《光伏技术介绍》课件2.ppt

1、光伏技术介绍光伏技术介绍2涉 及 面 广、技 术 含 量 高、用 途 广 泛涉 及 面 广、技 术 含 量 高、用 途 广 泛涉及物理、化学、光学、材料、化工、电子、通讯、涉及物理、化学、光学、材料、化工、电子、通讯、机械等专业机械等专业太阳能太阳光伏太阳光热太阳电池电池组件光伏材料光伏系统光伏设备光伏设备光光 伏（伏（PVPV）技）技 术术 的的 现现 状状 与与 发发 展展 趋趋 势势 光伏产业链中，光伏电池的制造是核心环节，其作用犹如微电子产业链中的芯片制造一样。光伏电池制造技术研发有二大目标：一是提高太阳能电池的光电转换效率，二是降低其生产 成本。为达到这二个目标，就需要寻求高性能的光

2、电转换材料和适合于规模生产的制造工艺技术。从技术开发的成熟程度和市场占有率区分，光伏（PV）技术大体上可列出以下三代 第一代PV技术 用晶硅（单晶硅和多晶硅）技术制造太阳能电池 第二代PV技术 用薄膜技术制造太阳能电池 第三代PV技术 新颖的革命性的概念、材料及开发新技术 三代PV技术的比较、发展趋势、市场份额晶硅太阳能电池制造技术晶硅太阳能电池制造技术是目前主流的太阳能电池制造技术 硅材料资源丰富，研究比较透彻 借助半导体制造工艺（如扩散、刻蚀、镀膜等），技术成熟 晶硅太阳能电池转换效率高（sc-Si 16-17%，mc-Si 14-15%）制造成本高 制造晶硅太阳能电池的主要流程为：硅片清

3、洗、制绒 扩散 刻蚀 去磷硅玻璃（PSG）镀膜（SiN）丝网印刷 焊接、烧结 测试分档趋势使用廉价硅料（电子级太阳能级；单晶多晶）薄硅片（200m）的加工工艺技术（电池片、组件的封装集成）进一步提高光电转换效率（电池：20%25%；组件：16%22%）晶晶 硅硅 太太 阳阳 能能 电电 池池 的的 基基 本本 结结 构构抗反射膜0,2m220m上电极下电极n-区p-区-+光子耗尽区-+（PV-en.ppt）PV 硅硅 片片 厚厚 度度 及及 硅硅 用用 量量 进进 展展（EPIA SG IV 2007）2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010硅片厚度 m硅用量 g/

4、Wp300250200150100500 12111098.587.5300240200180170160150121086420硅片厚度m硅用量 g/Wp薄薄 膜膜 太太 阳阳 能能 电电 池池 制制 造造 技技 术术 硅料短缺和降低成本的推动，各类薄膜太阳能电池制造技术的研发及产业化步伐正 在加快 用淀积在（玻璃板或不锈钢板）衬底上的薄膜半导体材料制作太阳能电池 常用的薄膜材料有：非晶硅 非晶硅/微晶硅（Si/Si）碲化镉（CdTe）铜铟硒（CIS）或铜铟镓硒（CIGS）等 通常在1米大小的衬底上淀积1至数微米厚的薄膜制作太阳能电池 薄膜技术可以减少材料使用量，加工过程需要的人员和能耗也少

5、，有望提高规模生 产效率。近十年来，薄膜技术在改进太阳能电池的光电转换效率，降低成本方面的 进展迅猛，非晶硅薄膜太阳能电池已经工业化生产，非晶硅/微晶硅和铜铟镓硒光伏 电池的制造近年来已由中试生产向工业化规模生产转化，已开发出专门的加工工艺、生产技术和专用制造设备，正很快地切入市场 二种目前进展迅速、最具市场前途的薄膜太阳能电池制造技术 铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池制造技术 非晶硅/微晶硅（Si/Si）叠层太阳能电池制造技术 蓝色电池（-Si合金）绿色电池（-SiGe合金）红色电池（-SiGe合金）柔性不锈钢带衬底TCO膜多结电池总厚度1m背反射层United Solar Ovonic公司的

6、三结非晶硅薄膜太阳能电池示意图 将具有不同光吸收特性的材料连续地一层叠一层淀积，成为三结结构，提高光电转换效率低照度下的效率、组件效率稳定性及在高温下的损失均比晶硅技术电池组件优=6-8%（高照度），7-9%（低照度）非非 晶晶 硅硅 薄薄 膜膜 技技 术术(United Solar Ovonic)硅基硅基 90%77%薄膜等薄膜等 10%23%不同的技术产品会在PV 不同的应用领域（联网系统、独立离网系统、消费电子产品等）找到其用途。不不 同同 技技 术术 太太 阳阳 能能 电电 池池 占占 有有 的的 市市 场场 份份 额额新概念技术薄膜技术晶硅技术技术材料实验室最高效率%目前规模生产效率

7、%晶硅技术单晶24.3(1997)14-17多晶20.5(2003)13-15薄膜技术CIGS19.2(2003)10CdTe17(2000)8-10非晶Si：H）（稳定后）12.8(1998)6-7纳米/微晶/多晶-Si16.4(2001)8多结多晶14.8(2004)8-13新兴技术染敏电池11(1997)有机电池4.8(2004)多结+光集聚器40.7(2007)各各 种种 PV 电电 池池 的的 光光 电电 转转 换换 效效 率率 比比 较较设设 备备 光伏市场的需求推动了光伏产业的发展，也给作为光伏产业链中重要一环的光 伏设备行业的发展创造了极好的机遇。太阳能电池产业正处于转折时期，

8、PV设备市场总 值2010年将达到30亿美元(225亿人民币），薄膜技术设备市场的增长速率将远高于晶 硅技术设备（AM公司太阳能电池制造设备计划在07财年获得4亿美元订单，到今年7月 已获超过2亿美元合同）一代技术、一代设备、一代产品 设备是PV产业的支柱之一，PV技术的发展及PV市场的扩展对PV设备制造业提出了 更高的要求，设备是实现技术转换为市场能接受的产品的关键之一（成本/转换效率）晶硅技术设备 薄膜技术设备 （未来技术设备）PV 电池制造设备发展趋势 用于大大降低每瓦硅和能量使用量的结晶和硅片加工（包括硅带）设备。低价格、全自动、标准化的加工设备。开发高产额、低成本、大面积制造薄膜电池

9、的加工方法及设备1314公司公司 融资市场融资市场涉足领域涉足领域上市时间上市时间无锡尚德无锡尚德 纽交所纽交所电池、组件、应用系统电池、组件、应用系统2005.12.13苏州阿特斯苏州阿特斯 NASDAQ电池、组件电池、组件 2006.11.8江苏林洋江苏林洋 NASDAQ电池、组件、应用系统电池、组件、应用系统2006.12.20常州天合常州天合 纽交所纽交所单晶、切片、电池、组件单晶、切片、电池、组件2006.12.19河北晶澳河北晶澳 NASDAQ电池、组件电池、组件 2007.2.7浙江昱晖浙江昱晖 英国伦敦英国伦敦AIM单晶、切片、组件单晶、切片、组件 2006.8.8南京中电南京

10、中电 NASDAQ电池电池2007.5.17江西江西LDK 纽交所纽交所多晶多晶2007.6.4保定英利保定英利 纽交所纽交所多晶、电池、组件、应用多晶、电池、组件、应用2007.6.8江阴浚鑫江阴浚鑫 英国伦敦英国伦敦AIM电池、组件电池、组件2007.8.715G 天天 威威-天威英利（多晶硅、硅片、电池、组件）天威英利（多晶硅、硅片、电池、组件）航天机电航天机电-上海太阳能科技（电池、组件）上海太阳能科技（电池、组件）深南玻深南玻 A-深圳南玻光伏（白玻璃、多晶硅、电池）深圳南玻光伏（白玻璃、多晶硅、电池）特变电工特变电工-新疆新能源（组件、应用系统）新疆新能源（组件、应用系统）杉杉股份

11、杉杉股份-宁波杉杉优利卡（电池、组件）宁波杉杉优利卡（电池、组件）交大南洋交大南洋-上海交大泰阳（电池、组件、应用系统）上海交大泰阳（电池、组件、应用系统）乐山电力乐山电力-新光硅业（多晶硅）新光硅业（多晶硅）江苏阳光江苏阳光-宁夏石嘴山硅业（多晶硅）宁夏石嘴山硅业（多晶硅）新新 华华 光光 -云南天达光伏（电池、组件）云南天达光伏（电池、组件）800（预计）2003年年2007上半年国内太阳能电池生产设备销售额上半年国内太阳能电池生产设备销售额（1-6月）电池制造设备电池制造设备/材料生长加工设备：材料生长加工设备：33/67（2005）；）；27/73（2006）2006比比 2005增长

12、率：电池制造设备增长率：电池制造设备 70%；材料生长加工设备；材料生长加工设备 92%晶硅技术晶硅技术PV电池制造设备：电池制造设备：国内设备制造厂（所）已具备了PV电池生产线整线装备能力：清洗制绒机 扩散炉 刻蚀机 PECVD 丝网印刷机 低温烘干炉 烧结炉 48所、45所、2所、七星华创、43所恒力公司 设备技术水平整体不高，缺乏自动化的大生产设备 以单机供应客户为主，不能向客户提供“交钥匙”的完整成套生产线设备 趋势：批次加工设备 全自动连续（in line)加工设备 手动 单机自动化 整线自动化 适应薄硅片（200m)的加工设备 BTU 连续式链式扩散炉（151.5m）：10-35

13、MW/年；烘干/烧结一体炉：30 MW/年ROTH&RAU PECVD抗反射层镀膜设备：10-100 MW/年18 清洗清洗 制绒制绒 扩散扩散 刻蚀刻蚀 去去PSGPSG制备制备氮化硅氮化硅 印刷印刷背电极背电极 烘干烘干 印刷印刷背电场背电场 烘干烘干 印刷印刷正电极正电极 烘干烘干 烧结烧结 测试测试 分选分选 包装包装19 影响太阳能电池光电转换效率的主要因素有：（一）、晶体硅电池片本身晶格质量（二）、硅片表面绒面质量（三）、PN结质量（四）、周边PN结去除质量（五）、减反射氮化硅膜质量（六）、金属栅线印刷质量（七）、欧姆接触表面质量 与之相对应的关键工艺设备有：（一）清洗制绒设备（二

14、）扩散炉（三）刻蚀机（四）PECVD（五）丝网印刷机（六）快速烧结炉20序号工工 艺艺相应设备（仪器相应设备（仪器）1去表面损伤层、氧化层清洗机清洗机2制作减反射绒面制绒机制绒机3甩干、烘干甩干机4抽样测试绒面制作效果光学显微镜5制作PN结扩散炉扩散炉6测试硅片扩散的质量均匀性四探针测试仪7去除周边PN结刻蚀机刻蚀机8抽测周边刻蚀效果PN结测试仪9去除电池片表面磷硅玻璃清洗机清洗机10甩干、烘干甩干机11表面沉积氮化硅减反射膜PECVDPECVD12测量减反射膜均匀性椭偏仪21序号工工 艺艺相应设备（仪器）相应设备（仪器）13背电极印刷丝网印刷机（共三个头）丝网印刷机（共三个头）14背电极的烘

15、干低温烘干炉低温烘干炉15铝背场印刷丝网印刷机丝网印刷机16铝背场的烘干低温烘干炉低温烘干炉17正面栅线电极印刷丝网印刷机丝网印刷机18金属电极栅线的烧结、熔合高温烧结炉高温烧结炉19测试电池光电转换效率效率测试仪20分选分检机分检机21电池组件电极的连接光焊机22太阳能电池组件的封装层压机23扩散、PE等石英器件的清洗石英管清洗机2223功能：去除硅片表面油污、损伤层、金属离子，制功能：去除硅片表面油污、损伤层、金属离子，制 绒、自然氧化。绒、自然氧化。1、清洗液自动搅动技术，清洗、清洗液自动搅动技术，清洗/制绒效果更好制绒效果更好2、节水节液技术，降低清洗成本、节水节液技术，降低清洗成本3

16、、新型非金属材料融合技术，有效杜绝了微漏，、新型非金属材料融合技术，有效杜绝了微漏，保护了电气系统，更可靠更安全保护了电气系统，更可靠更安全4、环保清洗、环保清洗/制绒液的应用，降低了后续处理成本制绒液的应用，降低了后续处理成本24功能：向硅片内掺入五价功能：向硅片内掺入五价P-P-离子，结深在离子，结深在0.30.30.5m,0.5m,电阻在电阻在20207070/间间（1）大容量反应器热场及气氛场控制技术）大容量反应器热场及气氛场控制技术（2）闭管扩散减少源消耗技术）闭管扩散减少源消耗技术（3）悬臂载片软着陆技术）悬臂载片软着陆技术（4）洁净扩散技术）洁净扩散技术25262728功能：干法

17、腐蚀，在辉光放电条件下通过功能：干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边周边 低成本紧奏型低成本紧奏型RF电源技术电源技术2930功能：利用辉光放电的物理作用来激活化学功能：利用辉光放电的物理作用来激活化学汽相淀积反应，在硅片表面生长一层氮化硅汽相淀积反应，在硅片表面生长一层氮化硅薄膜薄膜发展方向：大容量、高均匀性、自动装卸发展方向：大容量、高均匀性、自动装卸 片、自适应电极清洗片、自适应电极清洗31关键技术：关键技术：（1）大容量反应器等离子场均匀形成技术）大容量反应器等离子场均匀形成技术（2）先进的石墨电极设计加工技术）先进

18、的石墨电极设计加工技术（3）低频大功率）低频大功率RF稳定输出技术稳定输出技术（4）高稳定性的真空压力控制技术）高稳定性的真空压力控制技术32发展方向：发展方向：1、提高减反射膜致密性、提高减反射膜致密性 2、大反应腔室热场及气氛场、大反应腔室热场及气氛场 3、远程自诊断，提高设备使用率、远程自诊断，提高设备使用率 4、薄硅片软接触，降低碎片率、薄硅片软接触，降低碎片率33功能：利用丝网漏印原理印刷背电极、背电场及栅线、线功能：利用丝网漏印原理印刷背电极、背电场及栅线、线宽可达宽可达50 m，高度可达，高度可达1020 m发展方向：发展方向：1、高速数字影像定位，提高生产率、高速数字影像定位，

19、提高生产率 2、软接触自动机械手，降低碎片率、软接触自动机械手，降低碎片率 3、高精度印刷头，提高电池片寿命、高精度印刷头，提高电池片寿命 34关键技术：关键技术：（1 1）尖峰烧结温度曲线的形成与控制技术）尖峰烧结温度曲线的形成与控制技术（2 2）气帘形成与控制技术）气帘形成与控制技术（3 3）快速冷却技术）快速冷却技术35优劣：优劣：1、长度缩短近三分之二，节省厂房面积、长度缩短近三分之二，节省厂房面积2、点接触步进式传动，热容量小、升降温快，容、点接触步进式传动，热容量小、升降温快，容 易形成尖峰曲线易形成尖峰曲线3、基本无冷却区、基本无冷却区4、烧结均匀性有待提高、烧结均匀性有待提高3

20、6薄膜技术薄膜技术PV电池制造设备电池制造设备：薄膜太阳能电池的制造技术与晶体硅完全不同：半导体层的配置，电池片间的互连及保护层的形成通常在一个工艺链中完成。这种在线连续生产原则和少用材料是其优点，大大降低成本 高产额、低成本、大面积薄膜电池制造设备高产额、低成本、大面积薄膜电池制造设备 AM公司-SunFab薄膜生产线，主要设备有CVD、PVD、PECVD，用5.7 m2 2.2m x 2.6m玻璃 平板的薄膜太阳能电池组件集成生产线 可以用于单结技术或串结技术（非晶硅/微晶硅）,最高产能达 75 MW/年 Nanosolar公司-卷筒-卷筒印刷加工设备 铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池的印刷制造技术 430MW薄膜太阳能电池工厂 United Solar Ovonic公司-三结非晶硅薄膜PV 电池 卷筒式加工设备