薄膜太陽能電池及制造工藝1精選ppt課件2021地球天然資源有限，物以稀為貴，原油價格將持續飚漲世界和中國主要常規能源儲量預測I.太陽能電池技術及光伏產業背景知識2精選ppt課件2021全球能源短缺，而且分布不均勻，尤其是發展中國家能源匱乏。NASA拍攝的地球夜晚衛星圖片3精選ppt課件20211928年與2004年阿根廷的冰川消退對照溫室效應使地球平均氣溫持續升高4精選ppt課件2021京都議定書的實施，世界各國降低溫室氣體排放，實行減碳措施，重視地球環保，開發潔凈新能源刻不容緩。5精選ppt課件20212006年中國一次能源消費構成能源消費結構不合理—煤炭比例過高6精選ppt課件2021中國未來電力發展的預測（中國電力科學院）電力缺口逐年增加7精選ppt課件2021人類未來50年面臨的十大問題，以“能源”問題為首。8精選ppt課件2021我們可以怎樣解決能源危機？1.增加及改善能源(煤、石油、天然氣)的生產

2.節約及保護能源3.利用其它能源(可再生能源)9精選ppt課件2021缺點：有限資源；價格昂貴；環境破壞。非再生能源(Non-renewableenergy)A.煤B.石油C.天然氣10精選ppt課件2021節約及保護能源把不需要的電器用品關掉。減少在夏季使用冷氣的機會。盡量使用公共交通工具。使用節省能源的汽車或機器。11精選ppt課件2021尋找新型清潔能源是解決問題的唯一途徑可再生能源不斷補充（Constantlyreplenishing）用之不竭（Inexhaustible）分類太陽能、風能、生物能、地熱能、水利發電、氫能、海洋能12精選ppt課件2021使用其它能源(再生動力資源)水力發電

(H.E.P)風力發電

(WindPower)13精選ppt課件2021地熱能發電太陽能發電14精選ppt課件2021潮汐發電15精選ppt課件2021可再生能源的優點環保（Environmentalbenefits）可持續（Sustainability）能源安全（Energysecurity）16精選ppt課件2021太陽給地球1.5天提供的能量相當于全球可供開采石油的總量（3萬億桶）。太陽給地球1小時的能量可供全球人類使用一年。

太陽提供給地球1秒鐘的能量，相當于2008年汶川8.0級地震所釋放的能量。1、數量巨大：太陽能夠給地球提供驚人的能量。太陽能的優點：太陽能：唯一的兆兆瓦量級再生能源！地球上幾乎所有地方都能使用太陽能。17精選ppt課件2021世界能源發展趨勢2、時間長久：太陽能發電在全球未來能源結構中扮演著重要的地位。太陽能：取之不盡，用之不竭！18精選ppt課件20213、普照大地太陽輻射能“送貨上門”，既不需要開采和挖掘，也不需要運輸。普天之下，無論大陸或海洋，無論高山或島嶼，都一視同仁“。既無”專利“可言，也不可能進行壟斷，開發和利用都極為方便。世界太陽能資源地圖陽光對地球各個地區的供應比其他資源的供應公平得多。19精選ppt課件20214、清潔安全①對防止地球溫暖化，減輕對地球環境的貢獻從太陽能發電系統排放的二氧化碳，即使是考慮其生產過程的排放量，也絕對少于傳統的燃料發電設備，是防止地球溫暖化的環保設備。同時在發電時，不排放氧化硫，氧化氮等污染物,減輕了對環境的壓力。太陽能素有“干凈能源”和“安全能源”之稱。它不僅毫無污染，遠比常規能源清潔；也毫無危險，遠比原子核能安全。20精選ppt課件2021例:3ｋW太陽能發電系統對環境污染物的削減量石油替代量:729L/年減排放CO2能力:540kg-C/年森林面積換算:5544m221精選ppt課件2021②對能源和節能的貢獻太陽能電池2.2年的發電量即可收回制造太陽能電池時使用的電力22精選ppt課件2021三分之二的國土面積年日照小時數在2200小時以上年太陽輻射總量大于每平方米5000兆焦。中國太陽能資源分布情況23精選ppt課件2021中國有12%國土面積為沙漠或戈壁灘，這些地區年日照小時數在3200小時以上，如果在這些地區全部安裝太陽能電池發電，其電力足于供給全球使用。其發展潛力遠遠沒有挖掘出來。中國沙漠戈壁分布情況24精選ppt課件2021太陽能的利用太陽能的利用可以分為兩種：即光-熱轉化利用和光-電轉化利用。太陽能集熱器太陽能熱水系統暖房太陽能熱水器太陽能灶25精選ppt課件2021太陽能電池原理

太陽能電池（英文為SolarCell）是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片。它只要被光照射，瞬間就可輸出電流。在物理學上稱為光伏（Photovoltaic）。簡單的說，太陽光電的發電原理，是利用太陽電池吸收一定波長的太陽光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。26精選ppt課件2021太陽能電池技術發展：第一代太陽能電池：結晶硅類，單晶硅、多晶硅太陽能電池。

第二代太陽能電池：薄膜太陽能電池，如硅基薄膜電池，CIGS

薄膜等。

第三代太陽能電池：量子點型新概念，新結構的電池，如染料敏化電池，有機薄膜電池，納米結構電池等。第四代太陽能電池：熱電子型。

27精選ppt課件2021太陽能電池轉換效率世界記錄28精選ppt課件2021高效太陽電池榜29精選ppt課件2021技術路線實驗室最高轉換效率批量生產效率組件成本（美元/W）優缺點晶體硅太陽能電池單晶硅24.70%17%2.29硅耗大、成本高多晶硅20.30%16%2.25硅耗大、成本高薄膜太陽能電池非晶硅薄膜電池12.80%6%-7%1.0-1.5硅耗小、投資大、有衰減其他聚光太陽能電池40.70%30%3效率高、成本高三種主要光伏發電技術比較30精選ppt課件2021太陽能光伏術語：光伏(Photovoltaic,PV)光能到電能的直接轉換太陽能電池（Solarcells）太陽能電池模組（Solarmodules）太陽能電池板（Solarpanels）建筑光伏一體化（BuildingIntegratedPhotovoltaics，BIPV）非晶硅（amorphousSilicon,a-Si

）多晶硅（polycrystallinesilicon,

p-Si）單晶硅（crystallinesilicon,c-Si）銅銦鎵硒（CopperIndiumGalliumDiselenide,CIGS）31精選ppt課件2021電池模組陣列32精選ppt課件2021TUV：德國萊茵技術監護顧問公司的簡稱，它的總部位于德國，是專門測試電子產品安全的研究機構，TUV的測試依據是按照IEC與VDE所訂的安規測試規范條例測試，因其產品必須先取得TUV的安全認證后，才能在歐洲市場上銷售。UL是英文保險商試驗所（UnderwriterLaboratoriesInc.）的簡寫。UL安全試驗所是美國最有權威的，也是界上從事安全試驗和鑒定的較大的民間機構。它是一個獨立的、非營利的、為公共安全做試驗的專業機構。在美國，對消費者來說UL就是安全標志的象征。全球，UL是制造廠商最值得信賴的合格評估提供者之一。33精選ppt課件2021“CE”標志是一種安全認證標志，被視為制造商打開并進入歐洲市場的護照。CE代表歐洲統一（CONFORMITEEUROPEENNE）。凡是貼有“CE”標志的產品就可在歐盟各成員國內銷售，無須符合每個成員國的要求，從而實現了商品在歐盟成員國范圍內的自由流通。在歐盟市場“CE”標志屬強制性認證標志，不論是歐盟內部企業生產的產品，還是其他國家生產的產品，要想在歐盟市場上自由流通，就必須加貼“CE”標志，以表明產品符合歐盟《技術協調與標準化新方法》指令的基本要求。這是歐盟法律對產品提出的一種強制性要求。必須由總部位于歐盟成員國的認證機構才可以簽發證書。自80年代末以來，已有一批外資認證機構進駐中國。34精選ppt課件2021部件名稱:太陽能電池：吸收太陽能,將太陽能轉換成直流電能；控制器：控制蓄電池的充放電深度,延長蓄電池使用壽命；蓄電池：儲存太陽能電池板產生的電能,必要時,向負荷提供直流電力；逆變器：將直流輸入電力轉換成交流電力輸出。系統簡介35精選ppt課件2021History-1975Waferedsilicontooexpensive36精選ppt課件2021History-1975WaferedsilicontooexpensiveWhatactuallyhappened37精選ppt課件2021IssuestodaySiliconpanelsPast:‘accidental’technologyPresent:cleartechnologyofchoice,continuedcostreductionFuture:‘crossroads’,butnotgoingawayThinfilmEfficienciesfinallybecomingcompetitiveButthere’smoretothestorythanjustefficienciesBestonbig,commercialroofswithlotsofspace?ConcentrationNolongerjustthermal-onlyButinstallersdon’twantmovingpartsPredicatedonsiliconbeingexpensive38精選ppt課件2021BenefitsanddrawbacksSiliconPVThinFilmConventionalConcentrationLowsiliconconsumption

Lowcost

Highefficiency

Lowmaintenance

Allclimates

39精選ppt課件2021CostDevelopment2002-2010SiliconWaferCellModule40精選ppt課件2021Reducedwaferthicknessover10years2000 2004 2005 2006 2007100 125 156 156 156

156/210mmlengthofwaferedge

Waferthickness,producedindustrially[μm]

mainthickness

400 340

330

330 300 300270 270 270

270

270 240 240

240

210 210 210 210 210

210

180

180100200300400Waferthickness[μm]41精選ppt課件2021

Siliconfoiltechnologydevelopment

EdgedefinedFilm-fedGrowthStringRibbonSiliconSheetfromPowderRibbonGrowthonSubstrate42精選ppt課件2021Thin-Filmdepositionof100meterplusrollsCell/SubmoduleManufacturingModuleFinishingDeploymentProcesstoProduct43精選ppt課件2021ProductstoMarketRuggedEnvironmentCommercialProductsStandardSolarModulesSiliconCellReplacement44精選ppt課件202145精選ppt課件202146精選ppt課件202147精選ppt課件202148精選ppt課件202149精選ppt課件202150精選ppt課件202151精選ppt課件202152精選ppt課件202153精選ppt課件202154精選ppt課件202155精選ppt課件202156精選ppt課件202157精選ppt課件202158精選ppt課件202159精選ppt課件202160精選ppt課件202161精選ppt課件202162精選ppt課件202163精選ppt課件202164精選ppt課件202165精選ppt課件202166精選ppt課件202167精選ppt課件202168精選ppt課件202169精選ppt課件202170精選ppt課件202171精選ppt課件202172精選ppt課件2021（三）、薄膜電池制造產業鏈分析在金融危機之前，高昂的多晶硅價格制約了光伏產品的應用發展，在這種情況下，不少人對低價的薄膜太陽能電池寄予厚望，認為它將是晶體硅電池最大的競爭對手。但是這場危機沖擊得海外市場嚴重萎縮，導致多晶硅價格暴跌，因此業內又有了“薄膜電池優勢不在”的論斷。“這些年薄膜電池在太陽能電池領域中一直處于一種非主流位置，主要原因就是效率不高。在發現衰減效應后，當時的非晶硅太陽能薄膜電池變成了一種弱光電池，用于手機、表、計算器等小物品上。我國引進了該技術后發展迅速，擠垮了很多國外企業，現在世界絕大多數的太陽能薄膜弱光電池都在中國生產。”

薄膜和晶體硅的應用領域有差異，晶體硅的轉換效率高，使用面積小，用在屋頂非常有優勢。但從客戶角度看，他們最關心的還是系統電價，例如建大規模電站的話，薄膜電池就更有優勢，因為面積大，系統電價就低。此外，做光電建筑一體化的話，薄膜電池也更有優勢。”

“不能以轉換率論英雄，價格才是核心。73精選ppt課件2021在光伏業內，關于硅基太陽電池與薄膜電池的博弈一直沒有停止過，但是我們看到的事實卻是：在技術創新意識和能力突飛猛進的21世紀，低價且有極大工藝改良性的產品永遠能吸引投資者的目光。所以，在光伏建筑一體化愈演愈烈的今天，在“中國百萬屋頂”、“金太陽工程”政策指引下，薄膜電池將在這一領域擁有絕對的優勢。建設1兆瓦光伏電站晶硅/非晶薄膜組件比較

晶硅組件非晶薄膜組件電站造價2800-3000萬元1000-1500萬元年發電量

晶硅電站高出10-15%每度電的發電成本

晶硅的40-45%74精選ppt課件2021薄膜電池大規模商用的前提是提高光電轉換效率。雖然薄膜電池的技術在幾十年間有了突飛猛進的發展，但截至目前，沒有一家薄膜太陽能電池公司宣布，轉換效率超過10%，一般在6%左右，浙江正泰號稱其光電轉換效率達到9%，這在行業內已經屬于最高。即便如此也只是硅基電池的一半。不過，由于耗電省、造價低，成本優勢顯現，薄膜電池開始受到青睞。一些多晶硅電池企業，也開始大手筆地引進薄膜電池生產線。更多的企業，直接開始制造薄膜電池，如河北保定的天威英利投資12億元，從國外引進了46.5兆瓦的薄膜電池生產線，在今年8月28日已經開始量產。總部位于上海的強生光電，也在江蘇南通、蘇州等地開建薄膜電池示范區。但是，同國際領先水平相比，我國薄膜電池的研究存在一定的差距。

75精選ppt課件2021現在國際上發展比較成熟的太陽能薄膜電池包括三種，非晶硅太陽能薄膜電池、碲化鎘太陽能電池和銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池，其中應用最普遍的是非晶硅太陽能薄膜電池，我國的很多企業和國外的EPVSOLAR、日本的Kenaka、夏普等都生產此種電池。碲化鎘（CdTe）電池的主要生產企業是美國的Fisrtsolar，由于其中的鎘元素有毒，該企業承諾回收所有廢棄電池。CIGS電池由于所含元素多使其生產穩定性難以把握，重復性較差使其進行大規模產業化生產比較困難。所以盡管BP、殼牌公司等已將其光電轉換率大幅提高，但產能擴展有限，現在只有少量企業在進行大規模量產。76精選ppt課件2021與晶體硅相比，硅基薄膜電池制造產業鏈短得多，整個工序在一家公司即可完成。硅基薄膜電池的生產流程圖77精選ppt課件2021硅基薄膜太陽電池生產線78精選ppt課件202179精選ppt課件202180精選ppt課件202181精選ppt課件202182精選ppt課件202183精選ppt課件202184精選ppt課件202185精選ppt課件2021SolarCellRoll-to-RollProcessFlow

(w/30MWProductionToolCosts)CleanSubstrate(Futureprocessstep)SputterBackElectrodeSputterPrecursorSelenidePrecursor(13-inchtoolunderconstruction)CdSPlatedJunction(13-inchtoolunderconstruction)SputterTopElectrodePassivateDefects(Futureprocessstep)SlitintoReelsEdge&TestSendReelstoInterconnectandmoduleassemblyprocess$800K$1,200K$1,300K$700K$800K$700K$1,200K$800K$2,500KPost-depositionprocessisunderdevelopment86精選ppt課件2021CIGS簡介銅銦鎵硒

CIGS(CopperIndiumGalliumSelenium)屬于化合物半導體，CIGS隨著銦鎵含量的不同，其光吸收范圍可從1.02ev至1.68ev。

若是利用聚光裝置的輔助，目前轉換效率已經可達30%，標準環境測試下元件轉換效率19.5%，采用柔性塑料基板的最佳轉換效率也已經達到14.1%。美國「Nanosolar」公司獲得重大突破，研發出rolltoroll的方式-CIGS薄膜太陽能電池，不僅輕巧、可塑性高，更適合大量生產，能大幅降低成本。87精選ppt課件2021WhatisCIGS?PolycrystallineThinFilmPhotovoltaicSolarCellBasedontheCopperIndiumGalliumDiselenide(CIGS)MaterialSystemTypicalStructureMolybdenum/CIGS/

CadmiumSulfide/IndiumTinOxideFormedonSubstratesGlassStainlessSteelPolymerSLGorSSsubstrateMobackcontactp-typeCIGSabsorbern-typeCdSbuffern-typeZnO/ITOwindowAgtopcontactgrid0.5–1.5mm1.5–2.5mm0.03–0.08mm0.5–1.5mm1.8mm88精選ppt課件2021CIGS優勢條件優於單晶光伏元件的要素:

(1)成本低

(2)製程能源需求低

(3)大面積元件高效率

(4)量產成品高良率

(5)應用範圍廣泛(玻璃基板、不銹鋼、塑膠聚合物、錫箔等可撓式基板)。優於其他薄膜光伏元件的要素:(1)元件轉換效率最高

(2)穩定度與抗輻射特性良好

(3)無環境污染以及量產阻礙

問題(4)無法克服劣質p型吸收層歐姆接點89精選ppt課件2021OpticalBand-Gap/Composition/EfficiencyAbsorberbandgap(eV)theoreticalHighefficiencyrange90精選ppt課件2021CIGS太陽能電池元件結構Glass/StainlessSteel/Polymer基板CIGS(1.5~2μm)Mo(0.5~1.5μm)背電極吸收層CdS(0.05μm)緩衝層i-ZnO(0.05μm)純質氧化鋅TCO(ZnO:Al)(0.5~1.5μm)透明導電層頂端電極Ni/AlSputterVacuummethodNon-VacuummethodChemicalBathdepositionSputter91精選ppt課件2021ZnO,ITO

2500?CdS

700?Mo

0.5-1μmGlass,

MetalFoil,

PlasticsCIGS

1-2.5μmCIGSDeviceStructure92精選ppt課件2021CIGS太陽能電池元件結構通常使用鈉玻璃(Soda-lime)

基板，鈉玻璃除了價格便宜外，熱膨脹係數與CIGS吸收層薄膜相當接近。在成長薄膜時，因基板溫度接近鈉玻璃的玻璃軟化溫度，所以鈉離子將會經過鉬金屬薄膜層擴散至吸收層。當鈉離子跑至CIGS薄膜時，會使薄膜的晶粒變大，且增加導電性，降低串聯電阻。Glass/StainlessSteel/Polymer93精選ppt課件2021CIGS太陽能電池元件結構利用直流濺鍍或者電子束蒸鍍的方式沈積一層鉬(Mo)當作背電極，接正極。鉬金屬與CIGS薄膜具有良好之歐姆接觸特性，此外鉬金屬薄膜具有高度的光反射性、低電阻。Glass/StainlessSteel/PolymerMo(0.5~1.5μm)94精選ppt課件2021CIGS太陽能電池元件結構吸收層CIGS本身具黃銅礦結構(Chalaopyrite)，可以由化學組成的調變直接得到P-type或者是N-type。Vacuummethod(1)共蒸鍍(Co-evaporation)(2)濺鍍(Sputtering)Non-Vacuummethod(1)電鍍(Electrodeposition)(2)涂布制程(CoatingProcess)Glass/StainlessSteel/PolymerCIGS(1.5~2μm)Mo(0.5~1.5μm)95精選ppt課件2021CIGSModulesareFabricatedOn:I. Sodalimeglassasthesubstrate;cellsaremonolithicallyintegratedusinglaser/mechanicalscribing.MonolithicintegrationofTFsolarcellscanleadtosignificantmanufacturingcostreduction;e.g.,fewerprocessingsteps,easierautomation,lowerconsumptionofmaterials.96精選ppt課件2021CIGSModulesareFabricatedOn:(cont.)ThenumberofstepsneededtomakethinfilmmodulesareroughlyhalfofthatneededforSimodules.Thisisasignificantadvantage.Substrate

preparationBaseElectrodeAbsorberFirst

ScribeThird

ScribeTop

ElectrodeJunction

LayerSecond

ScribeExternal

ContactsEncapsulationCIGSModulesProcessSequence97精選ppt課件2021CIGSModulesareFabricatedOn:(cont.)II. Metallicwebusingroll-to-rolldeposition;individualcellsarecutfromtheweb;assembledintomodules.III. Plasticwebusingroll-to-rolldeposition;monolithicintegrationofcells.98精選ppt課件2021Vacuummethod-Co-evaporation1.In,GaandSewereCoevaporatedat400℃2.CuandSewerecodepositedwhilethesubstratetemperaturewasrampedupto580℃.3.In,GaandSewerecoevaporatedstillat580℃，ThesampleswerethencooledinSeatmospheredownto250℃3-stageprocess99精選ppt課件2021CIGS太陽能電池元件結構緩衝層硫化鎘可用來降低ZnO與CIGS間之能帶上的連續(banddiscontinuity)。使用化學水浴沉積法(chemicalbathdeposition，簡稱CBD)成長可提供CIGS上表面平整的均勻覆蓋。緩衝層要求高透光率，以便能使入射光順利進入主吸收層材料被有效的吸收。Glass/StainlessSteel/PolymerCIGS(1.5~2μm)Mo(0.5~1.5μm)CdS(0.05μm)100精選ppt課件2021化學浴沉積法化學浴沉積法(Chemicalbathdeposition)是一種製備半導體薄膜的技術，方法是將基板浸入含有金屬離子及OH-、S2-

或Se2-

離子的水溶液中，藉由控制水溶液的溫度及pH值，使金屬離子與OH-、S2-

或Se2-離子產生化學反應，形成化合物半導體沉積在基板上。101精選ppt課件2021CIGS太陽能電池元件結構透明導電膜(TCO)要低電阻、高透光率，但ZnO本身是高電阻材料，因此外加鋁重摻雜氧化鋅(ZnO:Al)改善其電性，但是會降低透光率，因此須在此找到最適合的摻雜濃度。多半利用RF濺鍍法(RFsputter)達成鍍膜。Glass/StainlessSteel/PolymerCIGS(1.5~2μm)Mo(0.5~1.5μm)CdS(0.05μm)i-ZnO(0.05μm)TCO(ZnO:Al)(0.5~1.5μm)102精選ppt課件2021CIGS太陽能電池元件結構蒸鍍上鎳/鋁(Ni/Al)金層當作頂層電極，接負極。Glass/StainlessSteel/PolymerCIGS(1.5~2μm)Mo(0.5~1.5μm)CdS(0.05μm)i-ZnO(0.05μm)TCO(ZnO:Al)(0.5~1.5μm)103精選ppt課件2021LaboratoryCIGSCoatingSystemPayoutandTakeupRollersCoatingDrumCuGaMagnetronSourceIndiumMagnetronSourceSeleniumEvaporationSourceFutureSelenizationDrum104精選ppt課件2021LaboratoryMetal&OxideCoatingSystemChrome&MolybdenumDepositionTransparentConductiveOxideDeposition105精選ppt課件2021ScalableDepositionTechnology13”Web

1-meterWeb

Pilot

16”diameterdrumto54”3depositionsourcesto1213”-widewebto39”-wideMinimalprocesschangesPilotLineVolumeProductionLine

Production106精選ppt課件2021InternallyDesignedEquipment

(13-inchCad-SulfideandSelenizationSystems)MuchlowermanufacturingcostsFasterturnaroundRapidcapacityexpansion107精選ppt課件2021Challenges108精選ppt課件2021Long-TermStability(Durability)ImprovedmodulepackageallowedCIGStopassdampheattest(measuredat85°C/85%relativehumidity).CIGSmoduleshaveshownlong-termstability.However,performancedegradationhasalsobeenobserved.CIGSdevicesaresensitivetowatervapor;e.g.,changeinpropertiesofZnO. -ThinFilmBarriertoWaterVapor -Newencapsulantsandlessaggressiveapplicationprocess? Stabilityofthinfilmmodulesareacceptableiftherightencapsulationprocessisused.Needforbetterunderstandingdegradationmechanismsattheprototypemodulelevel.109精選ppt課件2021ProcessingImprovements:I. UniformDepositionoverlargearea: (a)significantformonolithicintegration (b)somewhatrelaxedformodulesmadefrom

individualcellsII. Processspeedandyield:somefabricationapproacheshaveadvantageoverothersIII. Controlsanddiagnosticsbasedonmaterialpropertiesandfilmgrowth:benefitsthroughputandyield,reliabilityandreproducibilityoftheprocess,andhigherperformance110精選ppt課件2021ProcessingImprovements:(cont.)IV.ApproachestothethinfilmCIGSDeposition(cont.)2.ReactionofprecursorsinSeand/or