柔性衬底薄膜太阳课件.ppt

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1、柔性衬底薄膜太阳能电池周海逢1021416044陈龙军1021416047M10材料科学与工程目录一、研究背景及目的二、硅基薄膜太阳能电池的概述三、国内外研究进展四、目前存在的问题五、研究结论一、研究背景及目的能源危机和环境污染是目前困扰人类生活、阻碍社会和经济可持续发展的重大问题，这就使得各种新能源的开发与利用成为近几十年来研究和关注的热点，人类社会对环境保护意识的增强己经成为开发和利用清洁可再生能源的强大推动力。太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。太阳能光伏发电技术可以将太阳能直接转化为电能，是太阳能利用的一种重要形式

2、。太阳能电池的基本原理为半导体的光伏效应，即在太阳光照射下产生光电压的现象。1954年美国贝尔实验室发明了以pn结为基本结构的具有实用价值的晶体硅太阳电池，此后太阳电池首先在太空技术中得到广泛应用。由于价格比较昂贵，直到1980年以后才逐步在地面推广应用。近二十年来，随着技术的进步，光伏发电发展非常迅速，广泛应用于航天、通讯、交通，以及偏远地区居民的供电等领域，光伏发电己经成为人类未来能源的希望。2004年发表的欧盟光伏研发路线图指出，到2100年，可再生能源所占比例将在整个能源结构中扩大到86%，太阳能和太阳能发电在能源结构中的地位将发生巨大变化。虽然不同渠

3、道的预测数据不尽相同，但是21世纪末太阳能和太阳能发电将处于优势地位己经得到了大家的共识。太阳能电池发展至今，主要可以分三大类:一是以单晶硅和多晶硅硅片为基础的晶体硅太阳能电池;二是硅基薄膜(非晶、多晶、微晶等)、铜锢硒和蹄化锅薄膜太阳能电池、染料敏化和其它有机太阳能电池;三是仍处于研究阶段的量子阱、多能带、热载流子等新型太阳能电池。目前，晶体硅太阳电池仍占主导地位，市场占有率在90%左右，薄膜太阳电池市场占有率只有10%左右。然而，目前太阳能光伏在整个社会能源结构中的所占比例仍然很低，太阳能电池较高的价格是阻碍其在社会能源结构中占据一席之地的主要障碍。目前，

4、除了提高光电转换效率外，降低成本也是太阳能电池提高市场竞争力的主要手段。晶体硅太阳能电池具有高的转换效率，制作工艺也相当成熟，但是在成木方面本身存在很多的限制因素:(1)制作工序中能量消耗大;(2)由于技术的限制电池的厚度远厚于实际需要的厚度，硅材料浪费过多;(3)继续降低厚度，切片带来的损耗会随之增加，破损率也会相应增加;(4)大面积电池和组件的组装都很笨拙;(5)太阳能级多晶硅的使用一定程度上降低了单晶硅的成本，但是材料仍在总成本中占很大份额。而薄膜太阳能电池在降低太阳能电池成本方面有很大的优势:(1)将厚度控制在柔性衬底薄膜光伏电池相关材料制备及性能完全

5、吸收太阳光的最小厚度，节约材料;(2)使用廉价衬底，如玻璃、塑料、不锈钢等;(3)采用低温制造工艺，耗能少;(4)工艺简单，材料与器件同步完成;(5)可以制作大面积电池和集成组件等。特别是柔性衬底的使用，可以实现roll-to-roll卷轴式生产，大大提高生产效率，进一步降低了成本。虽然1980年非晶硅薄膜电池开始商业化以来，发展缓慢，在光伏产业中的市场份额从1987年的41%，一路下滑到2002年的6%，但是近年来随着薄膜技术的发展，薄膜太阳能电池开始回暖，特别是薄膜沉积设备的发展大大推进了薄膜太阳能电池的产业进程。2008年美国应用材料(AppliedMa

6、terials,AMAT)、瑞士Oerlikon、日本ULVAC等顶级的设备厂商大量推出标准设备，同时韩国Jusung、美国XsunX等设备企业的介入也促使全球范围大规模生产非晶硅成为可能，另外一些小尺寸的非晶硅设备企业，比如中国国内的普乐新能源、上海思博露科技、北京的北仪创新及美国的EPV和NanoPV,香港的华基光电、匈牙利的EnergoSolar、欧洲的STF等相继推出低成本的5MW生产线也获得了客户的青睐，设备的驱动及大量资本的进入促使2007年和2008年被称为非晶硅大规模应用的两年。在薄膜太阳能电池生产方面AMAT,Q-Cells公司、FirstS

7、olar公司、富士电机公司、Nanosolar公司、三洋公司和Uni-solar公司等都在快速扩大规模，生产能力均在l00MW以上。二、硅基薄膜太阳能电池概述（一）基本概念硅基薄膜太阳能电池和晶体硅电池的工作原理相同，但结构略有差异。薄膜太阳能电池除了包含pn结和上下电极外，需要有衬底作为依托，如图1.1所示。衬底可以分为两大类:一类是硬质衬底，如玻璃;另一类是柔性衬底，常见的有塑料和金属箔等，使用这种柔性衬底的电池被称为柔性薄膜太阳能电池。以最常见的玻璃衬底为例，薄膜太阳能电池的制作顺序是:先在衬底上沉积透明电极，然后依次沉积p-i-n型硅薄膜吸收层，最后制

8、备金属背电极。硅基薄膜太阳能电池常用铝