1、薄膜太陽能電池的研究現狀與發展趨勢 班級：光電13-2班 姓名：范宇飛 學號：311308000713 日期：2016.05.14摘要- 2 -概述- 3 -非晶硅薄膜太陽能電池 - 4 -銅銦鎵硒薄膜太陽電池- 6 -有機薄膜太陽能電池 - 7 -總結 - 8 -摘要 盡管近年來多晶硅價格大幅下滑，晶硅電池轉換效率穩步提升，薄膜電池成本優勢減弱，發展放緩。但光伏行業正逐步走向技術多元化，晶硅、薄膜、聚光技術的博弈不再局限于成本的比拼，各技術可以在各自的優勢應用領域上拓展市場空間。在未來市場中，薄膜太陽能電池所占的比重將會不斷增加，薄膜太陽能電池的研發將繼續提速。未來光伏建筑一體化的推廣以及國

2、家扶持太陽能電池發展的政策陸續出臺，將推動我國薄膜太陽能電池新一輪的高速發展。另外，薄膜電池已被列入我國太陽能光伏產業“十二五”規劃的發展重點。倡導綠色環保，清潔高效能源是當今時代的主題，越來越受到各國的廣 泛關注。本文概述了包括非晶硅、CIGS、有機在內的薄膜太陽能電池的發展狀況。通過比較這幾種薄膜太陽能電池各自的特點，指出有待解決的問題，展望薄膜太陽能電池的發展趨勢和研究前景。 關鍵詞 : 薄膜太陽能電池、非晶硅、銅銦鎵硒、 有機薄膜太陽能電池 概述 太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，太陽能電池是是一種通過光伏效應將太陽能轉變為電能的一種裝置，是利用太陽能的一種重要形式。 現今，業

3、界對以薄膜取代硅晶制造太陽能電池在技術上已有足夠的把握。日本產業技術綜合研究所于2月已經研制出當今世界上太陽能轉換率最高的有機薄膜太陽能電池，其轉換率已達到現有有機薄膜太陽能電池的4倍。此前的有機薄膜太陽能電池是把兩層有機半導體的薄膜接合在一起，從太陽能到電能的轉換率約為1%。新型有機薄膜太陽能電池在原有的兩層構造中間加入一種混合薄膜，變成三層構造，這樣就增加了產生電能的分子之間的接觸面積，從而大大提高了太陽能轉換率。可折疊薄膜的太陽能電池是一種利用非晶硅結合PIN光電二極管技術加工而成的薄膜太陽能電池。此系列產品具有柔軟便攜、耐用、光電轉換效率高等特點；可廣泛應用于電子消費品、遠程監控/通訊

4、、軍事、野外/室內供電等領域。據中國產業調研網發布的2016年中國薄膜太陽能電池行業現狀研究分析與發展趨勢預測報告顯示，有機薄膜太陽能電池使用塑料等質輕柔軟的材料為基板，因此人們對它的實用化期待很高。通過進一步研究，有望開發出轉換率達20%、可投入實際使用的有機薄膜太陽能電池。未來5年內薄膜太陽能電池將大幅降低成本，屆時這種薄膜太陽能電池將廣泛用于手表、計算器、窗簾甚至服裝上。2016年中國薄膜太陽能電池行業現狀研究分析與發展趨勢預測報告對薄膜太陽能電池行業相關因素進行具體調查、研究、分析，洞察薄膜太陽能電池行業今后的發展方向、薄膜太陽能電池行業競爭格局的演變趨勢以及薄膜太陽能電池技術標準、薄

5、膜太陽能電池市場規模、薄膜太陽能電池行業潛在問題與薄膜太陽能電池行業發展的癥結所在，評估薄膜太陽能電池行業投資價值、薄膜太陽能電池效果效益程度，提出建設性意見建議，為薄膜太陽能電池行業投資決策者和薄膜太陽能電池企業經營者提供參考依據。 目前，人們根據所選用的半導體材料將太陽能電池應用技術分為晶硅和薄膜兩大類。晶硅太陽能電池在現階段的大規模應用和工業生產中占據主導地位，但由于其成本過高，限制了其發展。相比晶硅等其它太陽能電池，薄膜太陽能電池具有生產成本低、原材料消耗少、弱光性能優良等優勢。隨著世界能源緊缺，薄膜太陽能電池作為一種光電功能薄膜，可以有效地解決能源短缺問題，而且無污染，還可以實現光伏

6、建筑一體化，易于大面積推廣。 非晶硅薄膜太陽能電池 非晶硅薄膜太陽能電池是一種以非晶硅化合物為基本組成的薄膜太陽能電池。一、技術優勢 1.生產成本低。由于反應溫度低，可在200左右的溫度下制造，因此可以在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上淀積薄膜，易于大面積化生產，成本較低。單節非晶硅薄膜太陽能電池的生產成本目前可降到1.2美元/Wp。疊層非晶硅薄膜電池的成本可降至1美元/Wp以下。 2.能量返回期短。轉換效率為6%的非晶硅太陽能電池，其生產用電約1.9度電/瓦，由它發電后返回上述能量的時間僅為1.5-2年。 3.適于大批量生產。非晶硅材料是由氣相淀積形成的，目前已被普遍采用的方法是等離子增

7、強型化學氣相淀積法。此種制作工藝可以連續在多個真空淀積室完成，從而實現大批量生產。采用玻璃基板的非晶硅太陽能電池，其主要工序與TFT-LCD陣列生產相似，生產方式均具有自動化程度高、生產效率高的特點。在制造方法方面有電子回旋共振法、光化學氣相沉積法、直流輝光放電法、射頻輝光放電法、濺謝法和熱絲法等。特別是射頻輝光放電法由于其低溫過程，易于實現大面積和大批量連續生產，現成為國際公認的成熟技術。 4.高溫性能好。當太陽能電池工作溫度高于標準測試溫度25時，其最佳輸出功率會有所下降；非晶硅太陽能電池受溫度的影響比晶體硅太陽能電池要小得多。 5.弱光響應好，充電效率高。非晶硅材料的吸收系數在整個可見光

8、范圍內，在實際使用中對低光強光有較好的適應。 上述獨特的技術優勢，令薄膜硅電池在民用領域具有廣闊的應用前景，如光伏建筑一體化、大規模低成本發電站、太陽能照明光源。由于非晶硅薄膜電池的良好前景，包括Sharp、Q-Cells、無錫尚德等在內的諸多企業正大規模進入非晶硅薄膜太陽能電池領域，整個行業的統計數字不斷翻新。二、市場前景 在整個太陽能電池家族中，非晶硅薄膜太陽能電池因為其技術和應用方面的優勢，正在獲得爆發性增長。2007年行業增速約120%，預計未來3年內年均增速高達100%。業內之前曾對非晶硅薄膜太陽能電池持有疑慮，主要原因在于其電池轉化效率較低（5%-9%），而且衰減特別快，使用壽命只

9、有有限的2-3年。而隨著技術的進步，目前主流的非晶硅薄膜電池使用壽命已在10年以上。這使得非晶硅薄膜電池成為目前最被看好的薄膜電池技術之一。 目前國內市場當中，涉及非晶硅薄膜電池的上市公司主要包括：拓日新能、天威保變、綜藝股份、贛能股份。由于非晶硅行業需求迅速擴充，純粹靠購置設備并開展非晶硅薄膜電池的生產，當然也能夠獲得行業擴容帶來的高成長，但長期來看，畢竟只能夠分享到制造業的合理利潤，目前國內如贛能股份的薄膜電池為OEM模式，獲得的就是產業鏈中端的制造業利潤。而一旦行業上了規模，行業的利潤必然向行業的關鍵性瓶頸轉移，有鑒于此，我們更看好掌握關鍵技術的配件生產商和設備提供商。 銅銦鎵硒薄膜太陽

10、電池學術界和產業界普遍認為太陽能電池的發展已經進入了第三代。第一代為單晶硅太陽能電池，第二代為多晶硅、非晶硅等太陽能電池，銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有生產成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等顯著特點，光電轉換效率居各種薄膜太陽電池之首，接近于晶體硅太陽電池，而成本只是它的三分之一，被稱為下一代非常有前途的新型薄膜太陽電池，是近幾年研究開發的熱點。1 優缺點 1.CIGS電池具有性能穩定、抗輻射能力強，光電轉換效率目前是各種薄膜太陽電池之首，被國際上稱為下一代的廉價太陽電池。2.該電池具有柔和、均勻的黑色外觀，是對于外觀有較高要求場所的理想選擇。3.由于銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有敏感的元素配比和復雜的

11、多層結構，因此，其工藝和制備條件的要求極為苛刻，產業化進程十分緩慢。二市場前景 CIGS電池具有與多晶硅太陽能電池接近的效率，具有低成本和高穩定性的優勢，并且產業化瓶頸已經突破，在晶體硅太陽能電池原材料短缺的不斷加劇和價格的不斷上漲背景下，很多公司投入巨資，CIGS產業呈現出蓬勃發展的態勢。目前全球有30多家公司置身于CIGS產業，2006年、2007年世界CIGS電池組件產能分別為17.5MW、60.5MW，在世界光伏市場上占據的份額很小。中國的CIGS產業遠遠落后于歐美和日本等國家和地區，南開大學以國家“十五”“863”計劃為依托，建設0.3MW中試線，現已制備出30cm×30c

12、m效率為7%的集成組件樣品。2008年2月，山東孚日光伏科技有限公司宣布與德國的Johanna合作，獨家引進了中國首條銅銦鎵硫硒化合物商業化生產線。其中CIGS轉換效率足以媲美傳統太陽能電池，加上穩定性和轉換效率都已相當優異，被視為是相當具有潛力的薄膜太陽能電池種類。未來幾年，CIGS薄膜太陽能電池的銷售將會加速增長，到2015年，CIGS將占薄膜太陽能電池市場的43.3%。 有機薄膜太陽能電池 有機太陽能電池以具有光敏性質的有機物作為半導體的材料，以光伏效應而產生電壓形成電流。主要的光敏性質的有機材料均具有共軛結構并且有導電性，如酞菁化合物、卟啉、菁等。一有機太陽能電池的幾種結構1.單質結結

13、構單質結結構是以Schotty 勢壘為基礎原理而制作的有機太陽能電池。其結構為玻璃/金屬電極/染料/金屬電極，利用了兩個電極的功函不同，可以產生一個電場，電子從低功函的金屬電極傳遞到高功函電極從而產生光電流。由于電子空穴均在同一種材料中傳遞，所以其光電轉化率比較低。2.PN 異質結結構P-N 異質結結構是指這種結構具有給體-受體（N 型半導體與P 型半導體）的異質結結構，結構如圖。其中半導體的材料多為染料，如酞菁類化合物、苝四甲醛亞胺類化合物，利用半導體層間的D/A界面（Donor給體，Acceptor受體）以及電子空穴分別在不同的材料中傳遞的特性，使分離效率提高。Elias Stathato

14、s 等人結合無機以及有機化合物的優點制得的太陽能電池光電轉化率在5%6%。3.NPC染料敏化納米晶染料敏化太陽能電池（DSSC）主要是指以染料敏化的多空納米結構TiO2 薄膜為光陽極的一類太陽能電池。它是仿生植物葉綠素光合作用原理的太陽能電池。而NPC 太陽能電池可選用適當的氧化還原電解質從而使光電效率提高，一般可穩定于10%，并且納米晶TiO2 制備簡便，成本低廉，壽命可觀，具有不錯的市場前景。有機薄膜太陽能電池具有材料潛在的低價格、加工容易、可大面積成膜、分子及薄膜性質可設計性、質輕、柔性等顯著優點，但目前有機薄膜太陽能電池光電轉換效率很低、穩定性差，只有將光電轉換效率提高到5以上才可能大規模應用。 總結 當前全球大環境景氣不佳，傳統硅晶太陽能電池廠正面臨售價跌破成本壓力，但薄膜太陽能電池具成本優勢，逐步嶄露頭角。薄膜電池已成為國內光伏領域新的投資熱點。薄膜太陽能電池因為低成本、低材料消耗、不斷提高的轉換效率，在未來光伏電池技術發展中占有越來越重要的位置，很多研究人員都在致力于薄膜太陽能的研究和開發。不同類型的薄膜太陽能電池具備各自的優缺點。a-Si薄膜太陽能電池成本較單晶Si太陽能電池低，但由于存在光致衰退效應，目前很難發展為具有穩定高效率的太陽能