CIGS薄膜太阳能电池(光伏)(同名61)课件.ppt
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- CIGS 薄膜 太阳能电池 同名 61 课件
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1、CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池CIGS thin films and solar cells 上海大学2019级研究生 目 录v各类太阳能电池的发展现状vCCIGS薄膜太阳能电池v研究展望v参考文献太阳能电池的发展现状v太阳能的地位太阳能的地位:随着原油储备的消耗,油价、电价的持续上升,以及石油燃料引起的气候问题,人们对可持续能源的需求变得十分迫切,利用太阳能来发电无疑是世界未来能源的理想选择。万物生长靠太阳。由于太阳能清洁安全、取之不竭,很多国家将目光投向了清洁的太阳能发电。国际能源署的报告显示,到2030年,全球电力需求将翻番。因此,采用太阳能等可再生能源发电无疑是有效的解决方法。v
2、太阳能电池的发展概况太阳能电池的发展概况 太阳能电池具有许多其他发电方式所不具备的优点:不消耗燃料,不受地域限制,规模可灵活组合,无污染、无噪音,安全可靠,维护简单,建设周期短,最具有大规模应用的可能性。世界各国政府为大力发展太阳能产业,采取了各种政策和措施,以此促进本国太阳能装机量。2019-2019 年世界各国太阳能装机容量逐年递增,如图1 所示 据PHOTON 资料报导,2019 年全球太阳能电池生产企业排名,如表1 所示。德国Qcells 榜首位置依然稳固,其中最大变化是中、日企业的位置发生对调,以无锡尚德为代表的中国企业产能增长迅速,见下表1:表1 2019 年全球前10 名太阳能电
3、池生产企业v太阳能电池的种类 太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把光能转化为电能的装置。目前太阳能电池主要有晶体硅型和薄膜型2 大类型。如图2 所示。图2 太阳能电池的主要种类v晶体硅型晶体硅型 晶体硅太阳能电池可分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池,是目前国际上的主流产品,占世界太阳能电池市场80%。1.单晶硅太阳能电池v 单晶硅太阳能电池在实验室的转换效率为25%,而工业生产的光电转换效率仅达15%,且单晶硅要求的晶体纯度达99.999 999%以上,生产成本高,难以推广应用。单晶硅太阳能电池转换效率达15%左右,其制造工艺已相当成熟由于单晶硅主要采用西门子法西门子法生产,从多晶硅
4、中提炼出单晶,然后通过拉硅单晶棒、切割得到单晶硅圆片,再经过刻蚀,最后生产成太阳能电池组件。可见,其生产过程耗能较高,生产成本也相当高,因此推广应用有一定难度,但目前仍占太阳能电池市场份额的主要地位。【1671-2730(2019)03-0182-05 太阳能电池现状及其发展前景 梁昌鑫,陈孝祺】2 多晶硅太阳能电池v 多晶硅太阳能电池由于其生产成本和原料价格低廉,工业生产的光电转换效率达13%16%,因此其产业化发展较快,但还需解决低成本、低能耗和高效率的关键技术。多晶硅太阳能电池主要采用改良型西门子法改良型西门子法的制造工艺。由于其省却了单晶硅的纯度要求,使制造成本大大降低,电池的转换效率
5、达到16%v薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池 由于薄膜电池采用廉价衬底,以低温制造技术沉积半导体薄膜光伏器件,镀膜厚度可薄至2um,远低于晶体硅镀膜厚度80 300um;同时,其生产成本有较大降低,使能源回收期大大缩短。因此,各国相继开发了各种薄膜太阳能电池,主要产品有多晶硅薄膜电池、主要产品有多晶硅薄膜电池、CdTe 薄膜电池、薄膜电池、CIS 薄薄膜电池、染料敏化薄膜电池膜电池、染料敏化薄膜电池(DSSC)等。根据德国研究机构Photon Consulting 的报告显示,2019#2019 年间薄膜太阳能电池产量每年翻番,至2019 年产能将达到4180 MW/a。硅薄膜太阳能电池硅薄膜太阳
6、能电池 硅薄膜太阳能电池是1976 年由Calson 和Wronski 所发明,该种电池生产制造技术相当成熟,不仅可大量节省成本和能耗,而且产品面积有较大增加。但是,该种电池转化效率相对较低该种电池转化效率相对较低,目前仅为12%14%,且光电效率随使用时间的增长而衰退,为此美国United Solar 公司、日本Kameka,uHI 等公司正继续研究,重点研究的是多结构、微晶硅ucsi、叠层型ucsi 的太阳能电池等。目目前硅薄膜太阳能电池大多采用等离子增强化学气相沉积法前硅薄膜太阳能电池大多采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD).化合物薄膜太阳能电池化合物薄膜太阳能电池 化合物薄膜太阳
7、能电池的光转换效率高光转换效率高,理论值可达28%,又易于薄膜化,因此,世界各国都开展了该种电池的研发。目前主要有碲化镉(CdTe)、铜铟硒(CIS,CIGS)太阳能电池等。v染料敏化太阳能电池 1991 年,瑞士Graetzel 教授等成功研制了染料敏化太阳能电池(DSSC),当时的转换效率仅达8%。经多年研究,转换效率已提高到10%,但目前产品的转换效率仅为7%。由于其成本低、制造容易、设备简单,因此价格可低于0.5 美元/WP。目前美国K onarKa 和英国G24 Innovations 公司已开始生产这种太阳能电池。纵观太阳能电池的发展历史纵观太阳能电池的发展历史,其关键技术是提高光
8、电转换效率其关键技术是提高光电转换效率,降低生降低生产成本和能耗产成本和能耗,才能加快太阳能电池的推广应用。我们相信随着世界各国才能加快太阳能电池的推广应用。我们相信随着世界各国在太阳能电池的不断研发成功和产业化在太阳能电池的不断研发成功和产业化,太阳能电池将会在新能源中占有太阳能电池将会在新能源中占有重要的地位。重要的地位。CIGS薄膜太阳能电池v据光伏信息报道,无锡尚德CEO施正荣认为,为了使太阳电池的价格能够不断下降,必须进行技术革新和装备改造,而技术革新方面就是使用薄膜电池,既可节省成本,也可适用于更广泛的行业。如果薄膜电池的效率在15%以上,那么,未来的市场将以薄膜电池为主导。对光伏
9、组件而言,薄膜电池的优势主要体现在:薄膜电池的优势主要体现在:1.成本低,这是薄膜光伏技术的最大优势;2.一体化集成性,明显降低了工艺复杂性和生产成本;3.不依赖于硅材料;4.更适合在高温环境下工作;5.可制造成柔性电池,质量轻,运输方便,应用广泛。图3是来自Deutsche Bank对各种薄膜光伏电池到2019年的市场状况,在薄 膜电池的市场中还将以硅基薄膜电池和CdTe电池为主流。图3 各种薄膜光伏电池到2019年的市场状况CIGS的晶体结构CuInSe2黄铜矿晶格结构lCuInSe2复式晶格:a=0.577,c=1.154l直接带隙半导体,其光吸收系数高达105/cm量级l通过掺入适量的
10、Ga以替代部分In,形成CulnSe2和CuGaSe2的固熔晶体lGa的掺入会改变晶体的晶格常数,改变了原子之间的作用力,最终实现了材料禁带宽度的改变,在1.04一1.7eV范围内可以根据设计调整,以达到最高的转化效率vCIGS薄膜电池 CIGS薄膜制备的聚光太阳能电池转化率达到21.5%,是所有目前研制的薄膜太阳电池中最高的转换效率。Cu(In,Ga)Se2可通过改变In和Ga的比例调整来优化禁带宽度,可带隙调整是可带隙调整是CIGS系相对于其他系列电池如系相对于其他系列电池如CIS系、系、Si系和系和CdTe系等的系等的最大优势,所以对最大优势,所以对CIS系薄膜太阳电池的研究重点就转向系
11、薄膜太阳电池的研究重点就转向CIGS薄膜太阳电池。薄膜太阳电池。1 CIGS薄膜太阳电池结构及特点薄膜太阳电池结构及特点 太阳电池的基本原理是光生伏特效应.单结CIGS薄膜太阳电池的基本结构由衬底、背电极层、吸收层、缓冲层、窗口层、减反层、电极层组成。典型的CIGS薄膜太阳电池的结构为:Glass/Mo/CIGS/ZnS/i-ZnO/ZAO/MgF2,如图4所示。CIGS薄膜太阳能电池的结构金属栅电极减反射膜(MgF2)窗口层ZnO过渡层CdS光吸收层CIGS金属背电极Mo玻璃衬底低阻AZO高阻ZnO金属栅电极减反射膜(MgF2)金属栅电极减反射膜(MgF2)金属栅电极窗口层ZnO减反射膜(M
12、gF2)金属栅电极窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极光吸收层CIGS过渡层CdS窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极光吸收层CIGS光吸收层CIGS过渡层CdS光吸收层CIGS过渡层CdS光吸收层CIGS窗口层ZnO过渡层CdS光吸收层CIGS金属栅电极减反射膜(MgF2)金属栅电极减反射膜(MgF2)金属栅电极窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极金属栅电极减反射膜(MgF2)金属栅电极减反射膜(MgF2)金属栅电极窗口层ZnO减反射膜(MgF2)金属栅电极金属栅电极
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