【正文】 。本章將著重討論光伏系統(tǒng)的特殊應用。三、光伏系統(tǒng)的特殊應用光伏系統(tǒng)具有很多用途，它可以比一個硬幣還小也可以比一個足球場那么大，可以為一個手表提供電力也可以為一個小城鎮(zhèn)供電，而它所需要的能源僅僅是太陽光。目前非晶硅太陽能電池的研究已取得兩大進展：第一、三疊層結(jié)構(gòu)非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率達到13％，創(chuàng)下新的記錄；第二、三疊層太陽能電池年生產(chǎn)能力達5MW。③改善非晶硅電池內(nèi)部界面，降低界面態(tài)，減小界面復合，提高輸運效率、轉(zhuǎn)換效率和電池的穩(wěn)定性。關(guān)于非晶硅電池的衰降問題，許多科研人員已進行多年的研究實驗，并還在繼續(xù)進行著，主要內(nèi)容有：①高質(zhì)量本征非晶硅材料的研究（包括晶化技術(shù)），減少光生亞穩(wěn)態(tài)密度，提高穩(wěn)定性。使用雙疊層、三疊層或多疊層結(jié)構(gòu)可以增加光譜響應，提高效率。引起效率低、穩(wěn)定性差的主要原因是光誘導衰變，即所謂的S－W效應。非晶硅薄膜電池作為地面電源應用的最主要問題，是效率低、穩(wěn)定性差。②多晶硅薄膜高溫沉積，適于生長優(yōu)質(zhì)多晶硅薄膜的廉價而優(yōu)良的襯底材料。但是它們也面臨著一些需要解決的問題。目前約比晶體硅電池的售價約低1/4－1/3。據(jù)測試，在相同條件下，非晶硅電池的發(fā)電量較單晶硅電池高8%左右，較多晶硅電池高13%左右。h左右，能源回收期僅為l～，比晶體硅低得多。（2）能源消耗的回收期短。④電池的pin ℃左右的溫度下制造的，比晶體硅電池的800～1000℃的高溫低得多，能源消耗小。②可直接沉積出薄膜，沒有切片損失。 非晶硅電池具有如下優(yōu)點：（1）制造成本低。SiH4和GeH4在低溫等離子體的作用下分解產(chǎn)生a－Si或a—SiCe 薄膜。根據(jù)離解和沉積方法的不同，可分為輝光放電分解法（GD）、濺射法（SP）、真空蒸發(fā)法、光化學氣相沉積法（CVD）和熱絲法（HW）等多種。三疊層的結(jié)構(gòu)與雙疊層的結(jié)構(gòu)類似。不銹鋼襯底的非晶硅電池與單晶硅電池類似，在透明導電膜上制備梳狀銀電極，電池的電流從銀電極和不銹鋼引出。非晶硅薄膜太陽能電池的制備方法有很多，襯底可以為玻璃、不銹鋼、特種塑料、陶瓷等（ 為非晶硅薄膜電池結(jié)構(gòu)的示意圖）。解決這些問題的途徑就是制備疊層太陽能電池，疊層太陽能電池是由在制備的p、i、n層單結(jié)太陽能電池上再沉積一個或多個Pin子電池制得的。, 使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。為能有效地收集光生載流子，將電池設(shè)計成為pin型，其中p層是入射光層，i層是本征吸收層，處在p和n產(chǎn)生的內(nèi)建電場中。與單晶硅電池不同的是，非晶硅電池光生載流子只有漂移運動而無擴散運動，原因是由于非晶硅結(jié)構(gòu)中的長程無序和無規(guī)網(wǎng)絡引起的極強散射作用，使載流子的擴散長度很短。這結(jié)構(gòu)，不是無規(guī)理想的網(wǎng)絡模型，其中含有一定量的結(jié)構(gòu)缺陷、懸掛鍵、斷鍵和空洞等。由于非晶硅薄膜太陽能電池的成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，普遍受到人們的重視并得到迅速發(fā)展，其實早在70年代初，Carlson 等就已經(jīng)開始了對非晶硅電池的研制工作，近幾年它的研制工作得到了迅速發(fā)展，目前世界上已有許多家公司在生產(chǎn)該種電池產(chǎn)品。美國Astro Power 公司在耐高溫襯底上制備的多晶硅薄膜電池效率己達16%，而且認為通過降低多層減反射膜中氧化層的厚度到100A，并增加基體材料的擴散長度，電池效率可達l8%。德國費萊堡太陽能研究所采用區(qū)館再結(jié)晶技術(shù)在FZ Si襯底上制得的多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率為19％，日本三菱公司用該法制備電池，%。解決這一問題辦法是先用 LPCVD在襯底上沉熾一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜，因此，再結(jié)晶技術(shù)無疑是很重要的一個環(huán)節(jié)，目前采用的技術(shù)主要有固相結(jié)晶法和中區(qū)熔再結(jié)晶法?；瘜W氣相沉積主要是以SiH2ClSiHClSicl4 或SiH4，為反應氣體,在一定的保護氣氛下反應生成硅原子并沉積在加熱的襯底上，襯底材料一般選用Si、SiOSi3N4等。高溫制備多晶硅薄膜電池，一般采用液相外延法（LPPE）、區(qū)熔再結(jié)晶（ZMR）及低壓化學氣相沉積（LPCVD），APCVD、等離子增強化學氣相沉積（PECVD）等方法。由低溫沉積的薄膜，晶粒尺寸較小，獲得的電池效率不高。由于在高溫下生長薄膜，獲得的多晶硅薄膜具有較好的結(jié)晶性，晶粒尺寸較大。也可以直接在高溫下生長形成多晶硅薄膜，生長溫度大于1000℃，硅的沉積速率約為5nm／min。多晶硅薄膜可在600℃以下的低溫沉積，隨后用激光加熱晶化或固相結(jié)晶等方法形成。目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學氣相沉積法，包括低壓化學氣相沉積（LPCVD）和等離子增強化學氣相沉積（PECVD）工藝。高質(zhì)量的半導體多晶硅薄膜的許多性能參數(shù)，都可用單晶硅（cSi）薄膜和非晶硅氫合金（aSi：H）薄膜的參數(shù)來代替。多晶硅（PolySi）薄膜是由許多大小不等和具有不同晶面取向的小晶粒構(gòu)成的。因此實際消耗的硅材料更多。最后用框架和材料進行封裝。因此，單晶硅太陽能電池的單體片就制成了。這樣就硅片上形成PN結(jié)。加工太陽能電池片，首先要在硅片上摻雜和擴散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。其生產(chǎn)工藝流程如下：將單晶硅棒切成片。下面我將重點講述著三種硅基太陽能電池的制作工藝和優(yōu)缺點，以及在今后的發(fā)展中需要解決的問題。因此，從轉(zhuǎn)換效率和材料的來源角度講，今后發(fā)展的重點仍是硅太陽能電池特別是多晶硅和非晶硅薄膜電池。總的來說，作為太陽能電池的材料，IIIV 族化合物及CIS等系由稀有元素所制備，盡管以它們制成的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率很高，但從材料來源看，這類太陽能電池將來不可能占據(jù)主導地位。 電池技術(shù)快速發(fā)展2004 年各種電池技術(shù)的市場份額中，其中多晶硅56％，單晶硅29％，HIT電池（非晶硅（p－型）/單晶硅（n－型）異質(zhì)結(jié)電池）5％，其他為薄膜電池，共計約7％。 組件成本大幅降低光伏組件成本3年來降低了2個數(shù)量級。生產(chǎn)規(guī)模與成本降低的關(guān)系體現(xiàn)在學習曲線率LR（Learning Curve Rate）上，即生產(chǎn)規(guī)模擴大1倍，生產(chǎn)成本降低的百分比。年代厚度（um）硅材料用量 t/MW20世紀70年代450500》2020世紀80年代400450162020世紀90年代35040013162006年18024012132010年15018010112020年80100810 太陽能電池厚度及用硅量預測 生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大和自動化持續(xù)提高是太陽能電池生產(chǎn)成本降低的重要方面。年份薄晶硅電池薄膜硅電池超高效電池CIS電池染料電池201016（20）12（15）28（40）13（19）6（10）202019（25）14（18）35（45）18（25）10（15）203022（25）18（20）40（50）22（25）15（18） 預測2010—2030年主要太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率（%） 商業(yè)化電池硅片厚度不斷降低降低硅片厚度是減少硅材料消耗、降低太陽能電池成本的有效技術(shù)措施。薄膜電池的研究工作也獲得了很大成功，非晶硅薄膜電池實驗室穩(wěn)定效率達到了13％、碲化鎘（CdTe）％、銅銦硒（CIS）％。幾十年來，圍繞著降低成本的各種研究工作取得了輝煌成就，表現(xiàn)在電池效率不斷提高、硅片厚度持續(xù)減薄、新材料應用、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)改進等方面，對降低光伏發(fā)電成本起到了決定性作用。 太陽能電池種類太陽能電池的種類有很多，按材料來分，有硅基太陽能電池（單晶，多晶，非晶），化合物半導體太陽能電池（砷化鎵（GaAs），磷化銦（InP），碲化鎘（CdTe）, 銅銦鎵硒（CIGS）），有機聚合物太陽能電池(酞青，聚乙炔)，染料敏化太陽能電池，納米晶太陽能電池；按結(jié)構(gòu)來分，有體結(jié)晶型太陽能電池和薄膜太陽能電池。太陽光照在半導體 pn結(jié)上，形成新的空穴電子對，在pn結(jié)電場的作用下，空穴由n 區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。如果在硅晶體面中摻入能夠釋放電子的磷、砷、銻等雜質(zhì)元素，那么就構(gòu)成了N型半導體。在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數(shù)目是相等的。為了理解太陽能電池的運做，我們需要考慮材料的屬性并且同時考慮太陽光的屬性。太陽能電池工作原理的基礎(chǔ)是半導體PN結(jié)的光生伏特效應。 非晶硅太陽能電池行業(yè)調(diào)研報告一、太陽能電池概述 太陽能電池原理太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。投資擴建生產(chǎn)線不僅可行，而且比其他企業(yè)更具有優(yōu)勢。b、非晶硅薄膜太陽電池以及未來的非晶微晶硅疊層太陽電池以其低成本、低能耗、低資源消耗、無污染、易于大規(guī)模生產(chǎn)、應用范圍廣等優(yōu)勢，代表了產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展方向，產(chǎn)品目前和未來的市場經(jīng)濟效益良好。這樣將來在國內(nèi)外市場銷售時，會有很強的價格競爭力；①利潤率每峰瓦（Wp）太陽電池的利潤＝售價工廠成本稅金＝＝％；②年利稅年利稅總額=銷售總額工廠總成本固定資產(chǎn)年折舊 =80000344005400 =40200萬元5 研究結(jié)論和項目建議a、太陽能光伏發(fā)電必將成為繼水力、風力發(fā)電后新型清潔能源的重要組成部分，在未來人類能源結(jié)構(gòu)中占有舉足輕重的地位。這樣在國內(nèi)外都有很強的競爭力； 經(jīng)濟效益預測①利潤率每峰瓦（Wp）太陽電池的利潤＝售價工廠成本稅金＝＝％；②年利稅年利稅總額=銷售總額工廠總成本固定資產(chǎn)年折舊 =1000048501250 =3900萬元 4060MWp非晶硅微晶硅太陽電池生產(chǎn)線經(jīng)濟效益分析：63000萬元，從資本市場融資：一期投資54000萬元，建設(shè)40MWp大面積非晶硅太陽電池生產(chǎn)線；二期投資9000萬元，將40MWp大面積非晶硅太陽電池生產(chǎn)線升級為60MWp微晶硅太陽電池生產(chǎn)線；①原材料成本：7元/MWp原材料包括透明導電玻璃、純硅烷及P氣、N氣等特種氣體、磁控濺射靶材、封裝材料等。4 非晶硅太陽電池生產(chǎn)線經(jīng)濟效益分析 5MWp雙結(jié)非晶硅太陽電池生產(chǎn)線經(jīng)濟效益分析 項目總投資：其中：股東投資：6500萬元 招商引資：6000萬元 項目投資預算序號設(shè)備名稱（或支出項目）數(shù)量資金預算用 途1PECVD系統(tǒng)2套4,900非晶硅氣相沉積2激光切膜機（SnO2）4臺370刻劃透明導電膜3綠色激光切割機4臺420刻劃非晶硅膜4磁控濺射設(shè)備4臺1,100制備鋁背電極、背及射膜5玻璃切割－清洗設(shè)備4臺300切割、清洗透明導電玻璃6封裝層壓機8臺400太陽電池封裝7太陽電池測試儀2臺260太陽電池性能檢測8超聲波滾焊機2臺140太陽電池焊接9尾氣處理系統(tǒng)1套120非晶硅沉積尾氣處理10廠房、土地1,990達到新生產(chǎn)線安裝要求11空調(diào)凈化系統(tǒng)600達到半導體生產(chǎn)要求12不可預見費用40013流動資金1500合計12,500 項目經(jīng)濟效益分析 太陽電池成本①原材料成本：7元/MWp原材料包括透明導電玻璃、純硅烷及P氣、N氣等特種氣體、磁控濺射靶材、封裝材料等。在光伏產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，公司必須采用當前先進的技術(shù)，建設(shè)大產(chǎn)能的非晶硅太陽電池生產(chǎn)線，以科技含量更高的產(chǎn)品和更經(jīng)濟的生產(chǎn)規(guī)模才能滿足市場需求、迎接市場競爭的挑戰(zhàn)。時至今日，公司的產(chǎn)品已經(jīng)被廣大用戶所了解，幾年來一直供不應求，公司的產(chǎn)品一部分應用于小型太陽能電源系統(tǒng)，一部分切割成小規(guī)格電池片，供應生產(chǎn)燈具的廠家，還有相當一部分出口到澳洲、非洲、西歐及東南亞地區(qū)，公司自己擁有長期穩(wěn)定的銷售網(wǎng)絡。，基本上掌握了柔性太陽電池的工藝技術(shù)。 公司還瞄準世界上非晶硅太陽電池技術(shù)的新發(fā)展，積極開展技術(shù)創(chuàng)新工作，形成了年產(chǎn)120萬片的生產(chǎn)能力。、100Wp及200Wp小型太陽能光伏電源，廣泛應用于我國西部、西北、內(nèi)蒙及東北地區(qū)，為千家萬戶送去了光明，為社會主義新農(nóng)村建設(shè)做出了貢獻。 大力開展新產(chǎn)品研究及技術(shù)創(chuàng)新工作公司秉持“引進、消化、吸收、創(chuàng)新”的原則，大力開展新工藝、新產(chǎn)品及技術(shù)創(chuàng)新工作。該生產(chǎn)線的引進，使我國的非晶硅太陽電池制造技術(shù)一下子前進了20年，成為當時國內(nèi)最大的太陽電池生產(chǎn)線。激光波長：；二氧化錫薄膜厚度：～；二氧化錫薄膜槽寬：50um；：非晶硅薄膜沉積是電池組件制造過程中的關(guān)鍵工序之一，該工序設(shè)備復雜，操作程序直接關(guān)系組件的質(zhì)量，包括基片裝盒、基片預熱、非晶硅沉積、電池片冷卻等，主要工藝參數(shù)為：基片預熱升溫速度：1～2℃/分鐘；本底真空度：106torr；襯底溫度：190～230℃；沉積氣壓：5101～5101 torr；SiH4氣體流量：1050sccm；摻磷濃度：～1%；摻硼濃度：～1%；RF功率：～50MW/cm2；RF頻率：；硅基薄膜生長速率：～；電池片冷卻室降溫速度：1～2℃/分鐘；d. 鋁背電極蒸鋁與激光切鋁；e. 中間測試；f. 邊絕緣及EVA玻璃背板層壓、封裝； 某新能源有限公司—我國非晶硅太陽電池產(chǎn)業(yè)的開拓者 成功引進1MWp非晶硅太陽電池生產(chǎn)線某新能源有限公司前身是哈爾濱克羅拉太陽能電力公司，成立于1986年。表6所示2002～2030年世界各類太陽電池產(chǎn)值統(tǒng)計及預測。在我國天津、北京、上海、福建泉州、山東東營、安徽蚌埠，甚至無錫尚德都已經(jīng)建成或正在建設(shè)非晶硅薄膜太陽電池生產(chǎn)線。柔性太陽電池可以貼在曲面物體上，充分利用安裝表面，由于其功率重量比大，可以應用在升空的平流層飛艇上，為