒸发硒化法也获得了14%的效率。但是, 所用的铟和硒均是稀有元素, 难以满足大规模生产, 因此寻找廉价的替代元素成为了研究热点。

3染料敏化薄膜太阳能电池

染料敏化薄膜太阳能电池是模仿光合作用所研制出的光电化学电池, 具有成本低、工艺简单、质量轻及效率高等特点。1991年, M.Grätzel的研究小组研制出了效率为7.1%的染料敏化电池;在2005年, M.Grätzel等人又将效率提高到12.3%。国内在染料敏化薄膜太阳能电池上的研究也已接近世界先进水平, 小面积电池效率为11%, 同时, 长春应化所开发出的C101染料可获得9%的效率。但是在转换效率、耐久性及稳定性方面还有很大的发展空间, 因此, 寻找低成本、性能好的染料仍然为当前研究重点。

4结语

综上所述, 以上三种薄膜太阳能电池都有各自的特点, 相信随着研究的广泛开展, 在不久的将来, 这些薄膜太阳能电池都会有新的技术突破, 获得更高的转换效率, 并被广泛应用到人们日常生活中, 减少环境污染的同时也减少不可再生能源的消耗。

参考文献

[2]Hiromu Takatsuka, et al.World's largest amorphous silicon photovoltaic module.Thin solid films, 2006, 506:13.

[3]Meier J, et al.Complete microcrystalline p-i-n solar cell--Crystalline or amorphous cell behavior.Applied Physics Letters, 1994, 65 (7) :860.

[4]Miguel A, et al.SHCRT COMMUNI CATION:ACCELERATED PUBLICATION:Diode characteristics in state-of-the-art ZnO/CdS/Cu (In1-xGax) Se2solar cells.Progress in Photovoltaics:Research and Applications, 2005, 13 (3) :209.

[5]Nazeeruddin MK, Kay A, Gratzel M, et al.Efficient near IRsensitization of nanocrystalline TiO2 films by rutheniumpht halocyanines[J].J.Am Chem.Soc, 1993, 115 (14) :6382

硅基薄膜太阳电池应用现状分析 篇8

近年, 人们已经将视线放到如何更好的在生活生产中利用太阳能电池来提供清洁能源。而这其中光伏建筑一体化是一个重要的组成部分。建筑物太阳能电池玻璃幕墙和太阳能生态屋顶就是光伏技术应用于生活的实例。利用太阳能发电可以部分甚至完全解决家庭和单位办公用电。另外太阳电池玻璃幕墙不仅可以发电, 作为建筑的外墙装饰也是不错的选择。但是光伏建筑一体化必须遵循一个原则就是太阳能光伏发电系统的安装不能破坏已有建筑造型, 不能破坏装饰性屋面的艺术风格, 不能造成结构的重新返工, 具有透光性和柔性的薄膜太阳能电池成为玻璃幕墙的不二选择。大规模商业化生产柔性光伏组件是1998年尤尼索拉公司开始的, 柔性非晶硅薄膜太阳电池组件与建筑完美结合并投入市场, 光伏建筑一体化的发展开始了一个新的时代。

最后, 由于薄膜太阳电池具有柔性可以随形安装、轻薄从而减轻总质量、以及抗辐照等特性, 硅基薄膜太阳电池在空间用太阳电池中的应用也是的另一个发展方向。

对于硅基薄膜太阳电池技术发展的关键在于如何提高光电转换效率, 而由于其厚度优势可以考虑叠层从而利用不同材料实现光谱的扩宽, 因为非晶硅的带隙为1.7e V左右而微晶硅的则为1.1e V附近, 能够将光谱的长波限从0.9μm拓展的1.1μm, 同时也降低了不稳定的非晶顶层的厚度有效抑制光致衰减。因而, 非晶硅/微晶硅的非微叠层电池成为了人们研究的重点。Shah通过计算给出了这种叠层电池的理论效率可达到30%以上。

1994年, 瑞士微技术研究所 (IMT) 首次提出微晶硅为底、非晶硅为顶叠层太阳能电池概念[1]。之后, 瑞士微技术研究所 (IMT) 又采用甚高频等离子体增强化学气相沉积 (VHF-PECVD) 技术制备了效率达10.7%的非/微叠层电池[2]。德国余利希光伏研究所 (Julich) 采用射频等离子体增强化学气相沉积 (RF-PECVD) 技术沉积得到 (8cm×8cm) 效率达11.7%的非/微叠层电池组件[3]。美国联合太阳能公司 (Uni-solar) 制备了效率达14.1%的非晶硅/微晶硅/微晶硅三结叠层电池和效率为目前世界最高记录15.4% (小面积) 的非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结叠层电池[4]。日本Kaneka公司采用VHF-PECVD技术制备的效率10.7%的单结微晶硅电池, 带有中间层的效率高达14.7%的非晶硅/微晶硅小面积三结叠层电池 (面积为1 cm) (a-Si/c-Si/c-Si) 的最高转换效率为15%大面积 (910×455mm) 组件效率达13.4%[5]。国内南开大学从“六五”开始, 连续四个五年计划得到国家科技攻关项目和国家973项目的支持, 非晶硅/微晶硅叠层电池的研究取得了不俗的成果;薛俊明[6]等人采用射频等离子体增强化学气相沉积 (RF-PECVD) 技术制得的a-Si c-Si叠层池效率达到9.83%;韩晓艳等人采用甚高频等离子体增强化学气相沉积 (VHF-PECVD) 技术制备的非晶/微晶叠层电池效率高达11.17%, 接近国际先进水平。

硅基薄膜太阳电池有着广阔的开发利用前景, 但同时也存在着转换效率和稳定性等问题, 将在未来随着科研人员的努力不断地提高和改进, 给人类生产生活带来更多的方便。

摘要：硅基薄膜太阳电池由于材料成本、转换效率等特点受到人们的关注, 就非晶硅薄膜、多晶硅薄膜、微晶硅薄膜和非微叠层太阳电池的应用和发展趋势做了简要的分析。

关键词：太阳电池,光伏建筑一体化,薄膜

参考文献

[1]Meier J, Dubail S, Frlckiger R, et a1.Intrinsic microcrystalline silicon (μc-Si:H) -apromising new thin film solar cell material[M]//Proc.of1st wor1d Conference on Photovoltaic Solar Energy Conversion, Hawaii, USA, 1994:409.

[2]Meier J, Spitznagel J, Kroll U, et a1.Potential of amorphous and microcrystalline silicon solar cells[J].Thin Solid Films, 2004, 451/452:518-524.

[3]Rech B, Repmann T, van den Donker M N.Challenges in microcrystalline silicon based solar cell technology[J].Thin Solid Films, 2006, 511/512:548-555.

[4]Yan B, Yue G, Owens J M, et a1.Photovoltaic Energy Conversion[M]//Conference Record of the2006, IEEE4th W orld Conference, 2006:1477-1480.

[5]Yamamoto Y, Nakajima A, Yoshimi M, et a1.A high efficiency thin film silicon solar cell and module[J].Solar Energy, 2004, 77:939-949.

非晶硅薄膜太阳能电池研究进展 篇9

关键词：非晶硅,叠层电池,光致衰减

1 非晶硅薄膜太阳能电池

薄膜太阳能电池以其低廉的成本优势受到世界各国研究者的关注。目前国际上研究较多的薄膜太阳能电池主要有3种:硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池(CIGS)、碲化镉薄膜太阳能电池(Cd Te)[1]。

在三种薄膜太阳能电池中,硅基薄膜太阳能电池以其特有的优势快速发展。硅基薄膜太阳能电池又分为:非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池、微晶硅(uc-Si)薄膜太阳能电池、纳米硅(ncSi)薄膜太阳能电池,以及它们相互合成的叠层电池。同晶体硅太阳能电池相比非晶硅太阳能电池具有良好的弱光效应。非晶硅材料的吸光系数在整个可见光范围内,几乎都比晶体硅大一个数量级,其本征吸收系数高达105cm-1,使得非晶硅太阳能电池对低光强有较好的响应,实验证明非晶硅薄膜电池比同样标称的晶体硅电池的发电量多10%~30%[2]。

虽然非晶硅太阳能电池具有其他太阳能电池不可比拟的优势,且其产量逐年增加,但增加速度远小于晶体硅电池,市场占有率也逐年减少,根据最新出版的NPD Solarbuzz光伏设备季度报告“2011年全球前十大晶硅和薄膜电池厂商排名”,前十名中仅一家薄膜生产厂家first solar[3]。这主要是由于非晶硅太阳能电池在使用的过程中存在致命性弱点:转化效率较低、稳定性差,功率衰减严重、寿命短严重影响了消费者的信心制约了其市场的开拓。

2 提高非晶硅薄膜太阳能电池转化效率的方法

非晶硅的禁带宽度为1.7 eV左右,因此导致光电子能量低于1.7 eV的光子直接透过非晶硅层,不能被本征层所吸收对光生电流基本上无贡献。由于非晶硅材料这种结构上的限制,导致非晶硅薄膜太阳能电池的短路电流较小。另外,受到光致衰减的限制,a Si-H本征层不可能太厚,因此导致能量接近于带隙宽度的那部分光子,在有限的本征层之内并不能被充分地吸收。解决这一问题可以从以下几个方面考虑:

2.1 窗口层材料

为提高非晶薄膜太阳能电池的转化效率,通常要求尽可能的减少p层及n层对光的吸收;除了要求p层尽可能薄外,还要求窗口层材料具有较宽的光学带隙,宽带隙窗口层材料的使用,会使得更多的太阳光透过p层进入本征i层,增加光谱响应范围,使得太阳能电池短路电流以及开路电压得到一定提高[4]。目前探索的宽带隙材料主要有非晶硅碳、非晶硅氧、微晶硅、微晶硅碳等。其中非晶硅碳窗口层材料是目前最容易为人们所接受,且工艺相对简单的一项技术。早在1981年,Tawada等就使用a-Si C:H作为a-Si电池的窗口层,使电池的转化效率达到了7.1%[5,6,8]。2008年朱嘉琦等人通过掺硼获得了光学禁带宽度为2.0 e V的非晶金刚石薄膜,使非晶硅太阳能电池的转化效率提高了10%[7、9]。

窗口层材料除了带隙要求较宽外还要求有较低的激活能和低的电阻率。低的激活能有利于增大电池的内建电势和开路电压;低的电阻率可以减小电池的串联电阻,从而改善其填充因子。为了减少由于窗口层对光的吸收造成光在窗口层损失,窗口层要求尽可能的薄;但窗口层太薄会降低内建电场,这对提高开路电压不利[9]。窗口层较高的掺杂浓度会增加电池的内电势并减小串联电阻,但不利于光生载流子的传输与收集;并且高掺杂易导致电池死层出现,因此要求对窗口层的掺杂要适当。

2.2 中间陷光层

在非晶硅/微晶硅(a-Si/μc-Si)叠层太阳电池中,为了获得良好的稳定性,通常将顶电池非晶硅层设计的很薄,因此顶电池对光的吸收率低,顶电池的短路电流密度(Jsctop)小于底电池的短路电流密度(Jscbot)。根据电流连续性原理,叠层电池的短路电流密度(Jsctandem)常受顶电池电流密度的限制。因而,提高a-Si顶电池的短路电流密度,实现顶、底电流匹配成为提高叠层电池效率的关键问题之一。为了解决此问题,IMT小组最先于1996年提出了在非晶硅/微晶硅叠层电池的顶电池和底电池间引入中间层(inter-layer)的新结构[10]。引入折射率与非晶硅、微晶硅不同的中间层,可以提高顶底电池界面的反射率,将一部分光反射回顶层,提高顶电池的光吸收,进而提高顶电池的电流密度[11]。因此可以在不增加顶电池厚度的情况下提高顶电池的光吸收,使顶、底电池短路电流密度相匹配,提高叠层电池的转化效率。相对非晶硅/微晶硅(a-Si/μc-Si)叠层而言可以设计只提高400~750 nm太阳光的界面反射率,这样既可以保证底电池能够吸收到足够的太阳光,又可以提高顶电池的光吸收,实现顶、底电池的电流匹配[13]。

中间层材料必须具有以下特征:

(1)透明、导电、光吸收系数小;

(2)折射率和厚度要满足一定要求(能对短波长光具有较好反射,对长波长光具有较好的透射);

(3)沉积温度要与电池制备工艺相匹配;

(4)材料来源丰富、成本低、制备工艺成熟。

2.3 叠层结构太阳能电池

大面积产业化的非晶硅组件的效率只有5%~7%,严重影响了产业化的发展。叠层太阳能电池是提高非晶硅薄膜太阳能电池转化效率的有效途径之一。由于太阳光光谱中的能量分布较宽,现有的任何一种半导体材料都只能吸收其中能量比其能隙值高的光子,太阳光中能量较小的光子将透过电池造成能量浪费。因此单节太阳能电池的转化效率一般较低。叠层太阳能电池使能隙较窄的材料电池吸收波长较长的光,同时使最外边的能隙较宽的材料电池吸收波长最短的光,从而对太阳光源有了更合理的利用,有效地提高了太阳能电池的转化效率。

由于微晶硅的能带是1.1 e V,而非晶硅的能带是1.7 e V左右,两者结合比较靠近理想的叠层电池结构。1994年,IMT Neuchatel小组首次提出uc-Si:H/a-Si:H叠层太阳能电池。在1997年报道了稳定效率超过10.0%的该系列电池[12]。2001年该研发小组报道了uc-Si:H/a-Si:H叠层太阳能实验室稳定转化效率在10%~12%。2004年日本Kaneka公司成功制备出一个面积0.5 m2,稳定效率超过9.0%的模块[14]。Shah通过计算给出了这种叠层电池的理论效率可达到30%以上[15]。这种新型硅基薄膜太阳电池大大促进了对这种材料和电池的研究。目前大面积a-Si/uc-Si叠层电池作为新一代薄膜电池已经开始大规模产业化。

3 光致衰减

随着非晶硅薄膜太阳能电池转化效率的提高,为了提高其市场占有率,使得研究如何降低非晶硅薄膜太阳能电池衰减的问题更为紧迫。

3.1 光致衰减的特征

非晶硅薄膜的光致衰减效应是Stacbler和Wronski在1977年发现的,他们发现光照会减少非晶硅薄膜的暗电导率和光电导率。后来Stacbler以及Tsuda等又相继报道了光照引起非晶硅太阳能电池性能变化,于是这一现象开始受到人们重视。

非晶硅薄膜太阳能电池的光致衰减现象有如下特征:

(1)最初效率衰减很快,以后逐渐缓慢,趋于饱和;

(2)光致衰减是可逆的,150~200℃退火可恢复原有的性能[16];

(3)光致衰减的变化主要是本征层i层性质改变的结果;

(4)温度升高,光致衰减减小;

(5)非晶硅薄膜太阳能电池光致衰减的特性还于太阳电池本身所处的状态有关,太阳能电池在开路时,其光致衰减最为严重;而在短路时,其光致衰减最小;有一定的负荷、处于工作状态时光致衰减的大小则介于开路与短路这两种状态之间。

(6)短路电流和填充因素变化较大,开路电压几乎不变

(7)p-i-n型(即光首先入射到p型层)太阳能电池的结构,其光致衰减比n-i-p型(即光首先入射到n型层)太阳能电池结构的要小[17]。

(8)光致衰减与本征层i层的厚度有关,i层薄的电池性能相对稳定;

(9)在本征层中加入微量硼(约1 ppm)可改善电池的稳定性;

(10)叠层结构比单结电池稳定。

3.2 光致衰减的机理及物理模型

较长时间的强光照射或电流通过使a-Si:H薄膜使用性能下降、内部缺陷增加的现象,称为光致衰减效应[16]。光致衰减效应是制约a-Si:H薄膜应用的主要原因。对光致衰减效应的起因,至今仍有不少争议,造成衰减的微观机制也尚无定论,光致衰减效应是国内外非晶硅材料研究的热门课题。多年来,国内外科学工作者围绕光致衰减效应做了大量的研究工作,提出了大量的物理模型,但至今仍没有形成统一的观点[17]。

虽然对导致光致衰减的原因尚无定论,但总的看法认为,光致衰减效应是由于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级),这种缺陷态会影响a-Si:H薄膜材料的费米能级EF的位置,从而使电子的分布情况发生变化,进而一方面引起光学性能的变化,另一方面对电子的复合过程产生影响。这些缺陷态成为电子和空穴的额外复合中心,使得电子的俘获截面增大、寿命下降。

4 展望

太阳能薄膜电池 篇10

聚噻吩及其衍生物具有电导率高、成膜性好、禁带宽度小等优点,故被用来与各种无机纳米粒子复合,是近年来在有机太阳能电池中广泛研究的材料。

1 异质结薄膜太阳能电池的工作原理

异质结薄膜太阳能电池的工作材料是由电子给体材料和电子受体材料所组成的复合体系,其本质类似于半导体p-n结的光伏效应[5]。当光子入射到材料表面时,给体和受体分子被激发至各自的激发态,并产生电子和空穴对;在静电势能作用下,给体中的电子快速迁移至受体,受体中的空穴也快速迁移至给体,然后被外电极收集,外电路中就形成电流。

载流子向电极扩散过程中,激子在有机材料中的扩散长度仅有5～10nm[6,7],使得载流子在扩散到电极表面之前大部分就发生了复合,限制了光电效率的提高。因此决定太阳能电池光伏特性的关键是电子给体与受体分子之间的界面性质和光生载流子的迁移率。一方面,科学家们将聚合物光伏材料与无机纳米材料进行复合,其中聚合物作为电子给体空穴受体,无机纳米粒子作为空穴给体电子受体,这样的体系使得给体与受体的接触面积最大化,形成异质结界面,载流子在界面发生有效的电荷分离,因而提高光伏性能。另一方面,选择具有较高空穴迁移率的给体材料和具有较高电子迁移率的受体材料,从而提高载流子迁移速度,有效的减小载流子复合几率。

目前用来与聚噻吩衍生物复合制备太阳能电池的无机纳米材料主要有TiO2、ZnO、CdSe和CdS 4种。

2 聚噻吩/无机纳米材料太阳能电池

2.1 聚噻吩/纳米TiO2复合太阳能电池材料

TiO2是一种常用的电子受体材料。McLeskey等[8]将一种环境友好型水溶性聚噻吩滴加到TiO2纳米晶体薄膜表面,得到光电转化效率为0.13%的电池器件。Huisman[9]报道了聚3-辛基噻吩/TiO2光伏器件,能量转化效率为0.06%。Watanabe等[10]发现多孔TiO2/P3HT光伏电池在空气中的光电转换效率为0.061%。

香港大学的Kwong等[11]制得了TiO2/ P3HT异质结太阳能电池,并研究了TiO2的浓度对器件性能的影响。当TiO2的浓度为20%～30%时,器件性能低于纯P3HT的器件,当浓度达到60%时,器件性能得到明显改善,能量转换效率提高了35倍,在AM 1 G光照下达到0.42%。

器件中电子给体和电子受体的结合通常有2种方式 [12,13,14]。体异质结中,电子传输较快,并且由于2种材料接触紧密,使得光生激子容易分离。但由于内部无序的互穿网络形态以及电子给体和受体材料的相分离,使得载流子收集效率较低。有序异质结中使用有序的介孔或纳米孔结构无机材料,但其仍然受到空穴在聚合物中传输率低的限制,导致电子和空穴在无机半导体中易于发生复合。

为了同时获得体异质结和有序异质结2种结构的优点,宾夕法尼亚大学的Gopal用[15]P3HT和PCBM混合物渗透入TiO2纳米管中,制得了结构为FTO/P3HT∶PCBM∶TiO2/PEDOT∶PSS/Au的双异质结太阳能电池器件,为载流子分离提供P3HT-PCBM和P3HT- TiO22种界面。研究表明,器件在AM1.5G光照下的光电转换效率为4.1%。

Yang等[16]将P3HT接枝到TiO2纳米管表面,结构如图1所示。研究表明,接枝后P3HT含量为40wt%,且荧光光谱表明P3HT与TiO2之间存在相互作用。与简单地将P3HT与TiO2纳米管共混相比,通过P3HT接枝修饰后的TiO2纳米管复合物改善了电荷传输性能,具有更高的光诱导传输效率,提高能量转化效率。

2.2 聚噻吩/纳米ZnO复合太阳能电池材料

同TiO2一样,ZnO是一种宽禁带半导体材料,但其纳米粒子的制备要简单得多,并且ZnO的电子迁移率比TiO2高,能够减小电子在薄膜中的传输时间[17]。Janssen等[3]使用nc-ZnO纳米粒子和P3HT制备聚合物-金属氧化物异质结薄膜太阳能电池,并对nc-ZnO∶P3HT旋涂膜进行热退火处理,以改善载流子运输性能,使太阳能器件的性能提高至0.92%。

Wang等[18]合成1种可溶性二萘嵌苯类染料PDI,其光吸收系数比P3HT高10倍左右。并引入P3HT/ ZnO复合物中制得了结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT∶ ZnO:PDI/Al的异质结薄膜太阳能电池,研究表明,PDI的加入有效地改善了载流子分离,光电流的强度也大大提高。

另外,通过改善金属氧化物与高聚物之间的界面性能以改善载流子运输也是提高器件光电转换效率的重要方法之一。Lloyd等[19]向ZnO溶液-凝胶层中引入15%～20%的锂,制备的ZnO/P3HT异质结太阳能电池转换效率为0.44%。同时研究表明,Li的引入增大了受体-供体之间的禁带宽度和界面的粗糙度,使得开路电压和短路电流密度也得到很大的提高。

改善受体-供体界面性能的另一条途径是对ZnO纳米棒表面进行分子修饰[20]。Chen等采用脉冲电流电解法制备出垂直于基底的ZnO纳米棒,可以为载流子运输提供直接的通道,然后用1种有机光敏剂红汞对纳米棒表面进行分子修饰,制备出ZnO/P3HT异质结太阳能电池,如图2所示。通过对ZnO/P3HT界面载流子的动力学研究,发现界面分子有助于载流子分离并抑制载流子在界面处发生复合,提高电池器件的开路电压和短路电流密度,并使器件的光电转换效率由0.04%提高到0.16%。

无机纳米粒子浓度对器件光伏性能及载流子产生与传输具有一定的影响。Sharma[21]报道了1种新型聚噻吩衍生物PPAT与ZnO纳米粒子复合材料的电池器件,其结构为ITO/PEDOT∶PSS/PPAT∶ZnO/Al。研究表明,随着ZnO纳米粒子浓度的不断变大,电子迁移率和空穴迁移率都会增大,当浓度为55wt%时,器件的最大光电转换效率达到1.9%。另外对器件的热退火处理表明,ZnO中的电子迁移率和PPAT相的空穴迁移率比未退火处理时增大,对光的吸收也增强,有利于增强器件的光伏性能。

2.3 聚噻吩/纳米CdSe复合太阳能电池材料

无机半导体纳米粒子CdSe也是一种非常很好的电子受体材料。刘艳山等[22]采用有机金属液相法制备了平均粒径为5nm的CdSe球状颗粒(ns-CdSe),紫外-可见吸收光谱和荧光光谱研究表明,在近红外区具有良好的吸收和荧光性能。在涂有PEDOT:PSS的透明ITO上旋涂ns-CdSe∶P3HT共混物溶液制作的太阳能电池器件,当ns-CdSe与P3HT的质量比为10∶1时,器件的光电转换效率最高达到0.48%。

Alivisatos等将[12]P3HT和CdSe纳米棒共混制备异质结太阳能电池。一维的纳米棒为电子的传输提供了直接的通道,因此电子传输速度比在纳米粒子中快,能量转换效率也较高。另外,通过调节纳米棒的长度,可以控制薄膜器件中电子传输的距离,并通过改变纳米棒半径来调节禁带宽度,优化电池吸收光谱与太阳能发射光谱的重叠,从而提高了器件在长波范围内对太阳光的吸收。研究表明,当CdSe纳米棒尺寸为7nm×60nm时,器件在AM1.5光照下的光电转换效率达到1.7%。

由于激子在材料中的扩散长度很小,因此制备出贯穿发光层的激子分离的网络结构能有效地改善器件性能。加利福利亚大学的Moskovits等[23]报道了1种高度规整的垂直于ITO基底的CdSe纳米棒,长度约为58±12nm到721±15nm之间,然后旋涂上P3HT溶液和PEDOT:PSS,最后镀上金作为阴极,制备出有机-无机异质结太阳能电池器件。研究表明,器件的短路电流密度随纳米棒长度成线性增长,当纳米棒长度为612±46nm时,光电转换效率达到1.38%。

2.4 聚噻吩/纳米CdS复合太阳能电池材料

纳米CdS与聚噻吩衍生物复合材料的光伏器件也已见诸报道。Pei等[24]通过电化学沉积法在金包覆的玻璃基底上制备出规整排列的CdS纳米棒,然后采用原位电化学聚合法将聚噻吩沉积在纳米阵列表面,得到致密的有机-无机杂化膜。以此为发光层制备的太阳能电池具有比较优越的性能,开路电压为0.84V,短路电流密度0.52mA/cm2,光电转换效率达到0.38%。随后,浙江大学的陈红征等[25,26]也通过水热法制备出垂直于ITO玻璃基底的高度规整的CdS纳米阵列,并用芳香酸对CdS/P3HT太阳能电池进行界面修饰。研究表明,界面修饰剂可以增加CdS与P3HT之间的相容性,减小CdS纳米棒的表面缺陷并抑制两组分间载流子复合,从而提高载流子传输效率,改善器件性能。

Zhang等[27]首先制备了聚3-辛基噻吩(POT)包裹CdS的纳米复合材料,其禁带宽低至0.824eV,同时POT/CdS纳米复合材料的发光性能优于纯的POT或者CdS纳米粒子。研究表明基于POT/CdS的太阳能电池器件的光电转换效率达到0.581%。

研究表明,在沉积聚合物薄膜的过程中引入无机纳米材料的可溶性前驱体可以进一步提高载流子分离效率和传输速率。Haque等[28]在采用可控原位热分解方法沉积P3HT薄膜过程中,引入1种稳定性和溶解性良好的CdS的金属黄酸盐前驱体,这种前驱体可以在P3HT薄膜中生成电子传输性能优良的CdS纳米互穿网络,具有较高的光生载流子效率。这种CdS/P3HT太阳能电池器件在AM1.5光照下的光电转换效率达到0.7%,在10% AM1.5光照下可达到1.2%。

3 展望

聚噻吩衍生物作为电子给体,无机纳米粒子作为电子受体的异质结薄膜太阳能电池,虽其成本低、易制备且性能优良,已成为缓解能源危机的新型光伏器件。

(1)提高对太阳能的吸收效率以提高器件的光伏转换效率。主要途径有2个,一是设计出禁带宽度更低的共轭聚噻吩材料,改善器件吸收光谱与太阳能发射光谱的重叠程度;另一个方法是引入光吸收系数更高的染料来敏化太阳能电池,以提高器件性能。

(2)通过分子设计合成具有高载流子迁移率的聚噻吩衍生物和无机纳米粒子,使它们能在复合之前快速有效的迁移到相应的电极并被电极收集。

(3)优化器件相分离活性层的形态,改善无机纳米材料的形态,为电子和空穴迁移形成双连续的互穿网络通道,以抑制电子和空穴对在到达电极之前发生复合萃灭。

(4)制备双异质结薄膜太阳能电池器件,为载流子分离提供2种不同的界面,可以增大载流子分离效率。

摘要：近年来基于聚噻吩/无机纳米材料的异质结薄膜太阳能电池研究发展迅速,引起了研究者广泛的关注。阐述了异质结薄膜太阳能电池的工作原理,较全面综述了聚噻吩/无机纳米材料的异质结薄膜太阳能电池的最新研究结果,包括:聚噻吩与TiO2、ZnO、CdSe和CdS无机纳米材料复合电池器件等。分析和展望了今后聚噻吩/无机纳米材料异质结薄膜太阳能电池的研究重点和发展方向。

薄膜式电源:让太阳照进现实 篇11

用一种类似于印刷机的机器，将一种能够吸收太阳能的液体喷涂在一层薄薄的金属片上。这种太阳能电池薄膜的成本，只有目前主流的“太阳能电池板”的十分之一，一台机器每分钟可以生产出几百张，而且可以随时随地根据不同屋顶的具体形状制作和安装……

有资料记载，2010年年底，国内一次性建成投运单位面积最大、容量最大的屋顶薄膜太阳能光伏发电项目——光大杜邦太阳能光伏发电项目在深圳建成启用。

专家指出，薄膜太阳能电池虽然“年纪轻轻”，但它却已经有一个“大家族”。目前，已经进行大规模产业化生产的薄膜太阳能电池主要有三种：硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池(cIGs)和碲化镉薄膜太阳能电池(CdTe)。

其中，硅基薄膜技术是最便于推广的；碲化镉技术中由于镉是重金属，所以存在潛在的环境污染风险；而铜铟镓硒技术则由于需要使用的铟、镓、硒三种元素均为稀有稀土元素，其产量有限，所以就大规模商业化角度而言，存在着一定的障碍。硅基薄膜技术所需的硅材料十分普遍，一般公司都可以拿到技术和生产线，具有大规模商业化的可能。

国内一些“后发”省份和企业为了快速占据市场，更倾向于薄膜电池技术。比如，广东省为了追赶江苏、江西等光伏产业发达省份，采取跳跃式推进的方法一极力推进薄膜电池的生产和应用。其中，中建材、广东爱康太阳能科技有限公司等企业在选择落户广东的同时，还推动成立了中国薄膜太阳能电池标准工作委员会，以期在薄膜太阳能技术领域能够拥有更多话语权。正将触角伸向新能源领域的正泰集团也非常看好薄膜电池，目前，已经在技术和产能上提前布局。

薄膜电池Vs晶硅电池

在不少人看来，薄膜电池就是一种革新性的技术。按照科学家的设想，薄膜电池只是一层像油漆一样薄的薄膜，造价、运费和安装费用都大大降低，应该能够普及到城市的每个角落。但是，在实际应用中，显然还必须考虑到技术的成熟度、市场的接受度以及商业上的利益，等等。那么，薄膜电池和晶硅电池谁优谁劣呢?

薄膜电池在早晚、阴天等弱光条件下仍可产生电能，因此，在同样地理和气象条件下，全年发电量比晶体硅电池高出10％～15％。而晶硅电池在温度超过50℃之后，转换能力会有明显衰减。因此，在阳光照射强的地区，晶体硅电池效果反而差。而薄膜电池在高温下只有微弱衰减，特别适合用于高温、荒漠地区建设电站。

转换效率仅为6％的薄膜电池，其生产用电约1.9度／瓦，能量返回期1.5-2年，即电池发出的电能超过生产电池所消耗的电能所需要的时间。这是普通晶硅电池无法比拟的。虽然业界对普通晶硅电池的回收期仍存在争议，但目前主流的观点，一般认为回收期在3年左右。从这点看，薄膜电池优于晶硅电池应该无可争议。此外，因为单片面积较大，薄膜电池更加便于安装。

其实，薄膜电池本来还有一个优势，它可以降低97％的硅原料使用并减少污染。但是，受金融危机影响，多晶硅价格一落千丈，原先凭借耗硅量少、生产成本低而尚可与晶硅电池一较短长的薄膜电池行业，集体陷入困顿。

相比薄膜电池，晶硅电池的技术更成熟，稳定性和转换效率更高，因此在一些大型光伏发电项目中，晶硅电池更受欢迎，而且经历了多晶硅价格暴跌之后，考虑到征地、支架等因素，晶硅电池的综合发电成本比薄膜电池实际要低不少。而在售价方面，薄膜电池每瓦的成本，单价虽低于晶硅电池，但由于转化率低，综合成本还是高于晶硅电池。

从全球范围内，传统的晶硅电池依旧占据着整个光伏电池市场80％的市场份额。就国内而言，2009年，薄膜电池的产量只占到总产量的2％，市场份额更低，且关键设备技术多数依赖国外。特别是中国光伏电池行业的龙头——尚德电力，曾作出了停产薄膜太阳能电池生产线，扩产晶硅太阳能电池生产线的选择。薄膜太阳能电池可说是“屋漏偏遭连日雨”。

以目前的技术条件和其他因素来看，断言薄膜电池与晶硅电池谁更有前途都为时尚早。比如，在尚德退出薄膜电池的时候，已在晶硅电池领域建立起垂直一体化产业链的天威保变，公布了配股募资11.81亿元投建一条年产46兆瓦薄膜电池生产线的计划。公司上马该生产线的原因，是希望可以借此摆脱对价格多变的多晶硅的依赖。

市场潜力巨大

虽然薄膜太阳能电池目前身处逆境，但仍有不少企业在努力坚持薄膜电池的研发和应用。晶硅电池一般仅用于屋顶，而薄膜电池利用玻璃做基板，不仅可用于屋顶，还非常适用于建筑物外墙。薄膜电池将自身与建筑材料牢牢地结合在一起，是建设低碳环保型建筑物必不可少的材料，潜在的市场需求十分巨大。

以深圳一个项目为例，该项目采用太阳能的高性能非晶硅薄膜太阳电池组件，安装于主厂房约2.3万平方米的屋顶，总装机容量为1.3兆瓦，设计寿命超过25年，投运后每年可提供14873-度电力，替代常规能源542吨标煤，每年可减少1480吨二氧化碳温室气体的排放。据悉，该发电项目使用的是太阳能生产的A系列100Wp非晶硅薄膜太阳电池组件，共计13000片，能量回收期少于晶体硅1／2，每千瓦发电量较晶体硅高10％-20％。从整体看，该太阳能光伏发电项目采用屋顶建筑一体化设计，将光伏系统与原工业厂房屋顶结构相结合。

中投顾问发布的《2010-2015年中国太阳能光伏发电产业投资分析及前景预测报告》指出，杜邦设在中国的薄膜电池生产线少的欠发达地区及荒漠、沙漠地区，更能发挥它的成本优势。与晶硅电池相比，相同功率下薄膜电池成本低，发电量大，但占用的土地面积偏大，因此在土地成本低、光照条件好的地方，比如沙漠地带建设薄膜光伏电站具有巨大的优势。2010年，全球最大的可再生能源项目Desertec32程取得重大进展。根据工程计划，Desertec项目最终在非洲北部地区产生的电能，可以满足整个欧洲地区15％的用电需求。在国内，甘肃省的敦煌地区于2009年建立了国内首个大型沙漠光伏发电站，总装机10兆瓦，这也预示中国市场开始逐渐成长。

与此同时，随着越来越多企业将眼光投向薄膜太阳能电池技术的改进上，其“后发优势”正逐渐显现。不久前，一种生产薄膜电池的关键设备——等离子体增强型化学气相沉积设备，由一家名为理想能源设备有限公司的上海本地企业研制成功。这套设备采用了超高频射频技术、强化了生产过程中的真空和温度控制，从而有效克服了薄膜的低转换效率和较严重的光致衰减效应。该设备的技术指标已达国际先进水平，且生产成本只有国外同类设备的三分之一。

太阳能薄膜电池 篇12

4月27日, 中电标协光伏标准推动会暨薄膜太阳能电池标准工作委员会工作会议在安徽蚌埠顺利召开。会议主要是贯彻工信部关于“十二五”技术标准体系建设的精神, 推动光伏标准化工作, 并就光伏建筑一体化标准体系建设以及光伏综合标准化相关工作进行研讨。

工信部电子信息司胡燕巡视员从产业行动计划、标准体系建设、优化产业环境几个方面, 对2013年光伏产业方面的重点工作进行了解读, 提出了相关要求。电子信息司金磊副处长就光伏产业标准化工作情况进行介绍, 科技司甘小斌介绍了行业标准制定的政策和程序。蚌埠玻璃工业设计研究院李志铭副院长介绍了企业产品研发、参与标准制定的相关情况。会议期间与会代表还讨论了光伏建筑一体化产业应用和标准化工作现状、研讨了薄膜太阳能电池标准工作委员会标准体系, 总结规划了薄膜太阳能电池标工委的工作情况。此外, 对碲化镉薄膜太阳能电池等两项标准草案进行了审查。

本次会议明确了光伏产业的发展状况, 完善了中电标协薄膜太阳能电池标准工作委员会标准体系, 规范了光伏建筑一体化相关标准工作。