中科院微电子所高效电池技术2010讲座.pptVIP

硅基光伏电池技术发展方向分析 贾锐( “百人计划” 研究员，副主任) Rui Jia(Dr. Prof, deputy director ) Research Center of Solar Cell, Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China 中国科学院微电子研究所光伏实验室 2010.11.30 2010中国经济和信息化论坛，北京 前言 硅基高效电池的主要发展方向 结论 提 纲 未来可再生能源发展趋势 (数据来源 EU JRC PV Roadmap 2004) 未来主要能源供应：光伏能源 1. 美国First Solar：1100MW 2. 中国无锡尚德：704MW------2010年产能达1.8GW 3. 日本夏普：595MW 4. 德国Q-Cells：586MW 5. 中国英利绿色能源：525.3MW -----2010年产能达1.3GW 6. 中国晶澳太阳能：520MW -----2010年产能达1GW 7. 日本京瓷(Kyocera)400MW 8. 中国天合光能：399MW -----2010年产能达0.7GW 9. 美国SunPower：397MW 10. 中国台湾昱晶368MW。 我国已成为世界第一大光伏电池生产大国 2009年，95%以上的产品出口国外，国内利用率不到5% 2010年，中国各大厂商纷纷扩大产能，总产能达以12GW ① 晶硅电池： 多晶硅，单晶硅等； ② 薄膜电池： a-Si，a-Si/ ?c-Si，CIGS，CdTe，GaAs，poly-Si等； ③ 新型电池及新概念电池： 染料敏化电池－光电化学电池（Grātzel电池）， 有机电池， 多结(带隙递变)电池， 中间带（杂质带）电池，量子点、量子阱电池， 上转换器（低能光子合并成高能光子）电池， 下转换器（高能光子分解成低能光子）， 热载流子电池等。 太阳电池分类（依照产业规模） 光的充分吸收和利用 表面钝化 N型晶体硅电池 (MWT/EWT、HIT、背接触、OECO、LFC) 晶体硅(多晶和单晶)占据主流市场地位，未来10-15年仍然以晶体硅为主 前言 硅基高效电池的主要发展方向 结论 提 纲 光的充分吸收和利用 平均介电常数 超小绒面：米氏散射理论的计算 散射与入射光对之比 光的有效路径长度 路径增强因子 波长(微米) 反射率(%) 渐变表面 反射膜 折射率渐变表面的反射率和减反膜的对比 折射率渐变表面有着极低的反射率，与减反膜形成鲜明的对比 Nano Lett. 2009, Vol.9, No.4, p1549-1554, Silicon Nanowire-Based Solar Cells on Glass: Synthesis, Optical Properties, and Cell Parameters 传统减反和超小绒面结构减反表面对比 常规单晶硅电池 我们的结果 低成本 大面积 方法简单位 可产业化 最高反射率3.7% (中国计量院测试结果)红外波段有着很好的响应(quasi-black silicon)。 表面钝化 表面钝化对电池的影响 n type c-Si (textured) p/i a-Si i/n a-Si 日本Sanyo HIT电池, 23% (100cm2) 新南威尔士大学, PERL电池 ? ＝5%（25％） Yevgeniya Larionova, Verena Mertens,Appl. Phys. Lett. 96, 032105 (2010), Surface passivation of n-type Czochralski silicon substrates by thermal-SiO2/plasma-enhanced chemical vapor deposition SiN stacks SiO2/SiNx叠层钝化效果非常明显 高温处理及长时间放置，可靠性及稳定性非常好 SiO2/SiNx叠层表面钝化：干氧平板式PECVD实现 Koichi Koyama et al, Appl. Phys. Lett., 97, 082108 (2010), Extremely low surface recombination velocities on crystalline silicon wafers realized by catalytic chemical vapor deposited SiNx /a-Si stacked passivation layers 少子寿命与非晶硅薄膜的关系 N型衬底少子寿命变化 p型衬底少子寿命变化 a-Si/SiNx叠