柔性非晶硅薄膜太阳能电池技术解析
除了在屋顶安装光伏电池板外,已推出了把光伏电池装在瓦片内的产品。此外,国外还在研究光伏墙结构(PVWALL),将光伏系统和建筑物外墙相结合。可以预计,光伏与建筑相结合是未来光伏应用中最重要的领域之一,其发展前景十分广阔,并且有着巨大的市场潜力,柔性衬底薄膜电池无疑将在其中扮演重要角色。
二、柔性衬底薄膜太阳电池的结构
柔性衬底太阳电池可采用单结或多结结构。单结结构因其稳定性差、效率低已较少采用,而稳定性好、效率高的多结、叠层太阳电池是柔性衬底太阳电池的发展方向,目前多采用三结太阳电池结构。三结太阳电池中,每一个电池都是由三个半导体结相互叠加而成:底电池吸收红光;中间电池吸收绿光;顶电池吸收蓝光;对阳光光谱的宽范围响应是提高电池效率的关键。美国Uni-Solar公司的不锈钢衬底、三结非晶硅锗太阳电池结构如图3所示,其小面积电池效率目前达到14.6%。
三、柔性衬底薄膜太阳电池的国内外现状
当前商业化非晶硅电池的稳定效率,单结、双结、三结分别为4%~5%,6%~7%,7%~8%。世界上从事柔性衬底薄膜太阳能电池的研制生产的主要单位是美国的联合太阳能公司(UnitedSolar),欧洲的VHF-technologies公司,和日本的Sharp公司,Sanyo公司。
美国光伏计划的重点是"ThinFilmPartnershipProgram",着重研究廉价高效薄膜太阳电池,预计到2020年左右,光伏发电的成本可望同燃油发电相竞争(相当于电池效率15%,每平方米成本≤50美元)。
美国UnitedSolarSystems公司是EnergyConversionDevices,Inc.(ECD)和N.V.BekaertS.A(BESSEurope)合资经营,2003年建立了一条同时沉积6卷不锈钢卷带三结叠层非晶硅电池生产线,年产30MW,初始效率和稳定效率分别达到14.6%和12.6%。2006年为50MW,2007年达100MW,2010年的目标是300MW。
美国Toledo大学在柔性衬底非晶硅太阳电池领域的研究处于世界领先地位,其单结非晶硅锗电池实验室初始效率达到了13%,他们的技术团队参与组建了MWOE和Xunlight公司,并在积极筹划更大的产能。
日本在柔性衬底太阳电池的研究方面也走在世界前列。在日本,Sharp公司、Sanyo公司、TDK公司、Fuji公司都投入了大量人力、物力从事柔性衬底非晶硅太阳电池的研制,已经建成了多条兆瓦量级的聚酯膜柔性电池生产线。Sanyo公司最早在无人驾驶的太阳能飞机上采用了柔性衬底非晶太阳电池作为能源,完成了横跨美洲大陆的飞行,显示了柔性非晶薄膜太阳电池作为飞行器能源的巨大潜力。Sharp公司、TDK公司在聚酯膜上制备的非晶硅太阳电池目前已能生产面积为286cm2的组件,效率已达8.1%,小面积电池的效率已达11.1%。Fuji公司a-Si/a-SiGe叠层电池稳定效率达到9%,在日本Kumamoto建立了工厂,塑料衬底非晶硅电池的产量2006年达15MW。
欧盟则联合其成员国的多个研究机构组织包括Neuchatel大学、VHF-technologies公司、Roth&Rau公司等开展了聚酯膜衬底柔性电池的联合攻关,目前已经实现了小批量的生产线。