非晶硅薄膜太阳能电池可研报告(编辑修改稿)

非晶硅薄膜太阳能电池可研报告(编辑修改稿)内容摘要：

量达到 3400亿千瓦时左右。 4） 2041年～ 2050年，光伏发电为全国供电 发展目标为：到 2050 年，青海省光伏发电总装机达到 10 亿千瓦（即 1000GWp），年发电量达到 万亿千瓦时左右，成为全国能源基地，可以为全国提供电力。 青海省光伏产业发展定位为：青海省第 5大支柱产业。 结合青海省光伏应用的发展定位和现有的光伏产业链，青海省太阳光伏产业的发展重点是：硅材料提纯、硅锭 /切片、太阳电池生产。 青海省已有盐湖化工、水电、石油天然气、有色金属四大支柱产业，在 20xx年政府工作报告中，省政府明确提出要依托本地得天独厚的太阳能应用综合资源优势，将太阳能产业打造成国内新的产业支柱。 这也是青海省大力发展高新技术产业，推动传统产业结构优化升级，形成特色经济框架，保证能源需求的持续增长得以满足的迫切需要。 光伏产业是青海省特色经济的首选产业，是拉动青海省工业和经济进一步发展的新增长点。 大力发展青海省太阳光伏产业，积极引进省外优质资本和国内外先进技术，建设并完善具有产业竞争力的光伏产业链，积极进 行光伏发电产品测试、综合示范应用等能力建设，将青海省建设成为我国西部光伏产业基地、综合示范基地、规模推广应用基地，这也将成为青海省经济持续增长的强大动力。 13 项目对我省经济、社会发展的意义和价值 充分发挥多晶硅、单晶硅等上游原料的优势，着力提高光电转换效率和组件封装技术水平，减少电池片厚度，密切跟踪薄膜晶硅电池及组件、非晶硅薄膜电池等前沿技术走势，加快研发和产业化步伐。 大力发展高转换率多晶硅薄膜太阳能电池、单晶硅太阳能电池制造产品。 改革开放以来青海省对外贸易工作克服远离口岸、交通不便等困难，积极应 对国际经济形势的变化，大力推进以开放带动进出口，不断开创对外贸易发展的新局面。 特别是进入 21 世纪后，青海省对外贸易工作在省委、省政府的领导下，紧紧把握国际经济变幻和国内产业转移的时机，以科学发展观统领发展全局，努力改善对外贸易的环境，对外贸易工作取得了新成绩。 但是青海省对外贸易水平较低，外贸对经济的巨大拉动作用和对配置的优化作用远远没有发挥出来。 金融危机的爆发打破了原有相对比较稳定的国际贸易格式，随着国际经济一体化进程加快及我国加入世界贸易组织后，为青海省提供了良好的发展机遇。 该项目依托企业的技术优势，发展 太阳能光伏系统，主要产品出口到俄罗斯、巴基斯坦、缅甸等国家。 实施后年出口创汇 115 万美元。 因此该项目的实施，是走青海外贸之路、创名牌出口商品的需要。 14 、主要内容、主要研发和产业化前期工作、 未来 研发和产业化的目标任务 目标产品 非晶硅薄膜太阳能电池。 主要内容 非晶硅太阳能电池作为一种新型太阳能电池 ,其原材料来源广泛、生产成本低、便于大规模生产 ,因而具有广阔的市场前景。 它具有较高的光吸收系数 ,在 m 的可见光波段 ,其吸收系数比单晶硅要高出一个数量级 ,比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高 40 倍左右 ,用很薄的非晶硅膜 (约 1μ m厚 )就能吸收约 80%有用的太阳能 ,且暗电导很低 ,在实际使用中对低光强光有较好的适应 ,特别适用于制作室内用的微低功耗电源 ,这些都是非晶硅材料最重要的特点 ,也是它能够成为低价太阳能电池的重要因素。 主要研发和产业化前期工作 非晶硅薄膜电池由于没有晶体硅所需要的周期性原子排列要求 ,可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题 ,在较低的温度 (200℃左右 )下可直接沉积在玻璃、不锈钢、塑料膜和陶瓷等廉价衬底材料上 ,工艺简单 ,单 片电池面积大 ,便于工业化大规模生产 ,同时亦能减少能量回收时间 ,降低生产成本。 由于非晶硅半导体材料 (aSi)最基本的特征是组成原子的排列为长程无序、短程有序 ,原子之间的键合类似晶体硅 ,形成的是一种共价无规网络结构 ,它含有一定量的结构缺陷、悬挂键、断键等 ,因此载 15 流子迁移率低、扩散长度小、寿命短 ,所以这种材料是不适合直接做成半导体器件的。 为了降低非晶硅中缺陷态密度 ,使之成为有用的光电器件 ,人们发现通过对其氢化处理后非晶硅材料中大部分的悬挂键被氢补偿 ,形成硅氢键 ,降低了态隙密度。 1976年研究人员成功实现了对非 晶硅材料的 p型和 n型掺杂 ,实现了 aSipn 结的制作。 但这种氢化非晶硅 pn结不稳定 ,而且光照时光电导不明显 ,几乎没有有效的电荷收集。 因此为了把非晶硅材料做成有效的太阳能电池 ,常采取的结构模式为 pin结构 ,p 层和 i层起着建立内建电场的作用 ,i层起着载流子产生与收集的作用。 此外 ,非晶硅材料的光学带隙为 ,材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感 ,这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率 ,解决这个问题的方法就是制备叠层太阳能电池 ,一方面增加太阳光利用率 ,另一方面提高非晶硅太阳能电池效率。 但是 ,非晶硅薄膜 太阳能电池光电效率会随着光照时间延续而衰减 ,即所谓的光致衰退 (SW效应 )效应 ,主要是因为 SiH键很弱 ,在光照下 H 很容易失去 ,形成大量 Si 悬挂键 ,并且非晶硅薄膜电池转换效率低 ,一般在 10%左右。 16 图 1 典型 pin 薄膜非晶硅太阳电池示意图 未来 主要 研发和产业化的目标任务 为了提高非晶硅薄膜太阳能电池组件在市场上的竞争力，影响非晶硅太阳电池性价比的方方面面显得尤为重要，从产品性能和生产工艺角度可以分为以下几点： 1. 提高非晶硅太阳电池的 传换 效率。 效率的提高可以从提高对光的管理系统出发，如陷光 结构。 对于 沉积在玻璃 衬 底上 的太阳电池（亦称“顶层式”太阳电池） ， 影响光散射特性的 透明导电膜（ TCO）前电极的表面形态就显得至关重要 ；对于沉积在不透明载体上的太阳电池（亦称“底层式”太阳电池），后接触器的反射率和纹理显得尤为重要。 非晶硅薄膜太阳电池更进一步发 17 展与光电质量的提高非晶硅吸收层，掺杂层和介于掺杂层和内置层之间的分界层。 2. 消除 非晶硅薄膜太阳能电池光电效率会随着光照时间延续而衰减 的影响， 即 消除 所谓的光致衰退（ StaeblerWronski effect） 影响。 这种影响可以使得初期非晶硅太阳电池组件的性能减少 1530%。 经研究采用薄的吸收层可以有效抑制 光致衰退效应。 然而， 为了提供充足的光吸收能力， 薄的吸收层 必须依赖于 太阳电池中 高效的 光诱导技术。 3. 为了降低非晶硅薄膜太阳电池组件制备的成本，限制在非晶硅沉积机器的投资，吸收层的沉积速率需要控制在 1020A176。 /s。 如何在提高了的沉积速率基础上避免增加的光诱导衰减成为了沉积速率的中心问题。 除了无线电频率的 等离子体增强的化学气相沉积（ PECVD） 技术 ，以下几种沉积技术也被探究具有可以制造出沉积速率很高的吸收层，如高频 等离子体增强的化学气相沉积技术 ， 热丝化学气 相沉积技术和夸大化的热等离子体化学气相沉积技术。 4. 大批量生产工艺的选择。 尽管 aSi:H薄膜太阳能电池各层的沉积技术是其最重要的制造工艺部分，但是成品还包括很多制造步骤影响太阳能组件的总费用。 这包括：透明导电膜（ TCO）前电极的沉积， 多层后电极的沉积，亚电池系统的激光划片，封装和构架系统等。 太阳电池结构和组件设计 取决于应用的制造步骤和沉积顺序的选择。 目前，有三种主要的 aSi:H薄膜太阳能电池沉积方法 :一室过程，多室过程和 连续式的卷对卷(rolltoroll)制程生产。 普遍 的趋势是增加衬底的大小， 来减 少每单位面积的成本。 通常的产品 设备的必要条件是充分的 18 沉积过程信任度，高的正常生产时间，高效率和正确的清洗工作室时间的选择。 5. 降低材料成本。 材料成本 主要归功于全部的 aSi:H模块。 其中重要的一部分是 基底，玻璃材料和高温抗性的聚合金属 层。 因此，更加低价的薄金属层 连续式的卷对卷 (rolltoroll)技术是一项更好的选择。 通常相对厚的含氟聚合物封装技术被应用来保证一个模块具有 20年的寿命。 由此封装成为了模块加工中花费最高的项目，因此寻找一种便宜的封装技术成为最重要的降低成本的手段之一。 衬底的选择决定了加工 各过程的温度和加工步骤。 aSi:H各层沉积时气体的选择以及他们的纯度和利用度也具有经济影响，例如， 在 aSiGe:H多结太阳电池各层中利用 锗烷 可以很大程度上增加材料成本。 项目可行性简要分析 项目的可行性研究依据 由于薄膜太阳电池的成本优势，始终是我国政府在光伏发电方面重点支持的领域，早在“七五”期间，国家科委就投入 20xx多万元，在北京有色金属研究院建成年产 100kW非晶硅太阳电池生产线。 进入21世纪，国家通过科技攻关计划、“ 863”计划、“ 973”计划以及各项创新计划，对薄膜太阳 电池的研究开发和产业化给以了大力支持，使我国在非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒、染料敏化以及微晶 /非晶太阳电池等诸多方面距均取得了很好的进展，为我国薄膜太阳电池的产业化打下了良好的基础。 多晶硅或单晶硅之生产程序可排放超过 10倍之有毒物质（包括最 19 危险 的氯硅烷）于 20xx年 8月，国务院总理温家宝发布一项紧急指令，重申国家必须减少生产晶体硅，其中更是提到多晶硅属于高耗能和高污染产品。 路透社根据一份太阳能研究公司 iSuppli发出的报告显示，非晶硅薄膜太阳能电池的市场占有率将于 20xx年以前增加一倍以上。 通用电气公司最近 宣布，他们将改以薄膜太阳能作为集团未来的太阳能项目发展重点，并在 20xx年开始生产。 市场预测 在各类太阳能发电技术中，目前晶硅电池仍然占主导地位。 但薄膜电池的出货量比例不断增加，从 20xx年的 3%增加到 20xx年的 14%，而 20xx年更是增加到 19%。 EPIA数据显示， 20xx年薄膜电池的产能占到总产能的 22％，到 20xx年将上升到 23％。 其中硅基薄膜新增产能将集中在中国和台湾，而 CdTe和 CIGS新增产能将集中在美国、欧洲和日本。 截至 20xx年年底，全球大约有 50家公司已经或计划生产硅基薄膜电池，领先的厂商主要包括夏普（日本）、三菱（日本）、 United Solar（美国）、 Ersol（德国）、新奥光伏（中国）、创益科技（中国）和佰世德太阳能（中国）等。 项目的实施方案 本项目计划实施期限为 三 年。 通过本项目的实施，应用 非晶硅薄膜太阳能电池的 研发和生产方面积累的研究成果 ， 综合国际和国内先进的非晶硅薄膜太阳能电池 研究成果，就 非晶硅薄膜太阳能电池光电转换效率、杂质掺杂浓度、光致衰减效应、沉积工艺 等关键技术，开展深入研究， 掌握 非晶硅薄膜太阳能电池 的关键 技术 和制造 工艺 ，开发出具有 国际先进水 平的新型 20 非晶硅薄膜太阳能电池 ， 并形成产业化。 预期效益分析 （ 1）社会效益 项目的实施符合国家产业政策，是青海省重点建设项目，项目建成后可促进和带动地方经济的发展。 项目产品的推广使用，不仅可节省巨大的电能消耗量，节省能源开支，提高经济效益；而且可大幅提高能源利用效率，对促进可持续发展具有重要的作用，促进资源的节约型和环境友好型社会的建设。 项目实施的是项目实施单位贯彻落实我国能源利用基本方针政策的具体体现。 在当前就业压力较大的情况下，增加就业岗位，尤显重要，该项目的建设对促进就业具有重要的现实意 义和作用。 本项目可提供直接就业岗位 若干 个，通过项目建设和运营，每年还可增加更多的间接就业岗位和就业机会。 项目实施是促进就业的迫切需要。 （ 2）经济效益 本项目的实施，新增固定资产 363 万元，实现利税 166 万元，财政收入增加 100 万元。 加大了西宁市地区的固定资产的投入，带动了局部经济的增长。 项目实施后年出口额 115 万美元，对青海省出口创汇具有重要的意义。 项目计划目标 项目 执行期间计划 新增 投资 4830万元， 实施期三年， 达产时形成 21 年产 50MW非晶硅薄膜太阳能电池 的能力。 预计 目标产品 国内市场占有率将达到 20%左右 ， 实施期内累计 销售非晶硅薄膜太阳能电池 万 KW， 累计实现 新增销售收入 9200 万元 ，净利润 992万元 ，税收 1024万元 ，替代进口 150万美元。 第 二 章 项目的技术可行性分析 基本原理 非晶硅 (aSi)太阳电池是在玻璃 (glass)衬底上沉积透明导电膜(TCO)，然后依次用等离子体反应沉积 p 型、 i 型、 n型三层 aSi（单结），接着再蒸镀金属电极铝 (Al)，光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构可表示为 glass/TCO/pin/Al，最后用 EVA（乙烯 醋酸乙烯共聚物）、底面玻璃封装，衬底也可以是不锈钢片、塑料等作衬底。 非晶硅双结玻璃薄膜电池组件的结构如图 2 所示，自上到下依次为顶面玻璃、 2SiO 导电膜、双结非晶硅薄膜电池（非晶硅薄膜电池还可做成单结或三结非晶硅薄膜电池）、背电极、 EVA（乙烯醋酸乙烯共聚物）、底面玻璃。 非晶硅玻璃薄膜电池发电原理与单晶硅。