太阳能电池产业链及分类特点

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太阳能电池产业链及分类特点

1、太阳能电池产业链

太阳能电池的产业链可分为前段硅晶圆、硅晶棒制程、中段的太阳能电池及段的发电模块与电力调节器等制程。一条完整的光伏电池产业链包括从最初的硅材料到硅锭、硅片、电池片，最终产品是电池组件。

2、太阳能电池分类

太阳能电池分为硅太阳能电池和非硅系太阳能电池（砷化镓太阳能电池、薄膜太阳能电池）。

1）硅太阳能电池 

硅太阳能电池可分为单晶硅、多晶硅电池。单晶硅太阳能电池在硅系列太阳能电池中，转换效率最高，技术最为成熟。但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。单晶硅电池技术领先的厂家为德国弗朗霍费莱堡太阳能系统研究所。该所光刻照相技术将电池表面制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率。通过以上工艺制得的电池转化效率超过23%。另外，Kyocera（日本京瓷）公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率达到19.44%。国内北京太阳能研究所研制的平面高效单晶硅电池（2cmX2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cmX5cm）转换效率达8.6%。

薄膜太阳能电池又分为多晶硅薄膜太阳能电池、微晶硅薄膜太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池、色素增感太阳能电池、铜铟硒薄膜太阳能电池等。多晶硅薄膜太阳能电池，特点是使用的硅材料远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。

工艺特点是在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，目前薄膜制备多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）、等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺、液相外延法（LPE）和溅射沉积法四种工艺。

化学气相沉积主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4或SiH4，为反应气体，在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等。通过固相结晶法和中区熔再结晶法等再结晶工艺，太阳能电池转换效率明显提高。另外所有制备单晶硅太阳能电池的技术也应用于多晶硅太阳能电池。

德国费莱堡太阳能研究所在FZSi衬底上制得的多晶硅电池转换效率为19％，日本三菱公司用该法制备电池，效率达16.42%。

液相外延（LPE）法的原理是通过将硅熔融在母体里，降低温度析出硅膜。美国Astropower公司采用LPE制备的电池效率达12.2％。中国光电发展技术中心的陈哲良采用液相外延法在冶金级硅片上生长出硅晶粒，并设计了一种类似于晶体硅薄膜太阳能电池的新型太阳能电池，称之为“硅粒”太阳能电池。

非晶硅薄膜太阳能电池特点是具有较高的转换效率和较低的成本及重量轻，发展潜力极大。但材料本身对太阳光波长不敏感，随着光照时间延长光电效率衰减，因此电池性能不稳定，影响了他的实际应用。

制备方法有很多，其中包括反应溅射法、PECVD法、LPCVD法等，反应原料气体为H2稀释的SiH4，衬底主要为玻璃及不锈钢片，制成的非晶硅薄膜经过不同的电池工艺过程可分别制得单结电池和叠层太阳能电池（为了弥补衰减效应）。

目前美国联合太阳能公司（VSSC）制得的单结太阳能电池最高转换效率为9.3%，三叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到13％，创下新的记录。三叠层太阳能电池年生产能力达5MW。日本中央研究院采用一系列新措施，制得的非晶硅电池的转换效率为13.2％。国内南开大学的耿新华等采用工业用材料，以铝背电极制备出面积为20X20cm2、转换效率为8.28％的a－Si/a－Si叠层太阳能电池。

2）非硅系太阳能电池

非硅系太阳能电池包括多元化合物薄膜电池（砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等）、聚合物多层修饰电极型太阳能电池（以聚合物代替无机材料）、和纳米晶化学太阳能电池（纳米多晶TiO2）。以上三类材料由于材料来源、技术不成熟等原因短时间内不可能代替硅材料电池成为市场主导。

总之，太阳能电池的工业化发展重心已由单晶向多晶方向发展主要原因是多晶硅成本更低，更适合大规模生产。

市场上以结晶硅太阳能电池为主，占太阳能电池总需求量的88%。结晶硅太阳能电池中又以多晶硅太阳能电池占比例较大，约占近2/3；单晶硅太阳能电池占1/3强。  

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