1、太陽能電池太陽能電池主要內容主要內容v太陽能電池的發展歷史太陽能電池的發展歷史 v太陽能電池市場狀況及趨勢太陽能電池市場狀況及趨勢 v太陽能電池定義和分類太陽能電池定義和分類v太陽能電池的結構及工作原理太陽能電池的結構及工作原理v太陽能電池的生產工藝太陽能電池的生產工藝v太陽能電池的應用太陽能電池的應用 1.太陽能電池的發展歷史太陽能電池的發展歷史 1954 1954年世界第一塊實用化太陽能電池在美國貝爾實驗室問世，幷首先應年世界第一塊實用化太陽能電池在美國貝爾實驗室問世，幷首先應用于空間技術。當時太陽能電池的轉換效率為用于空間技術。當時太陽能電池的轉換效率為8 8。19731973年世界爆發

2、石年世界爆發石油危機，從此之后，人們普遍對于太陽能電池關注，近油危機，從此之后，人們普遍對于太陽能電池關注，近1010幾年來，隨著幾年來，隨著世界能源短缺和環境污染等問題日趨嚴重，太陽能電池的清潔性、安全世界能源短缺和環境污染等問題日趨嚴重，太陽能電池的清潔性、安全性、長壽命，免維護以及資源可再生性等優點更加顯現。一些發達國家性、長壽命，免維護以及資源可再生性等優點更加顯現。一些發達國家制定了一系列鼓舞光伏發電的優惠政策，幷實施龐大的光伏工程計劃，制定了一系列鼓舞光伏發電的優惠政策，幷實施龐大的光伏工程計劃，為太陽能電池產業創造了良好的發展機遇和巨大的市場空間，太陽能電為太陽能電池產業創造了良

3、好的發展機遇和巨大的市場空間，太陽能電池產業進入了高速發展時期，幷帶動了上游多晶硅材料業和下游太陽能池產業進入了高速發展時期，幷帶動了上游多晶硅材料業和下游太陽能電池設備業的發展。在電池設備業的發展。在1997199720062006年的年的1010年中，世界光伏產業擴大了年中，世界光伏產業擴大了2020倍，今后倍，今后1010年世界光伏產業仍以每年年世界光伏產業仍以每年3030以上的增長速度發展。以上的增長速度發展。世界太陽能電池發展的主要節點世界太陽能電池發展的主要節點v1954 美國貝爾實驗室發明單晶硅太陽能電池，效率為美國貝爾實驗室發明單晶硅太陽能電池，效率為6v1955 第一個第一個

4、光伏航標燈光伏航標燈問世，美國問世，美國RCA發明發明Ga As太陽能電池太陽能電池v1958 太陽能電池首次裝備于美國先鋒太陽能電池首次裝備于美國先鋒1號衛星，轉換效率為號衛星，轉換效率為8。v1959 第一個單晶硅太陽能電池問世。第一個單晶硅太陽能電池問世。v1960 太陽能電池首次實現太陽能電池首次實現并網并網運行。運行。v1974 突破反射絨面技術，硅太陽能電池效率達到突破反射絨面技術，硅太陽能電池效率達到18。v1975 非晶硅及帶硅太陽能電池問世非晶硅及帶硅太陽能電池問世v1978 美國建成美國建成100KW光伏電站光伏電站v1980 單晶硅太陽能電池效率達到單晶硅太陽能電池效率達

5、到20多晶硅為多晶硅為14.5，Ga As為為22.5v1986 美國建成美國建成6.5KW光伏電站光伏電站v1990 德國提出德國提出“2000光伏屋頂計劃光伏屋頂計劃”v1995 高效聚光高效聚光Ga As太陽能電池問世，效率達太陽能電池問世，效率達32。v1997 美國提出美國提出“克林頓總統百萬太陽能屋頂計劃，日本提出克林頓總統百萬太陽能屋頂計劃，日本提出“新陽光計新陽光計劃劃”v1998 單晶硅太陽能電池效率達到單晶硅太陽能電池效率達到24.7，荷蘭提出，荷蘭提出“百萬光伏屋頂計劃百萬光伏屋頂計劃”v2000 世界太陽能電池總產量達世界太陽能電池總產量達287MW，歐洲計劃，歐洲計劃

6、2010年生產年生產60億瓦光伏億瓦光伏電池電池并網發電系統及工作原理光伏航標燈2.太陽能電池市場狀況及趨勢太陽能電池市場狀況及趨勢2.1 太陽能電池的市場狀況太陽能電池的市場狀況1998年以前，單晶硅電池占世界光伏生產的主導地位其次是多晶硅電池。從1998年開始，多晶硅電池開始超過單晶硅躍居第一。非晶硅從20世紀80年代初開始商業化生產，但由于效率低和光衰減問題，市場份額增加不快。CdTe電池從20世紀80年代中期開始商業化生產，市場份額增加緩慢，除技術因素外，人們對Cd的毒性的疑慮也是原因之一。 CIS電池的產業化進程比較緩慢，原因是生產過程中化學劑量比難以控制，大面積均勻性和重復性較差。

7、2.2太陽電池的未來發展趨勢太陽電池的未來發展趨勢 2.2.1 商業化趨勢商業化趨勢v 1998年以前，單晶硅電池占市場主導地位，其次是多晶硅年以前，單晶硅電池占市場主導地位，其次是多晶硅電池。電池。v 從從1998年起，多晶硅電池開始超過單晶硅躍居第一。年起，多晶硅電池開始超過單晶硅躍居第一。v非晶硅從非晶硅從80年代初開始商業化，由于效率低和光衰減問題，年代初開始商業化，由于效率低和光衰減問題，市場份額先高后低。市場份額先高后低。v CdTe電池從電池從80年代中期開始商業化生產，市場份額增加緩年代中期開始商業化生產，市場份額增加緩慢，慢，Cd的毒性是原因之一；的毒性是原因之一； vCIS

8、電池的產業化進程比較緩慢，生產工藝難于控制，電池的產業化進程比較緩慢，生產工藝難于控制，In是是稀有元素；稀有元素；v Sanyo公司公司a-Si/c-Si電池商業化僅兩三年，發展迅速電池商業化僅兩三年，發展迅速20012001、20022002年各種電池的市場份額和開始商業化時間年各種電池的市場份額和開始商業化時間. .電池技術市場份額 %商業化時間單晶硅35.1329.46 70初(地面應用)多晶硅47.3354.44 70年代末非晶硅8.625.580年代初A-Si/c-Si(n)4.615.990年代末帶硅3.483.380年代中薄硅/陶瓷0.260.390年代中CdTe0.390.3

9、80年代中CIS0.18/00年代初2001、2002年太陽電池的產量及份額年太陽電池的產量及份額 2001 2002v mc-Si 184.85 47.33% 278.9 54.44% v Sc-Si 137.18 35.13% 150.91 29.46%v a-Si 33.68 8.62% 28.01 5.5%v a-Si/Cz 18.0 4.61% 30.0 5.9%v RibbonSi 13.6 3.48 % 16.9 3.3% v CdTe 1.53 0.39% 1.6 0.3%v CIS 0.7 0.18% -v Si/LCS 1.0 0.26% 1.7 0.3%v C-Si/Sc

10、-Si 3.7 0.7% 2.2.2 技術發展趨勢技術發展趨勢2.2.2.1 硅基電池硅基電池:v 硅是地球上豐度第二大元素，資源豐富硅是地球上豐度第二大元素，資源豐富(以石英砂以石英砂形式存在形式存在)；v 環境友好；環境友好；v 電池效率高，性能穩定；電池效率高，性能穩定；v 工藝基礎成熟。工藝基礎成熟。v 硅基電池是目前光伏界研究開發的重點、熱點晶硅硅基電池是目前光伏界研究開發的重點、熱點晶硅電池的產業化技術電池的產業化技術 硅基薄膜電池硅基薄膜電池研究開發方向：研究開發方向：晶硅電池晶硅電池: 提高電池提高電池/組件效率組件效率高效鈍化技術：高效鈍化技術：TiO2，SiNx, H、Si

11、O2, a-Si 。高效陷光技術：減反射，表面織構化，背反射等，高效陷光技術：減反射，表面織構化，背反射等，選擇性發射區選擇性發射區(前前)，背表面場背表面場(BSF)，細柵或者單面技術，細柵或者單面技術， 高效封裝技術最佳封裝材料的折射率等。高效封裝技術最佳封裝材料的折射率等。簡化、改進工藝自動化、環保、低成本；簡化、改進工藝自動化、環保、低成本； 如硅片如硅片薄化及其工藝，薄化及其工藝， 材料的國產化和提高性能；材料的國產化和提高性能； 硅基薄膜電池硅基薄膜電池 低溫過程低溫過程(PECVD) 900,多晶硅基薄膜電池，廉價襯底；多晶硅基薄膜電池，廉價襯底； 2.2.2.2 2.2.2.2

12、 化合物電池化合物電池v CIGS CIGS 電池：提高效率，大面積重復性，電池：提高效率，大面積重復性，S S代代SeSev CdTe CdTe電池：提高效率，大面積重復性電池：提高效率，大面積重復性v GratzelGratzel電池電池 高效染料，固體或準固態電高效染料，固體或準固態電 解質，解質，提高效率，大面積重復性提高效率，大面積重復性v 有機電池有機電池 高效電子受體高效電子受體 和給體以及材料，提和給體以及材料，提高效率高效率 3.3.新型概念電池：量子點、量子阱電池，中間帶新型概念電池：量子點、量子阱電池，中間帶 光伏電池，帶隙遞變迭層電池等，尚處在理論探索、光伏電池，帶隙遞

13、變迭層電池等，尚處在理論探索、概念研究和驗證階段概念研究和驗證階段。3.太陽能電池定義和分類太陽能電池定義和分類 太陽能電池，太陽能電池，又稱光伏器件又稱光伏器件，是一種利用光是一種利用光生伏特效應把光能轉變為電能的器件。它是生伏特效應把光能轉變為電能的器件。它是太陽能光伏發電的基礎和核心。太陽能光伏發電的基礎和核心。太陽能電池分類太陽能電池分類按結構按結構分類分類同質結同質結太陽電池太陽電池異質結異質結太陽電池太陽電池肖特基肖特基太陽電池太陽電池按材料按材料分類分類硅太陽硅太陽電池電池敏化納米晶敏化納米晶太陽電池太陽電池有機化合物有機化合物太陽電池太陽電池塑料塑料太陽電池太陽電池無機化合物無

14、機化合物半導體半導體太陽電池太陽電池按光電轉換按光電轉換機理機理傳統傳統太陽電池太陽電池激子激子太陽電池太陽電池4.太陽能電池的結構及工作原理太陽能電池的結構及工作原理太陽能電池的結構太陽能電池發電原理5.太陽能電池的生產工藝太陽能電池的生產工藝導電玻璃導電玻璃 膜切割膜切割 清洗清洗 檢測檢測 鍍鋁電極鍍鋁電極 沉積沉積PN結結老化老化 檢測檢測 封裝封裝 成品檢測成品檢測太陽能電池組件生產工藝太陽能電池組件生產工藝 組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產中的關鍵步驟，沒組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產中的關鍵步驟，沒有良好的封裝工藝，多好的電池也生產不出好的組件板。電有良好的封裝工藝

15、，多好的電池也生產不出好的組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強了電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強了電池的抗擊強度。產品的高質量和高壽命是贏得可客戶滿意的池的抗擊強度。產品的高質量和高壽命是贏得可客戶滿意的關鍵，所以組件板的封裝質量非常重要。關鍵，所以組件板的封裝質量非常重要。 流程：流程： 1 1、電池檢測、電池檢測22、正面焊接并檢驗、正面焊接并檢驗33、背面串接并檢驗、背面串接并檢驗44、敷設（玻璃清洗、材料切割、玻璃預處理、敷設）敷設（玻璃清洗、材料切割、玻璃預處理、敷設）55、層、層壓壓66、去毛邊（去邊、清洗）、去毛邊（去邊、清洗）77、裝邊框

16、（涂膠、裝角鍵、裝邊框（涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠）沖孔、裝框、擦洗余膠）88、焊接接線盒、焊接接線盒99、高壓測試、高壓測試1010、組件測試、組件測試外觀檢驗外觀檢驗1111、包裝入庫、包裝入庫工藝簡介工藝簡介v電池測試電池測試：由于電池片制作條件的隨機性，生產出來的電池：由于電池片制作條件的隨機性，生產出來的電池性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應根據其性能參數進行分類；電池測試即通合在一起，所以應根據其性能參數進行分類；電池測試即通過測試電池的輸出參數（電流和電壓）的大小對其進行分類。過測試電池

17、的輸出參數（電流和電壓）的大小對其進行分類。以提高電池的利用率，做出質量合格的電池組件。以提高電池的利用率，做出質量合格的電池組件。v正面焊接正面焊接：是將匯流帶焊接到電池正面（負極）的主柵線上，：是將匯流帶焊接到電池正面（負極）的主柵線上，匯流帶為鍍錫的銅帶，我們使用的焊接機可以將焊帶以多點匯流帶為鍍錫的銅帶，我們使用的焊接機可以將焊帶以多點的形式點焊在主柵線上。焊接用的熱源為一個紅外燈（利用的形式點焊在主柵線上。焊接用的熱源為一個紅外燈（利用紅外線的熱效應）。焊帶的長度約為電池邊長的紅外線的熱效應）。焊帶的長度約為電池邊長的2 2倍。多出倍。多出的焊帶在背面焊接時與后面的電池片的背面電極相

18、連的焊帶在背面焊接時與后面的電池片的背面電極相連v背面串接背面串接：背面焊接是將：背面焊接是將36片電池串接在一起形成一個組件片電池串接在一起形成一個組件串，我們目前采用的工藝是手動的，電池的定位主要靠一個串，我們目前采用的工藝是手動的，電池的定位主要靠一個膜具板，上面有膜具板，上面有36個放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的個放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對應，槽的位置已經設計好，不同規格的組件使用不大小相對應，槽的位置已經設計好，不同規格的組件使用不同的模板，操作者使用電烙鐵和焊錫絲將同的模板，操作者使用電烙鐵和焊錫絲將“前面電池前面電池”的正的正面電極（負極）焊接到面電極（負極）

19、焊接到“后面電池后面電池”的背面電極（正極）上，的背面電極（正極）上，這樣依次將這樣依次將36片串接在一起并在組件串的正負極焊接出引線。片串接在一起并在組件串的正負極焊接出引線。v層壓敷設層壓敷設：背面串接好且經過檢驗合格后，將組件串、玻璃：背面串接好且經過檢驗合格后，將組件串、玻璃和切割好的和切割好的EVA 、玻璃纖維、背板按照一定的層次敷設好，、玻璃纖維、背板按照一定的層次敷設好，準備層壓。玻璃事先涂一層試劑（準備層壓。玻璃事先涂一層試劑（primer）以增加玻璃和）以增加玻璃和EVA的粘接強度。敷設時保證電池串與玻璃等材料的相對位的粘接強度。敷設時保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調整好

20、電池間的距離，為層壓打好基礎。（敷設層次：置，調整好電池間的距離，為層壓打好基礎。（敷設層次：由下向上：玻璃、由下向上：玻璃、EVA、電池、電池、EVA、玻璃纖維、背板）。、玻璃纖維、背板）。v組件層壓組件層壓：將敷設好的電池放入層壓機內，通過抽真空將組：將敷設好的電池放入層壓機內，通過抽真空將組件內的空氣抽出，然后加熱使件內的空氣抽出，然后加熱使EVAEVA熔化將電池、玻璃和背板熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產的關粘接在一起；最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產的關鍵一步，層壓溫度層壓時間根據鍵一步，層壓溫度層壓時間根據EVAEVA的性質決定。我們使用的

21、性質決定。我們使用快速固化快速固化EVAEVA時，層壓循環時間約為時，層壓循環時間約為2525分鐘。固化溫度為分鐘。固化溫度為150150。v修邊修邊：層壓時：層壓時EVAEVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應將其切除。所以層壓完畢應將其切除。v裝框裝框：類似與給玻璃裝一個鏡框；給玻璃組件裝鋁框，增加：類似與給玻璃裝一個鏡框；給玻璃組件裝鋁框，增加組件的強度，進一步的密封電池組件，延長電池的使用壽命。組件的強度，進一步的密封電池組件，延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填充。各邊框間用角鍵連邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填

22、充。各邊框間用角鍵連接。接。v焊接接線盒焊接接線盒：在組件背面引線處焊接一個盒子，以：在組件背面引線處焊接一個盒子，以利于電池與其他設備或電池間的連接。利于電池與其他設備或電池間的連接。v高壓測試高壓測試：高壓測試是指在組件邊框和電極引線間：高壓測試是指在組件邊框和電極引線間施加一定的電壓，測試組件的耐壓性和絕緣強度，施加一定的電壓，測試組件的耐壓性和絕緣強度，以保證組件在惡劣的自然條件（雷擊等）下不被損以保證組件在惡劣的自然條件（雷擊等）下不被損壞。壞。v組件測試組件測試：測試的目的是對電池的輸出功率進行標：測試的目的是對電池的輸出功率進行標定，測試其輸出特性，確定組件的質量等級。定，測試其

23、輸出特性，確定組件的質量等級。 組件高效和高壽命如何保證：組件高效和高壽命如何保證：v高轉換效率、高質量的電池片高轉換效率、高質量的電池片 ；v高質量的原材料，例如：高的交聯度的高質量的原材料，例如：高的交聯度的EVAEVA、高粘結強度的、高粘結強度的封裝劑（中性硅酮樹脂膠）、高透光率高強度的鋼化玻璃等；封裝劑（中性硅酮樹脂膠）、高透光率高強度的鋼化玻璃等；v合理的封裝工藝合理的封裝工藝v員工嚴謹的工作作風；員工嚴謹的工作作風； 由于太陽電池屬于高科技產品，生產過程中一些細節問題，由于太陽電池屬于高科技產品，生產過程中一些細節問題，一些不起眼問題如應該戴手套而不戴、應該均勻的涂刷試劑一些不起眼

24、問題如應該戴手套而不戴、應該均勻的涂刷試劑而潦草完事等都是影響產品質量的大敵，所以除了制定合理而潦草完事等都是影響產品質量的大敵，所以除了制定合理的制作工藝外，員工的認真和嚴謹是非常重要的。的制作工藝外，員工的認真和嚴謹是非常重要的。6.6.太陽能電池的應用太陽能電池的應用 上世紀上世紀6060年代，科學家們就已經將太陽電池應用于空間技年代，科學家們就已經將太陽電池應用于空間技術術通信衛星供電，上世紀末，在人類不斷自我反省的過通信衛星供電，上世紀末，在人類不斷自我反省的過程中，對于光伏發電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加程中，對于光伏發電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應用

25、，在眾多領域中也大顯身手。如：太親切，不僅在空間應用，在眾多領域中也大顯身手。如：太陽能庭院燈、太陽能發電戶用系統、村寨供電的獨立系統、陽能庭院燈、太陽能發電戶用系統、村寨供電的獨立系統、光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保護、光纜通信泵站電源、海水淡化系統、城鎮中路標、高速護、光纜通信泵站電源、海水淡化系統、城鎮中路標、高速公路路標等。歐美等先進國家將光伏發電并入城市用電系統公路路標等。歐美等先進國家將光伏發電并入城市用電系統及邊遠地區自然界村落供電系統納入發展方向。太陽電池與及邊遠地區自然界村落供電系統納入發展方向。太陽電池與建筑系統的結合已經形成產業化趨勢建筑系統的結合已經形成