中日美薄膜太阳能专利情报对比分析(精)
收稿日期:2012-04-12一一一一修回日期:2012-05-13
基金项目:镇江市软科学基金项目 产业专利状态分析及预警机制研究(薄膜太阳能) (编号:RK2010002)三
作者简介:刘桂锋(1980-),男,博士,馆员,研究方向:专利情报;王秀红(1975-),女,博士,副研究馆员,研究方向:专利情报;钱一过(1988-),男,硕士研究生,研究方向:专利情报三
中日美薄膜太阳能专利情报对比分析
*
刘桂锋一王秀红一钱一过
(江苏大学科技信息研究所一镇江一212013)
摘一要一采用对比分析法对1990-2010年间中国二日本和美国薄膜太阳能专利数据的动态分析来揭示三国薄膜太阳能技术的专利状况三选用中国国家知识产权局和世界知识产权组织数据库,从竞争环境二竞争对手和竞争技术三个层面七大模块对比了中日美薄膜太阳能专利年度申请态势二区域分布二专利申请人和发明人以及专利技术布局等三研究表明中国与日美薄膜太阳能专利申请行为差距较大三结果可为我国薄膜太阳能技术发展提供有价值的竞争情报三
关键词一专利一薄膜太阳能一竞争情报一专利地图一专利分析一对比分析法
中图分类号一G306一G255一一一一一一文献标识码一A一一一一一一文章编号一1002-1965(2012)08-0044-06
A Comparative Analysis on Patent Intelligence of Thin Film Solar
in China ,Japan and America
LIU Guifeng 一WANG Xiuhong 一QIAN Guo
(Institute of Scientific and Technical Information ,Jiangsu University ,Zhenjiang 一212013)
Abstract 一The development status of thin film solar in China ,Japan and America is revealed based on the patents sourced from SIPO and WIPO between 1990and 2010.This work compared patent number changes by year ,regional distribution ,patent applicants and inventors ,core technologies of thin film solar in three countries from competitive environments ,competitors and competitive technologies.The result shows that patenting behavior of China differs greatly from that of Japan and America.This paper provides valuable competitive intelli-gence for domestic field of thin film solar.
Key words 一patent 一thin film solar 一competitive intelligence 一patent map 一patent analysis 一comparative analysis
0一引一言
我国政府在 十二五 规划中对新能源提出了具体的发展目标三太阳能光伏发电在新能源领域占据着重要的地位三光伏产业的迅猛发展以及光伏产品应用的多样性,为薄膜太阳能电池提供了发展机遇三根据Solarbuzz 最新年度光伏市场报告,2010年全球前5大光伏市场国家为德国二意大利二捷克二日本和美国,日本和美国的光伏市场增长速度很快,年增长分别达到
101%和96%三从产量看,2010年全球太阳能电池产量达到20.5GW ,中国大陆和中国台湾的电池产量占全球总产量的59%三其中薄膜太阳能电池占全球太阳能电池总产量的13.5%[1]三2012年3月,美国商务部宣布了对中国光伏产品反补贴调查的初步裁定结
果,引起国内各界的强烈反响三因此,本文运用专利竞争情报分析方法(图1)对中日美薄膜太阳能专利进行对比分析,挖掘对我国薄膜太阳能产业有价值的竞争情报三
竞争情报是指关于竞争环境二竞争对手和竞争策略的信息和研究,是一种过程,也是一种产品三专利分析是竞争情报分析的重要方面之一三近年来,国内学者对于专利情报的比较或对比研究主要有以下几方面:一是以某一具体产业为实证的国家层面之间的比较研究,可以寻找不同国家之间在产业发展现状二自主创新能力等方面的地位和差距三余翔等[2]对我国和世界主要国家的纳米专利进行比较分析,从宏观和微观层面上指出我国纳米行业专利工作存在的问题,并提出相应的专利战略的建议和措施三相关的研究有:中
第31卷一第8期2012年8月一一一一一一一一一一一一一情一报一杂一志JOURNAL OF INTELLIGENCE
一一一一一一一一一一一一一Vol.31一No.8
Aug.一2012
德软件业[3]二中美纳米传感器技术[4]二中德风电技术[5]二日美汽车企业绿色技术[6]二中印巴在美专利技术[7]等三二是研究主体按照地理位置(如国家二省市区)和研究主体(如企业二高校和科研机构)分类的单因素或多因素组合分析,以此了解专利技术发展状况,为政府制定相关决策提供参考三这方面的研究有:中国国内外发明专利授权量比较分析[8],京沪粤的专利情报对比分析[9],吉林省农业专利授权分析[10],高校专利情报对比分析[11],企业二大专院校和科研单位专利情报对比分析[12]等三三是专利与其他文献类型(如期刊论文二标准)的比较研究三李新波等[13]采用岭回归和面板数据的分析方法,对比了不同行业标准与专利作用的区别三专利与论文的研究相对较多,殷媛媛等[14]以具体产业为例,来分析技术创新与科学研究的互动规律及发展趋势;高继平等[15]探析了专利-论文混合共被引网络下的知识流动;赖院根[16]探讨了期刊论文与专利文献的链接技术路径三四是专利情报分析中的不同研究方法三主要有对比分析法[17-20]二引文分析法与共词分析法[21,22]等三近年来,随着CiteSpace
信息可视化软件的广泛应用,可视化方法[23-25]的运用逐渐增多
三
图1一专利竞争情报对比分析方法
1一数据源与检索
本文国内数据来源于上海知识产权信息平台,国外数据来自Aureka 专利分析平台(现已升级为Thom-son Innovation 专利信息平台)内含的世界知识产权组织(WIPO )专利数据库三根据薄膜太阳能行业所涉及的核心技术及重要组成部分,确定检索关键词为:薄膜太阳能(thin film solar )二薄膜二太阳;非晶硅薄膜太阳能电池(amorphous Si (a -Si )thin film solar cell )二多晶硅薄膜太阳能电池(polycrystalline Si (poly -Si )thin film solar cell )二硫化镉薄膜电池(cadmium sulphide (CdS )thin film solar cell )二铜锢硒薄膜电池(CIS
(CIGS )solar cell )二有机薄膜太阳能电池(organic thin film solar cell )和多元化合物薄膜太阳能电池(com-pound thin film solar cell );IPC 主分类号为H 01L 31三根据上述关键词采取布尔逻辑组合检索,截止到
2011年11月2日,经过处理检索到国内专利申请总量912件,其中发明专利723件,实用新型189件,发明授权252件;国外PCT 专利658件三
2一中日美薄膜太阳能专利对比分析
一2.1一竞争环境对比
2.1.1一中国专利区域对比三按照专利申请人优
先权国家对我国薄膜太阳能专利申请量进行统计和分
析,了解不同国家在我国专利技术的拥有量,从而判断这些国家在我国的专利布局三图2是在华专利申请的主要国家三从申请人的国别来看,共有16个国家和地区,中国以专利申请量785件,约80%的比例排在首位三日本在华专利申请占9.3%,美国在华申请占4.
5%,韩国二德国的等专利申请也较突出,可以看出中国薄膜太阳能市场已经引起了这些国家的重视三中国专利申请人应重点关注这些国家在华专利布局的战略意图,为自己的专利活动提供借鉴
三
图2一在华专利申请主要国家分布图
我国薄膜太阳能专利主要集中在江苏二北京二上海二广东二天津二安徽二浙江二台湾二山东和福建,其中前五位占国内专利申请总量的72.5%,江苏以116件的专利申请量位居全国省份第一,薄膜太阳能的专利申
请主要集中在东部发达省市,西部则数量较少三
2.1.2一PCT 专利区域对比三在Aureka 数据库检
索到的658件薄膜太阳能PCT 专利中,美国和日本分别以226件和214件遥遥领先,占到了整个申请量的
66.7%,是薄膜太阳能PCT 专利的主要申请国三其它的专利主要分布在德国74件,韩国50件,澳大利亚13件,法国12件等三中国PCT 专利为8件,与薄膜太阳能领域最相关的只有6件三表1为6件中国PCT 专利的名称二申请人二同族专利数量及引证次数等情况三
2.1.3一中国专利申请时间趋势对比三通过专利申请数量随申请年份的时间线序列关系,可以了解特定领域的专利技术发展现状和趋势三图3给出了
2002-2010年薄膜太阳能专利申请的逐年变化趋势三2001年之前的10多年间,中日美在薄膜太阳能领域的专利申请数量较少,属于专利技术萌芽阶段,故在图四
54四一第8期一一一一一一一一一一一一刘桂锋,等:中日美薄膜太阳能专利情报对比分析
表1一中国PCT 专利申请量分析
文献号/申请日优先权专利/申请日名称
申请人同族专利引证次数
WO 20081014192008-01-10
CN 2007100068562007-01-31
可自旋展开的薄膜太阳电池阵及其在太空的应用
黄上立61WO 20100812602009-03-12CN 2008201839422008-12-30一种建筑用非晶硅薄膜太阳电池墙砖
周庆明
20WO 20111310002010-11-06CN 2010101521732010-04-20实现太阳能电池背表面缓变叠层钝化薄膜的方法
常州天合光能有限公司
20WO 20111308882010-08-24CN 2010101498922010-04-19半导体薄膜太阳能电池的制造系统和方法
福建欧德生光电科技有限公司20WO 20110575292010-10-20CN 2009102378652009-11-12一种非晶硅薄膜太阳能电池及制备方法
北京北方微电子基地20WO 20101054182009-03-17CN 2009801581732009-03-17薄膜太阳能电池结构
沈国宏
3
中没有显示三从2002年到2010年,是专利技术成长阶段三中国专利申请增长明显,高峰集中在2007年至
2010年,日美两国专利数量较少,变化趋势不明显三由于发明专利申请18个月后公开,因此图3中2009年和2010年的数据仅作参考
三
图3一2002-2010年在华薄膜太阳能专利申请量
2.1.4一日美PCT 专利申请量趋势分析三国外在
2001年之前就有专利的申请活动,数量比较少,属于专利技术萌芽阶段,故在图中没有体现三美国早在
1990年就出现专利申请,日本从1995年开始申请专利三图4为日美2001-2010年间薄膜太阳能专利趋势图,可以看出2006年之前全球以及美国和日本的专利申请增长趋势缓慢,仍然处于萌芽阶段三2006年后专利申请逐渐增多,增长趋势明显,迈入技术成长阶段
三图4一2001-2010年日美薄膜太阳能专利趋势图
一2.2一竞争对手对比
2.2.1一中国专利主要申请人分析三通过对专利
申请人或专利权人所拥有的专利数量排序可以发现主
要竞争对手三表2为中日美在华申请专利的主要申请人三中国的前10名专利权人由3个科研院所二1个自然人和6家企业组成三3个科研院所拥有专利80项,占整个国内申请专利的10%三其中南开大学以42件专利遥遥领先,南开大学是国内较早开展薄膜太阳能电池研究的机构,主要有铜铟硒薄膜太阳能电池和硅基薄膜太阳电池三日本共有39个申请人在华申请相关专利,申请专利超过6件的有6家公司,昭和砚壳石油株式会社排在首位,主题是CIS 系薄膜太阳能电池三美国的41件专利共涉及23个申请人,申请专利最多的是通用电气公司和应用材料公司,均有9件专利,主题分别是薄膜光伏层制成的太阳能电池和硅基太阳能电池三通过中日美三国前10名专利权人的比较可知,日美专利申请人主要都在公司,国内科研院所和自然人拥有的专利多,企业申请的专利较少三可见,日美技术相对成熟,企业拥有的专利多,利于成果转化;国内起步较晚,企业拥有的专利少,不利于成果转化三
2.2.2一中国专利主要发明人分析三通过专利发
明人拥有的专利数量排名,可知当前该领域专利主要
掌握在哪些发明人手中,为技术追踪二人才引进提供帮助三中日美主要发明人列于表3三国内主要的发明人中排在第一位的李毅,第三位的张一熙,第四位的李沅民分别来自几个不同单位三第二位的耿新华,第五至八位的赵颖,张晓丹,熊绍珍和张建军,均是南开大学的三日本的85件专利中,昭和砚壳石油株式会社的栉屋胜巳和田中良明排前两位,擅长的领域是CIS 系(CdTe ,CuInSe 2体系)
四
64四一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一情一报一杂一志一一一一一一一一一一一一一一一一一一第31卷
表2一中日美主要申请人分析
序号中国申请人名称数量日本申请人名称数量美国申请人名称数量1南开大学42昭和砚壳石油株式会社16通用电气公司9
2李毅25株式会社爱发科9应用材料公司9
3清华大学24夏普株式会社8纳幕尔杜邦公司4
4福建钧石能源有限公司20三菱重工业株式会社8索莱克山特公司3
5吉富新能源科技(上海)有限公司15佳能株式会社7高通MEMS科技公司3
6深圳市创益科技发展有限公司14株式会社钟化7米亚索尔公司3
7中国科学院等离子体物理研究所14帝人杜邦薄膜日本有限公司5微连器件公司2
8河南阿格斯新能源有限公司14本田技研工业株式会社4STION太阳能电池有限公司2
9苏州富能技术有限公司14三菱电机株式会社3索洛动力公司1
10深圳市大族激光科技股份有限公司12东京毅力科创株式会社3纳米太阳能公司1薄膜太阳能电池三美国最多的是通用电气公司B四A
四科列瓦尔,侧重光伏器件三申请3件专利的有米亚
索尔公司的D四R四霍拉斯,侧重薄膜太阳能电池大
规模生产的制造装置与方法;还有高通MEMS科技公
司的马克四莫里斯四米尼亚尔二徐刚和约恩四比塔,侧
重薄膜太阳能集光器/收集器三
表3一中日美在华专利主要发明人分析
序号
中国日本美国
姓名数量姓名数量姓名数量
1李一毅42栉屋胜巳10B四A四科列瓦尔5 2耿新华32田中良明7盛殊然4 3张一熙29杉山哲康6蔡容基4 4李沅民26栗原広行6L四查卡拉科斯3 5赵颖23小形英之6F四R四艾哈迈德3 6张晓丹18重田贵司6D四R四霍拉斯3 7熊绍珍17森冈和6D四雷迪3 8张建军15栗谷川悟6徐一刚3 9刘吉人15冈山智彦6马克四莫里斯四米尼
亚尔
3 10李志坚15清水康男6R四A四海斯3
表4一日美薄膜太阳能专利主要申请人
序号日本申请人数量美国申请人数量1昭和壳牌石油公司28应用材料公司36 2栉屋胜巳18盛殊然10 3夏普株式会社15索洛动力公司9 4本田12蔡容基6 5三菱电机株式会社12崔秀英6 6株式会社爱发科12纳幕尔杜邦公司6 7钟渊化学工业10中西部研究院6 8住友化学株式会社10布瑞特四杰夫瑞5 9田中义朗10全球太阳能公司5 10HAKUMA HIDEKI9米亚索尔公司5一一2.2.3一日美PCT专利主要申请人分析三表4为日美薄膜太阳能专利数量前10名的主要申请人,由该表可以看出日本的主要申请人是公司企业,前10名申请人共申请136件,约占日本PCT专利总量214件的64%三美国前10名申请人由4个自然人,6家公司组成,共申请94件,约占美国PCT专利总量的226件的42%三应用材料公司在美国的主要申请人中遥遥领先三美国应用材料公司是全球顶尖太阳能设备供应商,在国内很多地方建立研发和生产中心三其余的申请人大部分专利申请在10件以下,而日本的主要申请人专利申请基本都在10件以上,说明美国的专利技术除应用材料公司外,其余相对分散三
一2.3一竞争技术对比
2.3.1一中国专利IPC对比分析三通过对国际专利分类法(IPC)的分类频次分析可以反映出当前薄膜太阳能技术的研究热点和发展方向三中日美在华薄膜太阳能专利IPC前10位的分类号分析见表5三由于搜索时限制条件为 分类号=H01L ,因此中日美三国专利数量排在首位的均是H01L,所属的主题是半导体器件三除了排在第二位的C23C,技术主题是对金属材料的镀覆二用金属材料对材料的镀覆外,其余的不尽相同,而且这8组IPC专利的数量占中日美专利总量的比例较低,分别是19%二21%和27%三中国的技术主题主要集中在H01M(电池组)二B23K(用焊接方法包覆)二H01G(电容器)和H02N(电机中的元件)等三日美的技术主题主要集中在H01M(电池组)二H01B(电缆,导体,绝缘体)和G02B(光学元件二系统或仪器)等三表5表明专利申请的部类分布具有集中性,主要分布在H二C二B三个大部三这表明目前薄膜太阳能电池的组件及其制造方法是当前的研发热点,随着技术的发展,在建筑物上的应用是未来一个比较关注的领域三
表5一中日美薄膜太阳能专利IPC排名排名
中国日本美国
IPC数量IPC数量IPC数量1H01L785H01L85H01L41 2C23C74C23C16C23C3
3H01M32H01M5G02B3
4B23K25H01B3B32B2
5H01G22C08J2F24J1
6H02N19H05B2B22F1
7E04D17B32B2C25D1
8E04B14B28D2B65H1
9H02J13B24C1H02N1 10B32B9B08B1C08L1一一2.3.2一中日美PCT专利地图分析三通过专利地
四74四
一第8期一一一一一一一一一一一一刘桂锋,等:中日美薄膜太阳能专利情报对比分析
图,既可以快速了解技术总体分布,
某领域的技术细节;也可以快速了解竞争对手的专利布局,竞争态势,研发重点的变迁等,为制定专利战略提供重要决策支持三图5是利用Aureka 的ThemeScape 先进的文本挖掘技术绘制出的中日美薄膜太阳能专利地图,图中每一个点代表1篇专利,点与点的距离表示专利主题的近似程度,白色表示专利文献最密集部分三从图中可以看出,
专利主题主要集中在(Silicon ,Amorphous sili-con ,Crystalline )硅薄膜太阳能电池,(Transparent conductive ,
Transparent ,
oxide )透明导电氧化物,(Module ,Connecting ,Thin film solar )薄膜太阳能的连接组件三图中黑色点代表
226件美国专利,浅色点代表214件日本专利,三角形代表8件中国专利三由图可知,美国专利技术主题主要分布在地图的周围,优势技术领域是(Reflective ,Reflector ,Array ),(Sheet ,Flexible ,Heat )和(Contact ,Electrical ,Wafer )三相对来说,日本的专利技术主题主
要分布在地图的中央,优势技术领域是(Light ,Ele-ment ,Absorbing layer ),(Represented ,Organic ,Car-bon atoms ),(Buffer layer ,Contact )和(Glass ,Mod-ule ,Cell device )三图6是中日美薄膜太阳能专利技术细节地图三包含薄膜太阳能电池的专利有453件,其中,硅太阳能电池91件,以黑色点表示,主要分布在左下角的(Silicon ,Amorphous silicon ,Crystalline ),(Semiconductor ,Separated ,Base )和(Contact ,Electri-cal ,Wafer );CIS /CIGS 太阳能电池55件,以浅色点表示,主要分布在地图的上半部(Buffer layer ,Con-tact )和(Light ,Element ,Absorbing layer );有机导电高分子电池44件,以正方形表示,主要分布在地图中间(Represented ,Organic ,Carbon atoms )和(Organic ,diode ,Electronic );色素敏化染料电池14件,以三角形表示三结合图5和图6可知,美国的专利技术主要以硅太阳能电池为主,日本的专利技术主要以CIS /CIGS 太阳能电池和有机导电高分子电池为主三
图5一中日美薄膜太阳能专利技术地图
图6一中日美薄膜太阳能专利技术细节地图
2.3.3一日美PCT 核心专利对比三专利被引频次
反映了专利技术影响力和法律权利垄断地位的重要性,同族专利数量反映了专利的经济重要性和技术重要性,因此选择专利被引频次和同族专利数量来确定技术领域的核心专利三表6是日美薄膜太阳能专利被引频次前10位的专利三日本WO 1999010935专利被引频次最高,达到32次三美国WO 2003007386专利被引频次最高,达到27次三但从年均被引证次数来看,WO 2003007386专利被引证效率比WO 1999010935高三日美专利在前10位的被引总频次分别是148和
132次三从同族专利数量来看,美国超过10个的专利有4个,WO 1997022152和WO 1996025768超过20个;日本超过10个的专利有5个三结合专利被引频次和同族专利数量,日美两国的核心专利是WO 1999010935二WO 2005011002和WO 1997022152三四
84四一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一情一报一杂一志一一一一一一一一一一一一一一一一一一第31卷
表6一日美薄膜太阳能PCT专利被引频次前10名专利
排名
一
文献号
日本
专利权人
一
频次
一
同族数量
一
文献号
美国
专利权人
一
频次
一
同族数量
1WO1999010935中田仗祐3212WO2003007386中西部研究所273 2WO2005011002株式会社钟化2515WO1997022152戴维斯,约瑟夫和尼格利2333 3WO2003017383中田仗祐1911WO2000027771PP工业俄亥俄公司1911 4WO2004000549日本电气硝子株式会社165WO2000011502南壁技术股份有限公司1912 5WO2003036657旭硝子株式会社1611WO1990015445国际太阳能电子技术公司133 6WO1998053373时至准钟表股份有限公司1011WO1999056317ASE美国公司76 7WO2000062348普利斯通株式会社98WO2005119796优纳克斯巴尔策斯股份有限公司73 8WO2003069684本田技研工业株式会社97WO1993003405加拿大福特汽车有限公司62 9WO2004064167株式会社钟化69WO2008154293波克股份有限公司65 10WO2002040751野田优62WO1996025768中西部研究所521
3一结一论
通过对中国二日本和美国薄膜太阳能专利申请行为进行对比研究,发现三国专利申请行为呈现出以下特点三
一3.1一竞争环境层面一从专利申请的国别看,中国申请人主要在中国本土申请专利,占据八成,PCT申请不到两位数三美日两国占据PCT申请的三分之二,同时,注重中国专利申请三因此,中日美三国专利申请行为明显不同,中国专利主要在国内,PCT申请较少,中国专利国际化战略需要加强三从专利申请时间趋势看,中国专利和PCT专利的技术生命周期基本一致三2006年之前,属于专利技术的萌芽期;2006年至今,属于专利技术的成长期三薄膜太阳能专利属于新兴的技术领域,可以预测,在未来的几年内,仍处于技术生命周期的成长阶段,具有较大的发展空间和潜力三
一3.2一竞争对手层面一从专利申请的权利人看,中国本土专利的申请人主要由科研院所二自然人和企业组成三发明人主要来自科研院所和自然人三而日美专利申请的主体多是本国的大公司和企业,其技术的研发目的性和针对性很强三日美发明人主要来自企业三美国应用材料公司是薄膜太阳能领域最强劲的竞争对手之一,优势技术在硅基太阳能三昭和砚壳石油株式会社是日本最具实力的竞争对手之一,优势技术在于CIS型化合物薄膜太阳能电池三
一3.3一竞争技术层面一从专利申请的IPC分布看,中日美三国薄膜太阳能研究热点基本一致,单纯依据IPC很难判断中日美之间技术的细微差别三结合中日美薄膜太阳能PCT专利地图可知,日美两国的专利技术各有侧重,美国主要以硅太阳能电池为主,日本主要以CIS/CIGS太阳能电池和有机导电高分子电池为主三因此,Thomson Innovation专利平台的ThemeS-cape专利地图在剖析专利技术细节方面优势明显三专利引文分析和同族专利数量的结合可以帮助揭示核心专利或基础专利三日美两国在该领域拥有的核心专利数量及质量基本相当,国内与其相比,无论是数量还是质量均存在较大差距三
总之,本文采用对比分析法对中日美三国在中国和WIPO薄膜太阳能专利进行比较,发现中国与日美薄膜太阳能专利申请行为存在较大差异三中国的申请人主要由科研院所二自然人和企业组成三日美两国的申请人主要是大公司和企业三日美拥有较多的核心专利三针对这种情况,中国薄膜太阳能行业应采取积极有效的措施和合理的知识产权战略,加大自主创新能力,提高国际竞争力三
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05四一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一情一报一杂一志一一一一一一一一一一一一一一一一一一第31卷
三种主要的薄膜太阳能电池详解
三种主要的薄膜太阳能电池详解 摘要：上述电池中，尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。 关键字：薄膜太阳能电池, 砷化镓, 单晶硅电池 单晶硅是制造太阳能电池的理想材料，但是由于其制取工艺相对复杂，耗能大，仍然需要其他更加廉价的材料来取代。为了寻找单晶硅电池的替代品，人们除开发了多晶硅，非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族化合物，硫化镉，碲化镉及铜锢硒薄膜电池等。来源:大比特半导体器件网 上述电池中，尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。来源:大比特半导体器件网 砷化镓太阳能电池 GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙为 1.4eV，正好为高吸收率太阳光的值，与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在250℃的条件下，光电转换性能仍很良好，其最高光电转换效率约30%，特别适合做高温聚光太阳电池。砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同，砷化镓需要采用磊晶技术制造，这种磊晶圆的直径通常为4—6英寸，比硅晶圆的12英寸要小得多。磊晶圆需要特殊的机台，同时砷化镓原材料成本高出硅很多，最终导致砷化镓成品IC成本比较高。磊晶目前有两种，一种是化学的MOCVD，一种是物理的MBE。GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LP E技术，其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错，反应压力，III-V比率，总流量等诸多参数的影响。GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。用GaAs作衬底的光电池效率高达29.5%(一般在19.5%左右) ，产品耐高温和辐射，但生产成本高，产量受限，目前主要作空间电源用。以硅片作衬底，MOCVD技术
非晶硅太阳能电池研究毕业论文
非晶硅太阳能电池 赵准 （吉首大学物理与机电工程学院，湖南吉首 416000） 摘要：随着煤炭、石油等现有能源的频频告急和生态环境的恶化．使得人类不得不尽快寻找新的清洁能源和可再生资源。其中包括水能、风能和太阳能，而太阳能以其储量巨大、安全、清洁等优势使其必将成为21世纪的最主要能源之一。太阳是一个巨大的能源，其辐射出来的功率约为其中有被地球截取，这部分能量约有的能量闯过大气层到达地面，在正对太阳的每一平方米地球表面上能接受到1kw左右的能量。 目前分为光热发电和光伏发电两种形式。太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将一定的工质加热到较高的温度（通常为几百摄氏度到上千摄氏度），然后通过常规的热机动发电机发电或通过其他发电技术将其转换成电能。光伏发电是利用界面的而将光能直接转变为电能的一种技术。目前光—电转换器有两种：一种是光—伽伐尼电池，另一种是光伏效应。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件，将光伏组件串联起来再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。因为光伏发电规模大小随意、能独立发电、建设时间短、维护起来也简单．所以从70年代开始光伏发电技术得到迅速发展，日本、德国、美国都大力发展光伏产业，他们走在了世界的前列，我国在光伏研究和产业方面也奋起直追，现在以每年20％的速度迅速发展。 关键词：光伏发电；太阳能电池；硅基太阳能电池；非晶硅太阳能电池
1.引言 1976年卡尔松和路昂斯基报告了无定形硅（简称a一Si）薄膜太阳电他的诞生。当时、面积样品的光电转换效率为2．4％。时隔20多年，a一Si太阳电池现在已发展成为最实用廉价的太阳电池品种之一。非晶硅科技已转化为一个大规模的产业，世界上总组件生产能力每年在50MW以上，组件及相关产品销售额在10亿美元以上。应用范围小到手表、计算器电源大到10Mw级的独立电站。涉及诸多品种的电子消费品、照明和家用电源、农牧业抽水、广播通讯台站电源及中小型联网电站等。a一Si太阳电池成了光伏能源中的一支生力军，对整个洁净可再生能源发展起了巨大的推动作用。非晶硅太阳电他的诞生、发展过程是生动、复杂和曲折的，全面总结其中的经验教训对于进一步推动薄膜非晶硅太阳电池领域的科技进步和相关高新技术产业的发展有着重要意义。况且，由于从非晶硅材料及其太阳电池研究到有关新兴产业的发展是科学技术转化为生产力的典型事例，其中的规律性对其它新兴科技领域和相关产业的发展也会有有益的启示。本文将追述非晶硅太阳电他的诞生、发展过程，简要评述其中的关键之点，指出进一步发展的方向。 2.太阳能电池概述 .太阳能电池原理 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能的装置。太阳能电池以光电效应工作的结晶体太阳能电池和薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。 为了理解太阳能电池的运做，我们需要考虑材料的属性并且同时考虑太阳光的属性。太阳能电池包括两种类型材料，通常意义上的P型硅和N型硅。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体掺杂了能俘获电子的硼、铝、镓、铟等杂质元素，那么就构成P型半导体。如果在硅晶体面中掺入能够释放电子的磷、砷、锑等杂质元素，那么就构成了N型半导体。若把这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交接面处便会形成PN结，并在结的两边形成内建电场。太阳光照在半导体 p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n 区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应，也是太阳能电池的工作原理。 太阳能电池种类 太阳能电池的种类有很多，按材料来分，有硅基太阳能电池（单晶，多晶，非晶），化合物半导体太阳能电池（砷化镓（GaAs），磷化铟（InP），碲化镉（CdTe）, 铜铟镓硒（CIGS）），有机聚合物太阳能电池(酞青，聚乙炔)，染料敏化太阳能电池，纳米晶太阳能电池；按结构来分，有体结晶型太阳能电池和薄膜太阳能电池。
非晶硅薄膜太阳能电池的优点
非晶硅薄膜太阳能电池的优点: 2009-01-13 20:29 非晶硅太阳能电池之所以受到人们的关注和重视,是因为它具有如下诸多的优点: 1.非晶硅具有较高的光吸收系数.特别是在0.3-0.75um 的可见光波段,它的吸收系 数比单晶硅要高出一个数量级.因而它比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高40倍左右, 用很薄的非晶硅膜(约1um厚)就能吸收90%有用的太阳能.这是非晶硅材料最重要的特点,也是它能够成为低价格太阳能电池的最主要因素. 2. 非晶硅的禁带宽度比单晶硅大,随制备条件的不同约在1.5-2.0 eV的范围内变化,这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高. 3.制备非晶硅的工艺和设备简单,淀积温度低,时间短,适于大批生产.制作单晶硅电池一般需要1000度以上的高温,而非晶硅电池的制作仅需200度左右. 4.由于非晶硅没有晶体硅所需要的周期性原子排列,可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题.因而它几乎可以淀积在任何衬底上,包括廉价的玻璃衬底,并且易于实现大面积化. 5.制备非晶硅太阳能电池能耗少,约100千瓦小时,能耗的回收年数比单晶硅电池短很多:
中国电子报：薄膜技术日趋成熟非晶硅电池主导市场 来源：中国电子报发稿时间： 2009-02-10 15:52 薄膜电池技术具有提供最低的每瓦组件成本的优势，将有望成为第一个达到电网等价点的太阳能技术。由于原材料短缺，在单晶硅和多晶硅太阳能电池的发展速度受到限制的情况下，新型薄膜太阳能电池发展尤为迅速。有资料显示，美国薄膜电池的产量已经超过了多晶硅和单晶硅电池的产量。薄膜技术会越来越成熟，在未来的市场份额中将大比例提升。据行业分析公司NanoMarkets预测，薄膜太阳能电池2015年的发电量将达到26GW，销售额将超过200亿美元，太阳能电池发电量的一半以上将来自薄膜太阳能电池。预计在未来薄膜电池市场中非晶硅(a-Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)三种电池将分别占到薄膜光伏市场的60%、20%和20%。 非晶硅/微晶硅电池是产业化方向沉积设备至关重要
薄膜太阳能电池分类
薄膜太阳能电池分类 21世纪初之前，太阳能电池主要以硅系太阳能电池为主，超过89%的光伏市场由硅系列太阳能电池所占领，但自2003年以来，晶体硅太阳能电池的主要原料多晶硅价格快速上涨，因此，业内人士自热而然将目光转向了成本较低的薄膜电池。薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm，目前转换效率最高可达13%以上。薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其使用范围大，可和建筑物结合或是变成建筑体的一部份，使用非常广泛。 1.硅基薄膜电池 硅基薄膜电池包括非晶硅薄膜电池、微晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池，而目前市场主要是非晶硅薄膜电池产品。非晶硅的禁带宽度为1.7eV，通过掺硼或磷可得到p型或n型a-Si。为了提高效率和改善稳定性，还发展了p-i-n/p-i-n双层或多层结构式的叠层电池。 2.碲化镉（CdTe）薄膜电池 碲化镉薄膜电池是最早发展的太阳电池之一，由于其工艺过程简单，制造成本低，实验室转换效率已超过16%，大规模效率超过12%，远高于非晶硅电池。不过由于镉元素可能对环境造成污染，使用受到限制。近年来美国FirstSolar公司采取了独特的蒸气输运法沉积等特殊措施，解决了污染问题，开始大规模生产，并为德国建造世界最大的光伏电站提供40MW 碲化镉太阳电池组件。 3.铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池 铜铟镓硒薄膜电池是近年来发展起来的新型太阳电池，通过磁控溅射、真空蒸发等方法，在基底上沉积铜铟镓硒薄膜，薄膜制作方法主要有多元分布蒸发法和金属预置层后硒化法等。基底一般用玻璃，也可用不锈钢作为柔性衬底。实验室最高效率已接近20%，成品组件效率已达到13%，是目前薄膜电池中效率最高的电池之一。 4.砷化镓（GaAs）薄膜电池 砷化镓薄膜电池是在单晶硅基板上以化学气相沉积法生长GaAs薄膜所制成的薄膜太阳电池，其直接带隙1.424eV，具有30%以上的高转换效率，很早就被使用于人造卫星的太阳电池板。然而砷化镓电池价格昂贵，且砷是有毒元素，所以极少在地面使用。 5.染料敏化薄膜电池 染料敏化太阳电池是太阳电池中相当新颖的技术产品，由透明导电基板、二氧化钛(TiO2)纳米微粒薄膜、染料(光敏化剂)、电解质和ITO电极所组成。目前仍停留在实验室阶段，实验室最高效率在11%左右。 非晶硅薄膜电池 简介 非晶硅（amorphous silicon α-Si）又称无定形硅。单质硅的一种形态。棕黑色或灰黑色的微晶体。硅不具有完整的金刚石晶胞，纯度不高。熔点、密度和硬度也明显低于晶体硅。非晶硅的化学性质比晶体硅活泼。可由活泼金属(如钠、钾等) 在加热下还原四卤化硅，或用碳等还原剂还原二氧化硅制得。结构特征为短程有序而长程无序的α-硅。纯α-硅因缺陷密度高而无法使用。采用辉光放电气相沉积法就得含氢的非晶硅薄膜，氢在其中补偿悬挂链，并进行掺杂和制作pn结。非晶硅在太阳辐射峰附近的光吸收系数比晶体硅大一个数量级。禁带宽度1.7～1.8eV，而迁移率和少子寿命远比晶体硅低。现已工业使用，主要用于提炼纯硅，制造太阳电池、薄膜晶体管、复印鼓、光电传感器等。 非晶硅薄膜电池的起源 非晶硅薄膜太阳能电池由Carlson和Wronski在20世纪70年代中期开发成功，80年代其生产曾达到高潮，约占全球太阳能电池总量的20％左右，但由于非晶硅太阳能电池转化效率
硅太阳能电池的结构及工作原理
一.引言： 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。 全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW，较2005年成长19％，整个市场产值已正式突破100亿美元大关。2007年全球太阳能电池产量达到3436MW，较2006年增长了56%。 中国对太阳能电池的研究起步于1958年，20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。 目前，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。 中国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入，但投入仍然不够，与国外差距还是很大。政府应加强政策引导和政策激励，尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时可借鉴国外的成功经验，在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能，充分发挥政府的示范作用，推动国内市场尽快起步和良性发展。 太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总 绿色环保节能太阳能 能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显
非晶硅薄膜太阳能电池
非晶硅薄膜太阳能电池 全国仅有的几家太阳薄膜电池生产企业： /深圳市拓日新能源科技股份有限公司 /上海神舟新能源发展有限公司---上海航天汽车机电股份有限公司下属的全资子公司 / 河南昆仑太阳能有限公司 /交大南洋---上海交大泰阳绿色能源有限公司 /天威保变-- 保定天威薄膜光伏有限公司(是保定天威保变电气股份有限公司（沪市A股上市公司，股票代码600550）直属子公司) /金晶科技--金晶（集团）有限公司， /孚日光伏---孚日集团股份有限公司/风帆股份有限公司等。 简介非晶硅薄膜太阳能电池是一种以非晶硅化合物为基本组成的薄膜太阳能电池。按照材料的不同，当前硅太阳能电池可分为三类：单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。 生产成本低 由于反应温度低，可在200℃左右的温度下制造，因此可以在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上淀积薄膜，易于大面积化生产，成本较低。单节非晶硅薄膜太阳能电池的生产成本目前可降到1.2美元/Wp。叠层非晶硅薄膜电池的成本可降至1美元/Wp以下。 能量返回期短 转换效率为6%的非晶硅太阳能电池，其生产用电约1.9度电/瓦，由它发电后返回上述能量的时间仅为1.5-2年。 适于大批量生产
非晶硅材料是由气相淀积形成的，目前已被普遍采用的方法是等离子增强型化学气相淀积(PECVD)法。此种制作工艺可以连续在多个真空淀积室完成，从而实现大批量生产。采用玻璃基板的非晶硅太阳能电池，其主要工序（PECVD）与TFT-LCD阵列生产相似，生产方式均具有自动化程度高、生产效率高的特点。在制造方法方面有电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅谢法和热丝法等。特别是射频辉光放电法由于其低温过程(～200℃)，易于实现大面积和大批量连续生产，现成为国际公认的成熟技术。 高温性能好 当太阳能电池工作温度高于标准测试温度25℃时，其最佳输出功率会有所下降；非晶硅太阳能电池受温度的影响比晶体硅太阳能电池要小得多。 弱光响应好，充电效率高 非晶硅材料的吸收系数在整个可见光范围内，在实际使用中对低光强光有较好的适应。上述独特的技术优势，令薄膜硅电池在民用领域具有广阔的应用前景，如光伏建筑一体化、大规模低成本发电站、太阳能照明光源。由于非晶硅薄膜电池的良好前景，包括Sharp、Q-Cells、无锡尚德等在内的诸多企业正大规模进入非晶硅薄膜太阳能电池领域，整个行业的统计数字不断翻新。 市场前景 在整个太阳能电池家族中，非晶硅薄膜太阳能电池因为其技术和应用方面的优势，正在获得爆发性增长。2007年行业增速约120%，预计未来3年内年均增速高达100%。业内之前曾对非晶硅薄膜太阳能电池持有疑虑，主要原因在于其电池转化效率较低（5%-9%），而且衰减特别快，使用寿命只有有限的2-3年。而随着技术的进步，目前主流的非晶硅薄膜电池使用寿命已在10年以上。这使得非晶硅薄膜电池成为目前最被看好的薄膜电池技术之一。目前国内市场当中，涉及非晶硅薄膜电池的上市公司主要包括：拓日新能、天威保变、综艺股份、赣能股份。由于非晶硅行业需求迅速扩充，纯粹靠购置设备并开展非晶硅薄膜电池的生产，当然也能够获得行业扩容带来的高成长，但长期来看，毕竟只能够分享到制造业的合理利润，目前国内如赣能股份的薄膜电池为OEM模式，获得的就是产业链中端的制造业利润。而一旦行业上了规模，行业的利润必然向行业的关键性瓶颈转移，有鉴于此，我们更看好掌握关键技术的配件生产商和设备提供商。[2] 非晶硅薄膜太阳能电池：面对投资热尚需冷静思考 | 2008-9-16 14:27:00 | | 特别推荐:
太阳能电池分类
太阳能电池分类 太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式（以下表示为a-）两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。 按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形（a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等）、ⅢV族（GaAs,InP等）、ⅡⅥ族（Cds 系）和磷化锌 (Zn 3 p 2 ）等。 太阳能电池根所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池、塑料太阳能电池，其中硅太阳能电池是发展最成熟的，在应用中居主导地位。 1、太阳能电池硅太阳能 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。 单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%（截止2011，为18%）。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅太阳能电池的替代产品。 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转换效率为10%（截止2011，为17%）。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电池市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。 2、太阳能电池多晶体薄膜 多晶体薄膜电池硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电
单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池地工作原理及区别1
单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池 的工作原理及区别 硅太阳能电池的外形及基本结构如图1。其中基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。上表面为N+型区，构成一个PN＋结。顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。上下电极分别与N＋区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。 当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN＋结空间电荷区和P区中激发出光生电子——空穴对。各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。光生电子留于N＋区，光生空穴留于P区，在PN＋结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N＋区，负载中就有功率输出。 太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。靠近顶区湿产生阳光电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的5－10％（随N＋区厚度而变），PN＋结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5 ％左右。电池基体域
产生的光电流对红外光敏感，占80－90％，是光生电流的主要组成部分。 2.单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的构成和生产工艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999％。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就在硅片上形成PN结。然后采用丝网印刷法，将配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉，至此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件（太阳能电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流，最后用框架和封装材料进行封装。用户根据系统设计，可
薄膜硅太阳能电池陷光结构
薄膜硅太阳能电池的研究状况 摘要：薄膜硅太阳能电池具有广阔的前景，但是当前大规模产业化的非晶硅薄膜电池效率偏低，为了实现光伏发电平价上网，必须对薄膜硅太阳能电池进行持续的研究。本文主要总结了提高薄膜硅太阳能电池效率的主要技术与进展，如TCO技术、窗口层技术、叠层电池技术和中间层技术等，这些技术用在产业化中将会进一步提高薄膜硅太阳能电池的转换效率，进而降低薄膜硅电池的生产成本。 一引言 在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源短缺并造成环境污染的形势下，可持续发展战略普遍被世界各国接受。光伏能源以其具有充分的清洁性、绝对的安全性、资源的相对广泛性和充足性、长寿命以及免维护性等其它常规能源所不具备的优点，被认为是二十一世纪最重要的新能源。 当前基于单晶硅或者多晶硅硅片的晶体硅电池组件市场占有率高达90%，但是，晶体硅电池本身生产成本较高，组件价格居高不下，这为薄膜硅太阳能电池的发展创造了机遇。薄膜硅太阳能电池的厚度一般在几个微米，相对于厚度为200微米左右的晶体硅电池来说大大节省了原材料，而且薄膜硅太阳能电池的制程相对简单，成本较为低廉，因此在过去的几年里薄膜硅太阳能电池产业发展迅猛。 但是当前大规模产业化的薄膜硅太阳能电池转换效率只有5%-7%，是晶体硅太阳能电池组件的一半左右，这在一定程度上限制了它的应用范围，也增加了光伏系统的成本。为了最终实现光伏发电的平价上网，必须进一步降低薄膜硅太阳能电池的生产成本，因此必须对薄膜硅太阳能电池开展持续的研究，利用新的技术与工艺降低薄膜硅太阳能电池的成本。本文着重从提高薄膜硅太阳能电池的转换效率方面介绍当前薄膜硅太阳能电池的研究现状。 二、提高薄膜硅太阳能电池效率的措施 提高薄膜硅太阳能电池效率的途径包括：提高进入电池的入射光量；拓宽电池对太阳光谱的响应范围；提高电池的开压尤其是微晶硅薄膜太阳能电池（?c-Si）的开压；抑制非晶硅薄膜太阳能电池（a-Si）的光致衰退效应等。我们将从这几个方面介绍提高薄膜硅电池效率的方法。 （一）提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收 对于单结薄膜硅太阳能电池，提高其对光的吸收将提高电池的电流密度，对电池效率将产生直接的影响。Berginski等人通过实验结合模拟给出了提高电池对光的吸收途径，如图1所示：可以看出薄膜硅电池的前电极对光的吸收、折射率的错误匹配、窗口层对光的吸收、背反电极吸收损失以及玻璃反射都会减少电池对光的吸收，因此提高电池的光吸收可从这几个方面着手。
晶硅光伏发电与薄膜光伏发电对比报告
晶硅光伏发电与薄膜光伏发电对比报告 1、单位面积建设光伏发电电站容量对比。 相同的一万平米屋顶面积，薄膜光伏发电电站所建电站容量为0.7MW左右,晶硅光伏发电电站所建电站容量为1MW左右。为此，从单位面积建设电站容量来讲，薄膜光伏发电容量偏弱。 2、安装范围及前瞻性对比 薄膜光伏发电系统安装安装范围更广，可以适用于光伏建筑一体化，类似于玻璃幕墙，晶硅光伏发电由于组件笨重，硅片易碎，安装范围大大缩小，薄膜光伏发电组件是趋于第二代光伏组件产品，目前国外技术都在致力于研究发展薄膜光伏，且汉能并购了国外两大先进技术的薄膜公司，国内今后几年，最先进薄膜技术将由汉能发起内里光伏发电技术革命。 3、组件衰减及重量对比 目前晶硅光伏组件实际衰减较快，理论上晶硅光伏组件宣传25年总衰减率为20%，但实际前三年衰减率就超过了10%，品质质量严重偏差，相同面积组件重量偏重，实际寿命只有十年左右；为了第二代光伏发电产品，薄膜组件在衰减性方面远远超过了晶硅光伏组件产品，实际组件寿命更长。 4、单位面积投资成本对比 目前人们对晶硅光伏发电产生了一个误区，认为多晶硅光伏系统单位面积光电转化效率高于薄膜光伏组件单位面积的转化率，但实际
这个光电转化率作用对于投资回报这块无太大作用。举例说明一下，1万平方米屋顶光伏电站多晶硅光伏系统可装机容量为1MW，薄膜装机容量为0.7MW，1万平方米多晶硅光伏系统总造价为950万，薄膜光伏系统总造价为756万，由此可见，单位面积电站投资多晶硅反而更高（多晶硅光伏电站IRR为8-10%，薄膜光伏电站IRR为8-10%）。 5、弱光性对比 多晶硅光伏发电系统要在一定光强条件下才能运行发电，一般在阴雨天整个发电系统处于停止阶段，而薄膜光伏发电系统对于阳光吸收范围更广，400-1100纳米的光强都能转换为电能，弱光性好，在一般的阴雨天都能运行发电，为企业单位提供一定电能，多晶硅光伏系统在阴雨天则提供不了一定电能，单位功率的光伏电站年发电量比多晶硅光伏电站高20%左右。 6、发电量对比 单位功率相同情况下，晶硅与薄膜发电量是大致相同的，年均 1MW发电量约为95万度电。 为此，投资光伏电站多晶硅反而投资金额量大，风险很大，作为示范性项目，选着薄膜光伏电站是最合适的选择。
太阳能电池板及其工作原理
太阳能电池板及其工作原理
太阳能电池板及其工作原理 性能及特点： 太阳能电池分为单晶硅太阳电池（坚固耐用，使用寿命一般可达20年。光电转换效率为15％。）多晶硅太阳电池（其光电转换效率约14.5％，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低非晶硅太阳电池。）非晶硅太阳能电池（其光电转换率为10%，成本低，重量轻，应用方便。） 太阳能发电原理： 太阳能不象煤和石油一样用交通工具进行运输，而是应用光学原理，通过光的反射和折射进行直接传输，或者将太阳能转换成其它形式的能量进行间接传输。直接传输适用于较短距离。基本上有三种方法：基本上有三种方法：通过反射镜及其它光学元件组合，改变阳光的传播方向，达到用能地点；通过光导纤维，可以将入射在其一端的阳光传输到另一端，传输时光导纤维可任意弯曲；采用表面镀有高反
射涂层的光导管，通过反射可以将阳光导入室内。间接传输适用于各种不同距离。将太阳能转换为热能，通过热管可将太阳能传输到室内；将太阳能转换为氢能或其它载能化学材料，通过车辆或管道等可输送到用能地点；空间电站将太阳能转换为电能，通过微波或激光将电能传输到地面。 太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程，通常叫做"光生伏打效应”,太阳电池就是利用这种效应制成的。 当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子-空穴对。这样，光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能、如果半导体内存在P-n结，则在P型和n型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向n 区，空穴驱向P区，从而使得n区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P-n结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。光生电场的一部分除抵销势垒电场外，还使P型层带正电，n型层带负电，在n区与p区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别在P型层和n型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。 太阳能发电原理图如下：
非晶硅薄膜太阳能电池及制造工艺
非晶硅薄膜太阳能电池及制造工艺 一、非晶硅薄膜太阳能电池结构、制造技术简介 1、电池结构 分为：单结、双结、三结 2、制造技术 ①单室，多片玻璃衬底制造技术。主要以美国Chronar、APS、EPV公司为代表 ②多室，双片（或多片）玻璃衬底制造技。主要以日本KANEKA公司为代表 ③卷绕柔性衬底制造技术（衬底：不锈钢、聚酰亚胺)。主要以美国Uni-Solar 公司为代表。 所谓“单室，多片玻璃衬底制造技术”就是指在一个真空室内，完成P、I、N 三层非晶硅的沉积方法。 作为工业生产的设备，重点考虑生产效率问题，因此，工业生产用的“单室，多片玻璃衬底制造技术”的非晶硅沉积，其配置可以由X个真空室组成（X为≥1的正整数），每个真空室可以放Y个沉积夹具（Y为≥1的正整数），例如：?1986年哈尔滨哈克公司、1988年深圳宇康公司从美国Chronar公司引进的内联式非晶硅太阳能电池生产线中非晶硅沉积用6个真空室，每个真空室装1个分立夹具，每1个分立夹具装4片基片，即生产线一批次沉积6×1×4＝24片基片，每片基片面积305mm×915mm。 ?1990年美国APS公司生产线非晶硅沉积用1个真空室，该沉积室可装1个集成夹具，该集成夹具可装48片基片，即生产线一批次沉积1×48＝48片基片，每片基片面积760mm×1520mm。 ?本世纪初我国天津津能公司、泰国曼谷太阳公司（BangKok Solar Corp）、泰国光伏公司（Thai Photovoltaic Ltd）、分别引进美国EPV技术生产线，非晶硅沉积也是1个真空室，真空室可装1个集成夹具，集成夹具可装48片基片，即生产线一批次沉积1×48＝48片基片，每片基片面积635mm×1250mm。 ?国内有许多国产化设备的生产厂家，每条生产线非晶硅沉积有只用1个真空室，真空室可装2个沉积夹具，或3个沉积夹具，或4个沉积夹具；也有每条生产线非晶硅沉积有2个真空室或3个真空室，而每个真空室可装2个沉积夹具，或3个沉积夹具。总之目前国内主要非晶硅电池生产线不管是进口还是国产均主要是用单室，多片玻璃衬底制造技术，下面就该技术的生产制造工艺作简单介绍。 二、非晶硅太阳能电池制造工艺 1、内部结构及生产制造工艺流程 下图是美国Chronar公司技术为代表的内联式单结非晶硅电池内部结构示意图：图1、内联式单结非晶硅电池内部结构示意图
非晶硅薄膜太阳能电池发展趋势
非晶硅薄膜太阳能电池：投资力度加大2008/9/17/08:42 来源：中国电源门户网 非晶硅薄膜太阳能电池由于其成本优势而具有很大的市场潜力，因此受到投资者青睐。通过仿真模型对项目的成本及效益进行分析，可以为投资者的决策提供参考数据，以规避投资风险。 薄膜太阳能电池作为一种新型太阳能电池，由于其原材料来源广泛、生产成本低、便于大规模生产，因而具有广阔的市场前景。近年来，以玻璃为基板的非晶硅薄膜太阳能电池凭借其成本低廉、工艺成熟、应用范围广等优势，逐渐从各种类型的薄膜太阳能电池中脱颖而出，在全球范围内掀起了一波投资热潮。大尺寸玻璃基板薄膜太阳能电池投入市场，必将极大地加速光伏建筑一体化、屋顶并网发电系统以及光伏电站等的推广和普及。 非晶硅薄膜太阳能电池优势渐显 由于晶体硅太阳能电池的成本随着硅材料价格的连年上涨而不断提高，各类薄膜太阳能电池成为全球新型太阳能电池研究的重点和热点。 薄膜太阳能电池中最具发展潜力的是非晶硅薄膜太阳能电池，非晶硅材料是由气相淀积形成的，目前已被普遍采用的方法是等离子增强型化学气相淀积(PECVD)法。此种制作工艺可以连续在多个真空淀积室完成，从而实现大批量生产。由于反应温度低，可在200℃左右的温度下制造，因此可以在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上淀积薄膜，易于大面积化生产，成本较低。 与晶体硅太阳电池比较，非晶硅薄膜太阳电池具有弱光响应好，充电效率高的特性。非晶硅材料的吸收系数在整个可见光范围内，几乎都比单晶硅大一个数量级，使得非晶硅太阳电池无论在理论上和实际使用中都对低光强有较好的适应。越来越多的实践数据也表明，当峰值功率相同时，在晴天直射强光和阴雨天弱散射光环境下，非晶硅太阳能电池板的比功率发电量均大于单晶硅、非晶硅薄膜太阳电池。更有数据表明，在相同环境条件下，非晶硅太阳电池的每千瓦年发电量要比单晶硅高8%，比多晶硅高13%。 薄膜太阳能电池最重要的优势是成本优势。据多家企业和机构的测算，即使在5MW的生产规模下，非晶硅薄膜太阳电池组件的生产成本也在2美元/瓦以下，而单线产能达到40MW-60MW甚至更高的全自动化生产线，其产品生产成本则更低。而相对于平均3.5美元/瓦的国际市场销售价格而言，其利润空间可想而知。 影响非晶硅薄膜太阳能电池应用的最主要问题是效率低、稳定性差。与晶体硅电池相比，每瓦的电池面积会增加约一倍，在安装空间和光照面积有限的情况下限制了它的应用。而其不稳定性则集中体现在其能量转换效率随辐照时间的延长而变化，直到数百或数千小时后才稳定，这个问题在一定程度上影响了这种低成本太阳能电池的应用。
薄膜太阳能电池基础知识整理
非晶硅薄膜太阳能电池基础知识 一、优点： 1.光谱特性好（弱光性好、光谱吸收范围宽） 2.温度特性好（温度上升时电池效率下降很小） 3.成本能耗低（硅用量少:2um、生产温度底：200度） 4.生产效率高（连续，大面积，自动化生产） 5.使用方便（重量轻,厚度薄.可弯曲,易携带） 6.无毒无污染、美观大方 缺点： 二、非晶硅薄膜太阳能电池的四个效应： 1.光电效应 2.光致衰退效应（薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而 使薄膜的使用性能下降,简称为S-W效应） 3.边缘效应（边缘效率比中心效率低） 4.面积效应（面积越大，效率越低） 三、结构 1.一般结构 2.非晶\微晶硅叠层结构
衬底：玻璃、不锈钢、特种塑料 TOC ：透明导电氧化膜（要求：透光性>80%、表面绒面度12~15% 面电阻R 9~13 Ω ） 四、原理 非晶硅太阳电池的工作原理是基于半导体的光伏效应。当太阳光照射到电池上时，电池吸收光层（i 层）能产生光生电子—空穴对，在电池内建电场Vb 的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴漂移到P 边，电子漂移到N 边，形成光生电动势VL, VL 与内建电势Vb 相反，当VL = Vb 时，达到平衡; IL = 0, VL 达到最大值，称之为开路电压Voc ; 当外电路接通时，则形成最大光电流，称之为短路电流Isc ，此时VL= 0;当外电路加入负载时，则维持某一光电压VL 和光电流IL 。其I--V 特性曲线见图 3 SiO2(20~40nm) TCO(700~1000nm) a-si(~300nm) SiO2(100nm) μc-Si (~1.7μm ) AZO (~100nm) Ag (130~200nm)
太阳能电池板原理(DOC)
随着全球能源日趋紧张，太阳能成为新型能源得到了大力的开发，其中我们在生活中使用最多的就是太阳能电池了。太阳能电池是以半导体材料为主，利用光电材料吸收光能后发生光电转换，使它产生电流，那么太阳能电池的工作原理是怎么样的呢？太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子—空穴对。这样，光能就以产生电子—空穴对的形式转变为电能。 一、太阳能电池的物理基础 当太阳光照射ｐ－ｎ结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子——空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向型区，空穴被驱向Ｐ型区，从而使凡区有过剩的电子，Ｐ区有过剩的空穴。于是，就在ｐ－ｎ结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。 如果半导体内存在P—N结，则在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P—N结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。
制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。下面我们以硅太阳能电池为例，详细介绍太阳能电池的工作原理。 1、本征半导体 物质的导电性能决定于原子结构。导体一般为低价元素，它们的最外层电子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子，在外电场的作用下产生定向移动，形成电流。高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如橡胶），它们的最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子，所以导电性极差，成为绝缘体。常用的半导体材料硅（Si）和锗（Ge）均为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚的那么紧，因而其导电性介于二者之间。 将纯净的半导体经过一定的工艺过程制成单晶体，即为本征半导体。晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，相邻的原子形成共价键。
硅基薄膜太阳能电池基础知识
非晶硅薄膜太阳能电池及制造工艺 内容提纲 一、非晶硅薄膜太阳能电池结构、制造技术简介 二、非晶硅太阳能电池制造工艺 三、非晶硅电池封装工艺 一、非晶硅薄膜太阳能电池结构、制造技术简介 1、电池结构 分为：单结、双结、三结 2、制造技术 三种类型： ①单室，多片玻璃衬底制造技术 该技术主要以美国Chronar、APS、EPV公司为代表 ②多室，双片（或多片）玻璃衬底制造技 该技术主要以日本KANEKA公司为代表 ③卷绕柔性衬底制造技术（衬底：不锈钢、聚酰亚胺) 该技术主要以美国Uni-Solar公司为代表 所谓“单室，多片玻璃衬底制造技术”就是指在一个真空室内，完成P、I、N三层非晶硅的沉积方法。作为工业生产的设备，重点考虑生产效率问题，因此，工业生产用的“单室，多片玻
璃衬底制造技术”的非晶硅沉积，其配置可以由X个真空室组成（X为≥1的正整数），每个真空室可以放Y个沉积夹具（Y为≥1的正整数），例如： ?1986年哈尔滨哈克公司、1988年深圳宇康公司从美国Chronar公司引进的内联式非晶硅太阳能电池生产线中非晶硅沉积用6个真空室，每个真空室装1个分立夹具，每1个分立夹具装4片基片，即生产线一批次沉积6×1×4＝24片基片，每片基片面积305mm×915mm。 ?1990年美国APS公司生产线非晶硅沉积用1个真空室，该沉积室可装1个集成夹具，该集成夹具可装48片基片，即生产线一批次沉积1×48＝48片基片，每片基片面积 760mm×1520mm。 ?本世纪初我国天津津能公司、泰国曼谷太阳公司（BangKok Solar Corp）、泰国光伏公司（Thai Photovoltaic Ltd）、分别引进美国EPV技术生产线，非晶硅沉积也是1个真空室，真空室可装1个集成夹具，集成夹具可装48片基片，即生产线一批次沉积1×48＝48片基片，每片基片面积635mm×1250mm。 ?国内有许多国产化设备的生产厂家，每条生产线非晶硅沉积有只用1个真空室，真空室可装2个沉积夹具，或3个沉积夹具，或4个沉积夹具；也有每条生产线非晶硅沉积有2个真空室或3个真空室，而每个真空室可装2个沉积夹具，或3个沉积夹具。总之目前国内主要非晶硅电池生产线不管是进口还是国产均主要是用单室，多片玻璃衬底制造技术，下面就该技术的生产制造工艺作简单介绍。 二、非晶硅太阳能电池制造工艺 1、内部结构及生产制造工艺流程 下图是以美国Chronar公司技术为代表的内联式单结非晶硅电池内部结构示意图： 图1、内联式单结非晶硅电池内部结构示意图
晶硅太阳能电池的特点和种类
晶体硅太阳能电池的种类及特点 太阳能电池已经有30多年的发展历史。目前世界各国研制的硅太阳能电池种类繁多，；主要系列有单晶、多晶、非晶硅几种。其中单晶硅太阳能电池占50％，多晶硅电池占20％、非晶占30％。我国光伏发电发展需解决的关键问题。太阳能光伏发电发展的瓶颈是成本高。为此，需加大研发力度，集中在降低成本和提高效率的关键技术上有所突破，主要包括：a)晶体硅电池技术。降低太阳硅材料的制备成本：开发专门用于晶体硅太阳能电池的硅材料，是生产高效和低成本太阳电池的基本条件；同时实现硅材料国产化和提高性能，从产业链的源头，抓好降低成本工作。提高电池／组件转换效率：高效钝化技术，高效陷光技术，选择性发射区，背表面场，细栅或者单面技术，封装材料的最佳折射率等高效封装技术等。光伏技术的发展以薄膜电池为方向，高效率、高稳定性、低成本是光伏电池发展的基本原则。 单晶硅在太阳能的有效利用当中，太阳能光电利用是近些年来发展最快，也是最具活力的研究领域。而硅材料太阳能电池无疑是市场的主体，硅基(多晶硅、单晶硅)太阳能电池占80％以上，每年全世界需消费硅材料3000t左右。生产太阳能电池用单晶硅，虽然利润比较低，但是市场需求量大，供不应求，如果进行规模化生产，其利润仍然很可观。目前，中国拟建和在建的太阳能电池生产线每年将需要680多吨的太阳能电池用多晶硅和单晶硅材料，其中单晶硅400多吨，而且，需求量还以每年15％～20％的增长率快速增长。硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池在实验室里最高的转换效率为23％，而规模生产的单晶硅太阳能电池，其效率为15％，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成熟的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电池工艺已近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23％。单晶硅具有完整的金刚石结构。通过掺杂得到n，P型单晶硅，进而制备出p／n结、二极管及晶体管，从而使硅材料有了真正的用途。单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，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。 多晶硅众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的最大目标，从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料(包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜)。从工业化发展来看，重心已由单晶向多晶方向发展，主要原因为：(1)可