薄膜太阳能电池的特点及发展前景

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1、薄膜太阳能电池的特点及发展前景清华大学机械工程系张弓教授/博导2011-2-281主要内容1.光伏产业的发展现状2.薄膜太阳能电池在光伏产业中的地位3.非晶硅、碲化镉、铜铟硒三种典型薄膜太阳能电池的特点及应用4.薄膜太阳能电池的特点和优势5.薄膜太阳能电池与建筑的结合2011-2-2821.光伏产业的发展现状2011-2-283ò光伏发电已逐渐从解决特殊领域供电转向作为常规能源的一种重要补充，并以分散的形式进入电力市场。ò在可以预见的将来，光伏发电必将部分取代常规能源。ò满足可持续发展战略和环境保护的需要。ò近几年，光伏电池以及组件产量每年以高于30％的速度增长。今后增长的主

2、力是中国。2011-2-284全球太阳能电池的生产规模MW1600015200140001200010000934080006850800060003726400025364011181529002000288125621261900391562759120098901010101050139438181400200020022004200620082010数据来源：Solarbuzz,Displaybank,Nedoetc..2011-2-285光伏电池的生产状况世界（MW）日本（MW）中国（MW）2004年1256473502005年18157621392006年2536

3、8504002007年37269201189（计入台湾368）2008年6850100025002009年9340100040112010年1520012008000（预计）ò日本:从多年的老大地位滑落ò欧洲：大幅增加ò中国：后来居上，成为第一ò数据来源：Solarbuzz,Displaybank,Nedoetc..2011-2-2862011-2-2872011-2-288DevelopmentTargetbyTechnologyinPV2030+2011-2-289PV2030+规划的日本太阳能电池产量2011-2-2810欧洲的太阳能发电价格目标2011-2-2811美

4、国的目标价格（SolarAmericaInitiative）2011-2-2812世界的太阳能电池产业规划ò日本的PV2030+计划（2009）ò欧洲太阳能产业规划（2007）ò美国SolarAmericaInitiative（2006）ò2020年电价目标ô日本：$0.15/kWh—￥14/kWh（成本￥50/Wp）ô欧洲：$0.20/kWh—€0.15/kWhô美国：$0.10/kWhò能够达成上述目标的电池—CIGS、CdTeô成本低。ô具有最大的效率提升空间。2011-2-28132.薄膜太阳能电池在光伏产业中的地位2011-2-2814晶体硅太阳能电池的性能ò转换效

5、率较高：18.5%/24.7%(理论26％）ò电池模块效率：～18％；10～17％（China）ò稳定性好ò间接跃迁型ò成本较高2011-2-2815晶体硅太阳能电池的特性晶体硅的用量：ò2010年，全球太阳能电池的生产量达15000MW。ò假定转换效率为20％，其面积达7.5×107m2。ò相当于10cm见方Si电池75亿枚。ò晶体硅消耗总量达到150000吨。产生的问题：ò大规模的晶体硅生产带来的能源问题、环境问题。ò如果用薄膜太阳能电池替代，材料使用量为1/100。2011-2-2816晶体硅电池的成本－－原料成本ò基本数据：ô多晶硅价格：500美元/Kg（2007年中

6、）150美元/Kg（2008年底）50-70美元/Kg（2009年底）ôSi的密度2.33g/cm3ô切片厚度（250微米）并考虑刀口厚度ô多晶硅电池最高光电转化效率18.0%ò相关计算结果：ô1Kg多晶硅的能形成的面积：0.9754m2ô能形成的电池峰瓦数：130-150Wpô每峰瓦电池的Si原料成本：0.9美元/Wp2011-2-2817晶体硅电池的原材料需求ò单晶硅和多晶硅太阳能电池所需的高纯硅的纯度：6Nò西门子法综合电耗：350kwh/kg-Siò改良西门子法综合电耗：250-350kwh/kg-Siò中国没有掌握关键技术ò用Si量：1MW—10T高纯硅ò现在宣称的

7、产能超过20万吨（20GW）ò多晶硅生产已经列入限制名单2011-2-2818晶体硅电池的原材料需求ò目前还没有一种直接从初级Si提纯到6N高纯硅的廉价的工艺。ò国外有企业宣称已经开发成功冶金法制备太阳能级多晶硅，但无商品面世。ò国内多所大学在开发冶金法制备高纯硅，离成功尚远。ò如果太阳能级多晶硅成本在25美元/Kg以下，相对于薄膜系具有优势。2011-2-2819薄膜化是太阳能电池发展的必由之路ò薄膜太阳电池在降低成本方面的优势ò实现薄膜化后，极大地节省昂贵的半导体材料ô少于1微米厚度的非晶硅可吸收阳