1、太阳能电池,报告人 张金玲,主要内容,太阳能电池的发展历史 太阳能电池市场状况及趋势 太阳能电池定义和分类太阳能电池的结构及工作原理太阳能电池的生产工艺太阳能电池的应用,1.太阳能电池的发展历史,1954年世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实验室问世，幷首先应用于空间技术。当时太阳能电池的转换效率为8。1973年世界爆发石油危机，从此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近10几年来，随着世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，太阳能电池的清洁性、安全性、长寿命，免维护以及资源可再生性等优点更加显现。一些发达国家制定了一系列鼓舞光伏发电的优惠政策，幷实施庞大的光伏工程计划，为太阳能电池产业创造了良
2、好的发展机遇和巨大的市场空间，太阳能电池产业进入了高速发展时期，幷带动了上游多晶硅材料业和下游太阳能电池设备业的发展。在19972006年的10年中，世界光伏产业扩大了20倍，今后10年世界光伏产业仍以每年30以上的增长速度发展。,世界太阳能电池发展的主要节点1954 美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为61955 第一个光伏航标灯问世，美国RCA发明Ga As太阳能电池1958 太阳能电池首次装备于美国先锋1号卫星，转换效率为8。1959 第一个单晶硅太阳能电池问世。1960 太阳能电池首次实现并网运行。1974 突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到18。1975 非晶硅及带硅太阳能
3、电池问世1978 美国建成100KW光伏电站1980 单晶硅太阳能电池效率达到20多晶硅为14.5，Ga As为22.51986 美国建成6.5KW光伏电站1990 德国提出“2000光伏屋顶计划”1995 高效聚光Ga As太阳能电池问世，效率达32。1997 美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划，日本提出“新阳光计划”1998 单晶硅太阳能电池效率达到24.7，荷兰提出“百万光伏屋顶计划”2000 世界太阳能电池总产量达287MW，欧洲计划2010年生产60亿瓦光伏电池,并网发电系统及工作原理,光伏航标灯,2.太阳能电池市场状况及趋势,2.1 太阳能电池的市场状况1998年以前，单晶硅电
4、池占世界光伏生产的主导地位其次是多晶硅电池。从1998年开始，多晶硅电池开始超过单晶硅跃居第一。非晶硅从20世纪80年代初开始商业化生产，但由于效率低和光衰减问题，市场份额增加不快。CdTe电池从20世纪80年代中期开始商业化生产，市场份额增加缓慢，除技术因素外，人们对Cd的毒性的疑虑也是原因之一。 CIS电池的产业化进程比较缓慢，原因是生产过程中化学剂量比难以控制，大面积均匀性和重复性较差。,2.2太阳电池的未来发展趋势,2.2.1 商业化趋势 1998年以前，单晶硅电池占市场主导地位，其次是多晶硅电池。 从1998年起，多晶硅电池开始超过单晶硅跃居第一。非晶硅从80年代初开始商业化，由于效
5、率低和光衰减问题，市场份额先高后低。 CdTe电池从80年代中期开始商业化生产，市场份额增加缓慢，Cd的毒性是原因之一； CIS电池的产业化进程比较缓慢，生产工艺难于控制，In是稀有元素； Sanyo公司a-Si/c-Si电池商业化仅两三年，发展迅速,2001、2002年各种电池的市场份额和开始商业化时间.,2001、2002年太阳电池的产量及份额,2001 2002 mc-Si 184.85 47.33% 278.9 54.44% Sc-Si 137.18 35.13% 150.91 29.46% a-Si 33.68 8.62% 28.01 5.5% a-Si/Cz 18.0 4.61%
6、30.0 5.9% RibbonSi 13.6 3.48 % 16.9 3.3% CdTe 1.53 0.39% 1.6 0.3% CIS 0.7 0.18% - Si/LCS 1.0 0.26% 1.7 0.3% C-Si/Sc-Si 3.7 0.7%,2.2.2 技术发展趋势2.2.2.1 硅基电池: 硅是地球上丰度第二大元素，资源丰富(以石英砂形式存在)； 环境友好； 电池效率高，性能稳定； 工艺基础成熟。 硅基电池是目前光伏界研究开发的重点、热点晶硅电池的产业化技术 硅基薄膜电池,研究开发方向：晶硅电池: 提高电池/组件效率高效钝化技术：TiO2，SiNx, H、SiO2, a-Si
7、。高效陷光技术：减反射，表面织构化，背反射等，选择性发射区(前)，背表面场(BSF)，细栅或者单面技术， 高效封装技术最佳封装材料的折射率等。,简化、改进工艺自动化、环保、低成本； 如硅片薄化及其工艺， 材料的国产化和提高性能； 硅基薄膜电池 低温过程(PECVD) 900,多晶硅基薄膜电池，廉价衬底；,2.2.2.2 化合物电池 CIGS 电池：提高效率，大面积重复性，S代Se CdTe电池：提高效率，大面积重复性 Gratzel电池 高效染料，固体或准固态电 解质，提高效率，大面积重复性 有机电池 高效电子受体 和给体以及材料，提高效率 3.新型概念电池：量子点、量子阱电池，中间带 光伏电
8、池，带隙递变迭层电池等，尚处在理论探索、概念研究和验证阶段。,3.太阳能电池定义和分类,太阳能电池，又称光伏器件，是一种利用光生伏特效应把光能转变为电能的器件。它是太阳能光伏发电的基础和核心。,太阳能电池分类,按结构分类,同质结太阳电池,异质结太阳电池,肖特基太阳电池,按材料分类,硅太阳电池,敏化纳米晶太阳电池,有机化合物太阳电池,塑料太阳电池,无机化合物半导体太阳电池,按光电转换机理,传统太阳电池,激子太阳电池,4.太阳能电池的结构及工作原理,太阳能电池的结构,太阳能电池发电原理,5.太阳能电池的生产工艺,导电玻璃 膜切割 清洗 检测 镀铝电极 沉积PN结老化 检测 封装 成品检测,太阳能电
9、池组件生产工艺,组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。 流程： 1、电池检测2、正面焊接并检验3、背面串接并检验4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）5、层压6、去毛边（去边、清洗）7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）8、焊接接线盒9、高压测试10、组件测试外观检验11、包装入库,工艺简介,电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效
10、的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连,背面串接：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相
11、对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。,组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽
12、出，然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据EVA的性质决定。我们使用快速固化EVA时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150。修边：层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。装框：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。,焊接接线盒：在组件背面引线处焊接一个盒子，以利于电池与其他设备或电池间的连接。高压测试：高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压，测试组件
13、的耐压性和绝缘强度，以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损坏。组件测试：测试的目的是对电池的输出功率进行标定，测试其输出特性，确定组件的质量等级。,组件高效和高寿命如何保证：,高转换效率、高质量的电池片 ；高质量的原材料，例如：高的交联度的EVA、高粘结强度的封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等；合理的封装工艺员工严谨的工作作风； 由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。,6.太阳能电池的应用,上世纪60年代，科学
14、家们就已经将太阳电池应用于空间技术通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势,用户太阳能电源1.小型电源10-100W不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收
15、录机等 太阳能电源 太阳能逆变器,2. 3-5KW家庭屋顶并网发电系统；,3.光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉,交通领域 如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。,通讯/通信领域 太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。,石油、海洋、气象领域 石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等 风云三号气象卫星的太阳能电池,海洋气象监测标,家庭灯具电源如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。,光伏电站10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。,
