1、Laser Solutions2022-2-7薄膜太陽能電池激光解決方案劉良清光學工程師武漢凌云光電2010年10月武漢凌云光電http:/ 3太陽能以其儲量的“無限性”、存在的普遍性、開發利用的清潔性等優勢，是理想的替代能源。 1全球石油、天然氣、煤、鈾儲量利用年限分別為40、50、200、60年。武漢凌云光電http:/ 自自 2000 年以來，全球經濟的繁榮推動了對能源的巨大的需年以來，全球經濟的繁榮推動了對能源的巨大的需求，原油價格一度在求，原油價格一度在 2008 年暴漲到年暴漲到 147 美元美元/桶，今天亦在桶，今天亦在 70美元美元/桶之上。于此同時，在全球氣候變暖的壓力之下，

2、各國政桶之上。于此同時，在全球氣候變暖的壓力之下，各國政府都積極尋求合適的替代能源，以達到減排的目的。太陽能作府都積極尋求合適的替代能源，以達到減排的目的。太陽能作為取之不盡、用之不竭的清潔能源具有非常大的發展潛力。在為取之不盡、用之不竭的清潔能源具有非常大的發展潛力。在各國政府的政策支持下，太陽能產業近年來發展十分迅速，根各國政府的政策支持下，太陽能產業近年來發展十分迅速，根據據 EPIA 數據，全球累計裝機容量從數據，全球累計裝機容量從 2000 年的年的 1.4GW 增長到增長到 2009 年的年的 22.9GW。其中，。其中，2009 年的裝機容量更是達到年的裝機容量更是達到7.2GW

3、政府扶持政府扶持高速發展高速發展武漢凌云光電http:/ 盡管經歷了金融危機的沖擊，盡管經歷了金融危機的沖擊，2009 年全球市場還是同比增長年全球市場還是同比增長 15%，取得，取得了了7.2GW 的裝機容量。其中，德國是全球最大的市場，達到的裝機容量。其中，德國是全球最大的市場，達到 3.8GW，同比，同比增長了增長了109%，占據整個市場的半壁江山，占據整個市場的半壁江山,約為約為 52%；排名次席是意大利市場；排名次席是意大利市場的的 711MW；歐洲其他國家像捷克、比利時和法國則各自安裝了；歐洲其他國家像捷克、比利時和法國則各自安裝了 411MW、292MW 和和 285MW；但是；

4、但是 2008 年的市場份額最大的國家西班牙因政策調整，年的市場份額最大的國家西班牙因政策調整，2009 年裝機容量從年裝機容量從 2008年的年的 2600MW 驟降到驟降到 69MW。歐洲以外，主要貢。歐洲以外，主要貢獻來自于日本和美國，分別安裝了獻來自于日本和美國，分別安裝了 484MW和和474MW。武漢凌云光電http:/ 50%左右份額左右份額 在供給一端，其中產業鏈的上游太陽能級多晶硅方面，美國約占在供給一端，其中產業鏈的上游太陽能級多晶硅方面，美國約占 39%，歐洲和中國則各占歐洲和中國則各占 18%，日本占，日本占 12%，亞洲，亞洲 其他國家占其他國家占 13%；而晶片方面

5、，；而晶片方面，中國大陸則是最大的生產國，約占全球產能的中國大陸則是最大的生產國，約占全球產能的 47%，歐洲以，歐洲以 17%的份額占據的份額占據次席，中國臺灣地區和日本分別占次席，中國臺灣地區和日本分別占 12%和和 9%；在多晶硅組件方面，中國和歐；在多晶硅組件方面，中國和歐洲各占據洲各占據 54%和和 28%的份額；薄膜組件方面，歐洲占的份額；薄膜組件方面，歐洲占 31%，中國和日本各占，中國和日本各占16%，美國占，美國占11%。武漢凌云光電http:/ 年起市場份額逐漸超過年起市場份額逐漸超過單晶硅單晶硅銅銦鎵硒薄膜電池銅銦鎵硒薄膜電池制造工藝較難控制，潛力還制造工藝較難控制，潛力

6、還很大很大 碲化鎘薄膜電池碲化鎘薄膜電池考慮毒性及環境影響，發考慮毒性及環境影響，發展較慢展較慢柔性薄膜電池柔性薄膜電池前景不錯，正在逐步發展前景不錯，正在逐步發展 發端于研發、獲權于法律，而價值來自于市場發端于研發、獲權于法律，而價值來自于市場以經營為核心以經營為核心武漢凌云光電http:/ 太陽能電池發電原理太陽能電池發電原理利用特定半導體材料的光伏效應利用特定半導體材料的光伏效應太陽能電池分類太陽能電池的分類太陽能電池的分類武漢凌云光電http:/ 太陽能電池的分類太陽能電池的分類武漢凌云光電http:/ 各種太陽能電池的轉換效率比較太陽能電池的分類太陽能電池的分類武漢凌云光電http:

7、/ 不同材料類型薄膜太陽能電池的特點不同材料類型薄膜太陽能電池的特點晶硅（c-Si）非晶硅（a-Si）銅銦(鎵)硒（CIS/CIGS）碲化鎘（CdTe）砷化鎵（GaAs）制造成本預期成本$2.4-2.7/瓦 $1.75/瓦$2.0/瓦$1.25/瓦$2.4-2.7/瓦$1.0-2.0/瓦$1.14/瓦（First Solar，2008）$0.6/瓦非常高效率15-20%6-10%10-14%(19.5%-NREL)9-11%30-35%主要優勢技術成熟產品穩定市場活躍靈活性強效率高，靈活性強，材料穩定效率較高，靈活性強技術成熟可集成主要不足價格高，原料消耗大效率低長期老化有毒氣體成本高（In）

8、原料儲量有限公眾認可度較低（毒性）（Te）儲量有限成本高太陽能電池的分類太陽能電池的分類武漢凌云光電http:/ 從長遠角度考量，薄膜太陽能光伏產業其實依然是一個具有前瞻性與可持續發展的行業。 l 薄膜太陽能技術，最主要的競爭優勢是在成本。薄膜材料需要的反應溫度低，可以在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上淀積，易于大面積生產。目前，在平板顯示領域，基于大面積有源矩陣驅動的TFT-LCD工藝已十分成熟，可借鑒其大面積非晶硅均勻性成膜的工藝和設備，來生產薄膜硅太陽能電池。美國、歐洲和日本的半導體設備供應商，都在積極努力角逐這一市場。從5代線(基板規格1.1米1.3米)起步，到8.5代(基板規格2

9、.2米2.6米)生產線。目前，中國已有京東方、上廣電、龍騰光電三家廠商的三條5代TFT-LCD面板生產線實現量產，因此，我國在相關技術與設備上也已作了一定準備。當然，薄膜太陽能的特性是基于大量量產后的成本降低，成本競爭優勢是長期的。 太陽能電池的發展趨勢太陽能電池的發展趨勢武漢凌云光電http:/ 其次，與晶體硅太陽電池比較，非晶硅薄膜太陽能電池的溫度轉換系數低，即轉換效率較不受氣溫影響，且受照度影響也較小，即在低照度下仍可維持較佳的轉換效率。有數據統計，在裝設相同瓦數的發電機組情況下，非晶硅薄膜的年度總發電量比傳統結晶硅高出約10%。l 薄膜太陽能電池還有一個重要優點是適合作與建筑結合的光伏

10、發電組件：雙層玻璃封裝剛性的薄膜太陽能電池組件，可以根據需要，制作成不同的透光率，可以部分代替玻璃幕墻，而不銹鋼和聚合物襯底的柔性薄膜太陽能電池適用于建筑屋頂等需要造型的部分。既具有漂亮的外觀，又能發電，其透明導電薄膜還能很好地阻擋外部紅外射線的進入和防止內部熱能散失。城市土地的稀缺性，決定了薄膜太陽能具有更廣闊的發展前景。 l 根據PVNET的估算，2010年薄膜太陽能電池將占全體太陽能電池產量的8%，而至2015年將上升至13%，到2020年時，薄膜太陽能電池的產量將占當年度太陽能電池總產量的30%。 太陽能電池的發展趨勢太陽能電池的發展趨勢武漢凌云光電http:/ 1998年以前，單晶硅

11、電池占市場主導地位，其次是多晶硅電池。 從1998年起，多晶硅電池開始超過單晶硅躍居第一。 非晶硅從80年代初開始商業化，由于效率低和光衰減問題，市場份額先高后低。 CdTe電池從80年代中期開始商業化生產，市場份額增加緩慢，Cd的毒性是原因之一； CIS電池的產業化進程比較緩慢，生產工藝難于控制，In是稀有元素； Sanyo公司a-Si/c-Si電池商業化僅兩三年，發展迅速。太陽能電池的商業化趨勢太陽能電池的商業化趨勢武漢凌云光電http:/ 從轉換效率來看，晶體硅電池轉換效率較高，一般為1419%，其中，單晶硅效率最高，而薄膜電池的轉換效率為612%左右。 目前，雖然薄膜電池具有轉換效率低

12、的劣勢，卻也同時具備成本低廉的優勢。多晶硅是整個晶體硅電池產業鏈中技術壁壘最為復雜的一環，但長期的高凈利率水平必然不會長期維持，而現在多晶硅價格出現暴跌，市場一度十分悲觀。而薄膜電池將具有廣闊的發展前景。薄膜電池基本上分為：非/微晶硅薄膜電池、CIGS薄膜電池和CdTe薄膜電池三種。其中，GIGS的轉換效率最高，約為1012%，CdTe的轉換效率次之，約為8.5%10.5%，非/微晶電池最低，一般為68%；但從原材料的可獲取性來看，非/微晶電池的原材料為硅烷，最為普遍，而另外兩種電池的原材料中均包含稀有元素化合物，可獲取性較低。 太陽能電池的發展趨勢太陽能電池的發展趨勢武漢凌云光電http:/

13、 (玻璃等)系統薄膜型光伏電池價值鏈武漢凌云光電http:/ Contact）。透明導電層具有導電和透光特性；有源層（例如非晶硅a-Si）吸收光能并轉換為電能；背電極層作為電池單元的另一個導電電極。而基底材料可以是玻璃、金屬板或者塑料等。武漢凌云光電http:/ Technology Presentation page 25薄膜太陽能電池組件生產線模型圖薄膜太陽能電池組件生產線模型圖Technology產品序列產品序列 鍍膜工序 活化 濺射沉積 封裝武漢凌云光電http:/ 50 cm2/s- Resistance from 30 MOhm to 100 TOhm薄膜太陽能電池的制作工藝薄膜太

14、陽能電池的制作工藝清邊清邊薄膜電池基板清邊工序，需要清除的邊緣寬度通常為10mm-15mm，工作方式可選：可以是激光不動，平臺往復運動；也可以是平臺單向運動，配合激光掃描（振鏡方式）。兩種方式各有優劣。武漢凌云光電http:/ 更高的工作效率需要振鏡速度更快，但振鏡存在上限速度，且壽命受到影響。武漢凌云光電http:/ 薄膜太陽能電池可用于薄膜太陽能電池可用于建設辦公大樓幕墻光伏建設辦公大樓幕墻光伏發電，也可用于移動設發電，也可用于移動設施發電，例如汽車，手施發電，例如汽車，手提電腦，電子表，電動提電腦，電子表，電動玩具等。玩具等。薄膜太陽能電池的應用薄膜太陽能電池的應用武漢凌云光電http:/ 4000mm/s)2W (2000mm/s)4W (4000mm/s)2W (2000mm/s)4W (4000mm/s)8W (300um)15W(400um)300W(0.6mm)500W(0.8mm)激光模式基模基模基模基模多模脈沖寬度20ns20ns20ns20ns100ns穩定性3%3%3%3%8%光束整形選配選配選配無無武漢凌云光電http:/ 光