太陽電池研發(fā)現(xiàn)狀與最新發(fā)展概述

洪瑞江博士教授

中山大學(xué)

太陽能系統(tǒng)研究所電力電子及控制技術(shù)研究所太陽電池研發(fā)現(xiàn)狀與最新發(fā)展目錄：1.太陽電池簡介

4.太陽電池新技術(shù)發(fā)展2.世界大型光伏電站介紹3.幾種太陽電池的性能比較新能源分類新能源廣義上來說，有別于傳統(tǒng)依靠礦物質(zhì)原料燃燒的能源都稱之為新能源。

太陽能風(fēng)能生物質(zhì)能核能地?zé)帷⒊毕堋Y源豐富、利用方便、潔凈無污染中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì)

《中國新能源與可再生能源發(fā)展規(guī)劃1999白皮書》

太陽能利用的重要途徑之一是研制太陽電池！WaveTidePV可再生核能歐洲聯(lián)合研究中心對(duì)未來能源發(fā)展預(yù)測(cè)太陽電池原理光伏發(fā)電廠電池片電池組件200-m厚的硅片234太陽電池分類薄膜電池晶體硅電池硅基薄膜電池單晶硅電池多晶硅電池化合物半導(dǎo)體薄膜電池HIT銅銦鎵硒（CIGS）砷化鎵（GaAs）碲化鎘（CdTe）非/微晶硅疊層電池（α-Si）非晶硅(α-Si)太陽電池30%limit(singlejunction)Source:NREL種類最高效率(%)單晶硅24多晶硅18非晶硅13CIS，CIGS~20DSSC11多結(jié)（例如GaAs，InGaP~42單晶硅多晶硅TF非晶硅太陽電池效率光伏產(chǎn)業(yè)基本產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)備生產(chǎn)商電池生產(chǎn)商組件生產(chǎn)商原料供應(yīng)商發(fā)電應(yīng)用研發(fā)中心質(zhì)量檢測(cè)晶體硅太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈太陽能級(jí)多晶硅料單晶硅棒多晶硅錠多晶電池組件多晶硅太陽電池片多晶硅片單晶電池組件單晶硅太陽電池片單晶硅片太陽能發(fā)電站(系統(tǒng))各個(gè)環(huán)節(jié)都有技術(shù)提升的要求，也取得了一些進(jìn)展。晶體硅和薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)比Thinfilm

高度整合硅棒、硅錠硅片電池單元電池板接線貼盒安裝售電電池單元光伏組陣接線貼盒安裝售電生產(chǎn)設(shè)備輔助設(shè)備薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)鏈晶體硅太陽電池產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)澜缣栮栯姵禺a(chǎn)產(chǎn)量1999-2008世界太陽陽電池07/08安裝量07年：2.4GW08年：5.65GW全球50大光伏發(fā)電站容量安裝地點(diǎn)建造商,建造時(shí)間60MW西班牙,OlmedillaNobesol,September200850MW西班牙,Puertollano(Castila-LaMancha)Renovalia,200846MW葡萄牙,Moura(Alentejo)ACCIONAEnergia,December200840MW德國,BrandisjuwiGmbH,2007-200834MW西班牙,Arnedo(LaRioja)T-Solar,October200830MW西班牙,OsadelaVega(Cuenca)200830MW西班牙,Trujillo(Cáceres)Elecnor,200830MW西班牙,Merida(Extremadura)DeutscheBankAG等，September200828MW西班牙,CasasdeLosPinosRenovalia,200826MW西班牙,Fuenteálamo(Murcia)August200824MW韓國,SinanConergyLtd.,October200823.2MW西班牙,LucainenadelasTorres(Almeria)NewEnergyInvestGmbH,August200823.1MW西班牙,Abertura(Caceres)Iberdrola,200823MW西班牙,HoyadeLosVincentes,JumillaLuzentia,January2008容量安裝地點(diǎn)建造商,建造時(shí)間22.1MW西班牙,Almaraz(Caceres)OPDE,September200821.47MW西班牙,ElCoronil(Andalucia)APIAXXI,200821.2MW西班牙,CalavéronEPURONGmbH,200820MW韓國,首爾200920MW西班牙,Calasparra(Murcia)200820MW西班牙,Beneixama(Alicante)CitySolarAG，AccenerS.L.,September200718MW西班牙,Olivenza(Badajoz)November200818MW西班牙,ElBonillo(Albacete)October200810.8MW西班牙,LasGabias(Granada)200817.3MW德國,Turnow-PreilackjuwiHolding,200915MW西班牙,CalzadadeOropesa(Toledo)200915MW韓國,Gochang(Jeollabukdo)Solarworld,October200815MW西班牙,Mahora(Castilla-La-Mancha)CitySolarAG,September200814.75MW德國,K?then(Sachsen-Anhalt)juwiHolding,December200814.2MW美國,Nellis,NVSunPowerCorp.,December2007ClassVII>20MWClassVI10-20ClassV5-10ClassIV3-5ClassIII1-3ClassII0.5-1ClassI0.2-0.5全球大型型光伏電電站的安安裝情況況(1995-2008)(plants)世界最大大PV發(fā)電站：：西班牙牙Olmedilla60MW德國最大大PV發(fā)電站：：Lieberose-solarpark40MW北美最大大PV發(fā)電站：：美國LasVegas空間基地地14MW西班牙Almeria15.4MW3、組件測(cè)測(cè)試結(jié)果果（Photon發(fā)布）組件仍以以晶體硅硅為主，，其中：：1456塊多晶；；995塊單晶；；8塊復(fù)合（（晶體/非晶）占93%不同組件件的效率率分布及及平均值值不同組件件的功率率分布Poly:190WattsMono:187Watts16家光伏組組件每千千瓦年發(fā)發(fā)電量比比較(kWh/kW)16家光伏組組件每月月發(fā)電量量比較(kWh/kW)4、新技術(shù)術(shù)發(fā)展電池“第三代代光伏電電池”概概念物理提純純硅片電電池激光工藝藝應(yīng)用高效電池池-背電極選擇發(fā)射射極電池池電極新工工藝----銀電極取取代組件技術(shù)術(shù)中空組件件建筑組件件全新工藝藝第三代光光伏電池池以高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效率率、原料料儲(chǔ)藏豐豐富等為為設(shè)計(jì)出出發(fā)點(diǎn)，，主要包包括疊層層光伏電電池、多多能帶光光伏電池池、沖擊擊離子化化光伏電電池、熱熱載流子子光伏電電池、上上下轉(zhuǎn)換換光伏電電池、熱熱光伏電電池等；；目前第三三代光伏伏電池多多數(shù)還處處于探索索階段，，少數(shù)技技術(shù)已成成熟并逐逐漸進(jìn)入入商業(yè)化化。4.1“第三代代光伏電電池”概概念疊層太陽陽電池將將采用不不同禁帶帶寬度材材料制備備的太陽陽電池疊疊加起來來，沿太太陽光入入射方向向電池材材料的禁禁帶寬度度依次降降低，因因此，入入射的太太陽光可可以得到到很好的的過濾，，能量高高的光子子被禁帶帶寬度大大的電池池吸收，，能量低低的光子子被禁帶帶寬度小小的電池池吸收。。關(guān)鍵技術(shù)術(shù)：隧道道結(jié)，疊疊層電池池匹配；；分類：非晶硅體體系(α-Si:H/α-SiGe:H、μc-Si:H/α-Si:H)，Ⅲ-Ⅴ族化合物物體系(GaInP/GaAs/Ge、GaInP/GaAs、GaAs/GaSb)硅量子點(diǎn)點(diǎn)體系(Si/SiO2、Si/Si3N4、Si/SiC)等。疊層太陽陽電池(Tandemcells)疊層太陽陽電池(Tandemcells)三疊層最最理想上下轉(zhuǎn)換換太陽電電池(upanddownconversionsolarcells)利用上轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換材料料，將兩兩個(gè)不能能被太陽陽電池吸吸收的低低能光子子轉(zhuǎn)換為為一個(gè)可可被太陽陽電池吸吸收的高高能光子子；利用下轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換材料料，將一一個(gè)高能能光子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為兩兩個(gè)可被被太陽電電池吸收收的低能能光子。。Trupke.T,etal.Journalofappliedphysics,2002,92:4117-4122Trupke.T,etal.Journalofappliedphysics,2002,92:1668-1674上下轉(zhuǎn)換換光伏電電池材料料上轉(zhuǎn)換材材料主要要是一些些稀土化化合物(如Ba2ErCl7,BaLn2F8等)和稀土摻雜雜的氧化物物、氟化物物、氯化物物和硫化物物等；2005年Shalav等人將工業(yè)業(yè)上應(yīng)用的的NaYF4:Er3+上轉(zhuǎn)換材料料應(yīng)用到硅硅太陽電池池的背面，，電池在在激發(fā)波長長為1523nm，功率為5.1mW的光輻照下下，外量子子效率達(dá)到到2.5%，內(nèi)量子效效率達(dá)到3.8%。下轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換材材料料：：1999年，，Rene等人人發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)LiGdF:Eu3+在室室溫溫下下可可將將一一個(gè)個(gè)紫紫外外光光子子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換(quantumcutting)為兩兩個(gè)個(gè)可可見見光光子子，，其其量量子子效效率率接接近近200%激光光摻摻雜雜(Laserdoping)有選選擇擇性性發(fā)發(fā)射射結(jié)結(jié)電電池池指交交型型全全背背電電極極結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)電電池池高速速打打印印：：10萬個(gè)個(gè)噴噴嘴嘴，，每每秒秒噴噴出出20-30萬滴滴高速速攝攝影影，，質(zhì)質(zhì)量量控控制制硅片片做做得得更更薄薄，，不不會(huì)會(huì)損損壞壞4.2高速速打打印印技技術(shù)術(shù)4.3薄硅硅片片技技術(shù)術(shù)真空空室室：：離離子子針針注注入入H+離子子，，離離表表面面150微米米加熱熱，，氫氫釋釋放放使使薄薄硅硅片片自自然然分分離離4.4晶體體硅硅太太陽陽電電池池組組件件的的成成本本構(gòu)構(gòu)成成晶體體硅硅太太陽陽電電池池組組件件自自動(dòng)動(dòng)化化生生產(chǎn)產(chǎn)線線一般般組組件件：：單單層層結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu):玻璃璃/TPT；玻玻璃璃/玻璃璃建筑筑組組件件：：雙雙層層結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)：：玻玻璃璃/玻璃璃－－隔隔熱熱；；玻玻璃璃/玻璃璃-隔熱熱-安全全玻玻璃璃4.5