- 1 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 洪瑞江 博士 教授 中山大学 太阳能系统研究所 中山大学 太阳能系统研究所 电力电子及控制技术研究所 电力电子及控制技术研究所 太阳电池研发现状与最新发展.

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1 - 1 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 洪瑞江 博士 教授 中山大学 太阳能系统研究所 中山大学 太阳能系统研究所 电力电子及控制技术研究所 电力电子及控制技术研究所 太阳电池研发现状与最新发展

2 - 2 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 目录： 1. 太阳电池简介 4. 太阳电池新技术发展 2. 世界大型光伏电站介绍 3. 几种太阳电池的性能比较

3 - 3 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 新能源分类新能源 广义上来说，有别于传统 依靠矿物质原料燃烧的能 源都称之为新能源。 太阳能风能生物质能核能 地热、潮 汐能 …… 资源丰富、利用方便、洁净无污染 中华人民共和国 国家发展和改革委员会 《中国新能源与可再生能源发展规划 1999 白皮书》 太阳能利用的重要途径之一是研制太阳电池！ Wave Tide

4 - 4 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 PV 可再生 核能 欧洲联合研究中心对未来能源发展预测

5 - 5 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 太阳电池原理 光伏发电厂 电池片 电池组件 200-  m 厚的硅片 2 3 4

6 - 6 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 太阳电池分类 薄膜电池薄膜电池 晶体硅电池晶体硅电池 硅基薄膜电池硅基薄膜电池 单晶硅电池单晶硅电池多晶硅电池多晶硅电池 化合物半导体薄膜电池化合物半导体薄膜电池 HITHIT铜铟镓硒 （ CIGS ） 铜铟镓硒 砷化镓 （ GaAs ） 砷化镓 碲化镉 （ CdTe ） 碲化镉 非 / 微晶硅 叠层电池 （ α-Si ） 非 / 微晶硅 叠层电池 （ α-Si ） 非晶硅(α-Si)非晶硅(α-Si)太阳电池太阳电池

7 - 7 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 30% limit (single junction) Source: NREL 种类 最高效率 (%) 单晶硅24 多晶硅18 非晶硅13 CIS ， CIGS ~20 DSSC11 多结（例如 GaAs ， InGaP ~42 单晶硅 多晶硅 TF 非晶硅 太阳电池效率

8 - 8 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 光伏产业基本产业链 电池生产商 质量检测

9 - 9 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 晶体硅太阳能光伏产业链 太阳能级多晶硅料 单晶硅棒 多晶硅锭 多晶电池组件多晶硅太阳电池片 多晶硅片 单晶电池组件 单晶硅太阳电池片单晶硅片 太阳能发电站 ( 系统 太阳能发电站 ( 系统 ) 各个环节都有技术提升 的要求，也取得了一些 进展。

10 - 10 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 晶体硅和薄膜太阳电池产业链对比  Thin film 高度整合  薄膜太阳电池产业链  晶体硅太阳电池产业链

11 - 11 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 世界太阳电池产量 1999 - 2008

12 - 12 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 世界太阳电池 07/08 安装量 07 年： 2.4 GW 08 年： 5.65 GW

13 - 13 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 全球 50 大光伏发电站 容量安装地点 建造商, 建造时间 60 MW 西班牙, Olmedilla Nobesol, September 2008 50 MW 西班牙, Puertollano(Castila-La Mancha) Renovalia, 2008 46 MW 葡萄牙, Moura (Alentejo) ACCIONA Energia, December 2008 40 MW 德国, Brandis juwi GmbH, 2007-2008 34 MW 西班牙, Arnedo (La Rioja) T-Solar, October 2008 30 MW 西班牙, Osa de la Vega (Cuenca) 2008 30 MW 西班牙, Trujillo (Cáceres) Elecnor, 2008 30 MW 西班牙, Merida (Extremadura) Deutsche Bank AG 等， September 2008 28 MW 西班牙, Casas de Los Pinos Renovalia, 2008 26 MW 西班牙, Fuente Álamo(Murcia) August 2008 24 MW 韩国, Sinan Conergy Ltd., October 2008 23.2 MW 西班牙, Lucainena de las Torres(Almeria) New Energy Invest GmbH, August 2008 23.1 MW 西班牙, Abertura(Caceres) Iberdrola, 2008 23 MW 西班牙, Hoya de Los Vincentes, Jumilla Luzentia, January 2008

14 - 14 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 容量安装地点 建造商, 建造时间 22.1 MW 西班牙, Almaraz(Caceres) OPDE, September 2008 21.47 MW 西班牙, El Coronil(Andalucia) APIA XXI, 2008 21.2 MW 西班牙, Calavéron EPURON GmbH, 2008 20 MW 韩国, 首尔 2009 20 MW 西班牙, Calasparra(Murcia) 2008 20 MW 西班牙, Beneixama(Alicante) City Solar AG ， Accener S.L., September 2007 18 MW 西班牙, Olivenza(Badajoz) November 2008 18 MW 西班牙, El Bonillo(Albacete) October 2008 10.8 MW 西班牙, Las Gabias(Granada) 2008 17.3 MW 德国, Turnow-Preilack juwi Holding, 2009 15 MW 西班牙, Calzada de Oropesa(Toledo) 2009 15 MW 韩国, Gochang (Jeollabukdo) Solarworld, October 2008 15 MW 西班牙, Mahora (Castilla-La- Mancha) City Solar AG, September 2008 14.75 MW 德国, Köthen (Sachsen- Anhalt) juwi Holding, December 2008 14.2 MW 美国, Nellis, NV SunPower Corp., December 2007

15 - 15 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 Class VII > 20 MW Class VI 10-20 Class V 5-10 Class IV 3-5 Class III 1-3 Class II 0.5-1 Class I 0.2-0.5

16 - 16 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 全球大型光伏电站的安装情况 (1995-2008) (plants)

17 - 17 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 世界最大 PV 发电站：西班牙 Olmedilla 60 MW

18 - 18 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 德国最大 PV 发电站： Lieberose-solarpark 40 MW

19 - 19 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 北美最大 PV 发电站：美国 Las Vegas 空间基地 14 MW

20 - 20 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17

21 - 21 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 西班牙 Almeria 15.4 MW

22 - 22 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 3 、组件测试结果（ Photon 发布）

23 - 23 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 组件仍以晶体硅为主，其 中： 1456 块多晶； 995 块单 晶； 8 块复合（晶体 / 非晶） 组件仍以晶体硅为主，其 中： 1456 块多晶； 995 块单 晶； 8 块复合（晶体 / 非晶） 占 93% 占 93%

24 - 24 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 不同组件的效率分布及平均值

25 - 25 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 不同组件的功率分布 Poly: 190 Watts Mono: 187 Watts

26 - 26 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 16 家光伏组件每千瓦年发电量比较 (kWh/kW )

27 - 27 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 16 家光伏组件每月发电量比较 (kWh/kW)

28 - 28 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 4 、新技术发展 电池 “ 第三代光伏电池 ” 概念 物理提纯硅片电池激光工艺应用 高效电池 - 背电极 高效电池 - 背电极选择发射极电池 电极新工艺 ---- 银电极取代 组件技术中空组件建筑组件全新工艺

29 - 29 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17  第三代光伏电池以高转换效率、原料储藏丰富等为设计出 发点，主要包括叠层光伏电池、多能带光伏电池、冲击离 子化光伏电池、热载流子光伏电池、上下转换光伏电池、 热光伏电池等；  目前第三代光伏电池多数还处于探索阶段，少数技术已成 熟并逐渐进入商业化。 4.1 “ 第三代光伏电池 ” 概念

30 - 30 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17  叠层太阳电池将采用不同禁带宽度材料制备的太阳电池叠 加起来，沿太阳光入射方向电池材料的禁带宽度依次降低 ，因此，入射的太阳光可以得到很好的过滤，能量高的光 子被禁带宽度大的电池吸收，能量低的光子被禁带宽度小 的电池吸收。  关键技术：隧道结，叠层电池匹配；  分类： 非晶硅体系 ( α-Si:H/α-SiGe:H 、 μc-Si:H/α-Si:H) ， Ⅲ - Ⅴ族化合物体系 (GaInP/GaAs/Ge 、 GaInP/GaAs 、 GaAs/ GaSb) Ⅲ - Ⅴ族化合物体系 (GaInP/GaAs/Ge 、 GaInP/GaAs 、 GaAs/ GaSb) 硅量子点体系 (Si/SiO 2 、 Si/Si 3 N 4 、 Si/SiC) 等。 硅量子点体系 (Si/SiO 2 、 Si/Si 3 N 4 、 Si/SiC) 等。 叠层太阳电池 (Tandem cells)

31 - 31 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 叠层太阳电池 (Tandem cells) 三叠层最理想

32 - 32 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 上下转换太阳电池 (up and down conversion solar cells)  利用上转换材料，将两个不能被太阳电池吸收的低能光 子转换为一个可被太阳电池吸收的高能光子；  利用下转换材料，将一个高能光子转换为两个可被太阳 电池吸收的低能光子。 Trupke. T, et al. Journal of applied physics, 2002, 92:4117-4122 Trupke. T, et al. Journal of applied physics, 2002, 92:1668-1674

33 - 33 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 上下转换光伏电池材料  上转换材料主要是一些稀土化合物 ( 如 Ba 2 ErCl 7, BaLn 2 F 8 等 ) 和稀土掺杂的氧化物、氟化物、氯化物和硫化物等；  2005 年 Shalav 等人将工业上应用的 NaYF 4 :Er 3+ 上转换材 料应用到硅太阳电池的背面， 电池在激发波长为 1523nm ，功率为 5.1mW 的光辐照下，外量子效率达到 2.5% ，内 量子效率达到 3.8% 。  下转换材料： 1999 年， Rene 等人发现 LiGdF:Eu 3+ 在室温 下可将一个紫外光子转换 (quantum cutting) 为两个可见光 子，其量子效率接近 200%

34 - 34 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 激光掺杂 (Laser doping)  有选择性发射结 电池  指交型全背电极 结构电池

35 - 35 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 高速打印： 10 万个喷嘴，每秒喷 出 20-30 万滴 高速摄影，质量控制硅片做得更薄，不会损坏 4.2 高速打印技术

36 - 36 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 4.3 薄硅片技术 真空室：离 子针注入 H + 离子，离表 面 150 微米 加热，氢释 放使薄硅片 自然分离

37 - 37 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 4.4 晶体硅太阳电池组件的成本构成

38 - 38 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 晶体硅太阳电池组件自动化生产线

39 - 39 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 一般组件：单层结构 : 玻璃 /TPT ； 玻璃 / 玻璃 建筑组件：双层结构：玻璃 / 玻璃－隔热；玻璃 / 玻璃 - 隔热 - 安全玻璃 建筑组件：双层结构：玻璃 / 玻璃－隔热；玻璃 / 玻璃 - 隔热 - 安全玻璃 4.5 建筑组件结构

40 - 40 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 4.6 薄膜太阳电池生产技术（ AM ）

41 - 41 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 SunFab PECVD 5.7 System for Thin Film Si Processes glass at 4 times the size of Applied Materials’ nearest competitor

42 - 42 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 Scale-Up of Deposition to 5.7 m2 Glass Size

43 - 43 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2016-1-17 4.7 太阳能辐射与光伏发电量数据传输与收集