1Kg多晶硅的能形成的面积：0.9754m2 能形成的电池峰瓦数：130-150Wp 每峰瓦电池的Si原料成本：0.9美元/Wp
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晶体硅电池的原材料需求
单晶硅和多晶硅太阳能电池所需的高纯硅的纯度： 6N 西门子法综合电耗：350kwh/kg-Si 改良西门子法综合电耗：250-350kwh/kg-Si 中国没有掌握关键技术 用Si量：1MW—10T 高纯硅 现在宣称的产能超过20万吨（20GW） 多晶硅生产已经列入限制名单S的优势
现实梯度带隙：可以基于太阳能光谱分布来设计沿厚度的 Ga成分梯度和Eg的分布。 CIGS本身的特殊物性：可以在玻璃上形成缺陷很少的、晶 粒巨大的、高品质结晶。而这种晶粒尺寸是其他的多晶薄 膜无法达到的 。 CIGS的Na效应 ：对于Si系半导体，Na等碱金属元素是避 之唯恐不及的半导体杀手，而在CIGS系中，微量的Na会 提高转换效率和成品率。
薄膜太阳能电池的 特点及发展前景
清华大学机械工程系 张 弓 教授/博导
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主要内容
1.光伏产业的发展现状 2.薄膜太阳能电池在光伏产业中的地位 3.非晶硅、碲化镉、铜铟硒三种典型薄膜太 阳能电池的特点及应用 4.薄膜太阳能电池的特点和优势 5. 薄膜太阳能电池与建筑的结合
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全球太阳能电池的生产规模
MW
16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 288 0 10
2000
15200
9340 6850 3726
4011 2900 1900
2010
8000
391
10
562
10
2002
759
10
1256
50
2004
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CIGS的原料需求和供应估算 假设：太阳能电池板全部被CI(G)S电池所替代
2007年世界电池板产量3.44GW，所需In用量 110吨 中国的In储量和产量：
中国In产量：03年、04年、05年就已经分别达到 了350吨、380吨、410吨，现在产能超过500吨。 我国In储量和产量占约世界的50％。 中国是铅锌富产国，In的探明储量还在迅速增加。
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CIGS的原料需求和供应
日本新能源产业技术开发机构（NEDO）太阳能技术委员 会首席专家小长井诚（Konagai Makoto）教授认为： CIGS太阳能电池是目前单位重量发电量最大的薄膜电池， 是最有希望成为第三代太阳能电池。 第一代：单晶硅电池 第二代：非晶硅、多晶硅 第三代：CIGS？ 标准是制造成本必须低于75日元/Wp(5 元RMB/Wp)
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晶体硅电池的成本－－原料成本
基本数据：
多晶硅价格：500美元/Kg（2007年中） 150美元/Kg （2008年底） 50-70美元/Kg（2009年底） Si的密度2.33g/cm3 切片厚度（250微米）并考虑刀口厚度 多晶硅电池最高光电转化效率18.0%
相关计算结果：
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CIGS与晶体硅太阳能电池的比较
单晶硅转换效率较高： 24.7% (理论26％） 多晶硅电池模块转化率：10～15％ 稳定性好 间接跃迁型：
性能要求：Si片不可能太薄。 目前采用最好的切片技术，Si片厚度220微米，刀口厚度与片 厚相当。
不可栽剪和卷曲 小块（115×115）的阵列，有效面积损失大
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晶体硅电池的原材料需求
目前还没有一种直接从初级Si提纯到6N高纯硅的 廉价的工艺。 国外有企业宣称已经开发成功冶金法制备太阳能 级多晶硅，但无商品面世。 国内多所大学在开发冶金法制备高纯硅，离成功 尚远。 如果太阳能级多晶硅成本在25美元/Kg以下，相对 于薄膜系具有优势。
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世界的太阳能电池产业规划
日本的PV2030+计划（2009） 欧洲太阳能产业规划（2007） 美国Solar America Initiative（2006） 2020年电价目标
日本：$0.15/kWh —￥14/kWh（成本￥50/Wp） 欧洲：$0.20/kWh— €0.15/kWh 美国：$0.10/kWh
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3. 非晶硅、碲化镉、铜铟硒三种典型薄膜 太阳能电池的特点及应用
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非晶硅基太阳电池
Top:
1.8eV
Middle: 1.6eV Bottom: 1.4eV
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联合太阳能电子公司拥有生产25兆瓦的年产量. 连续卷到卷太阳能薄膜电池模块 1.5 英哩不锈钢长卷。
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1.光伏产业的发展现状
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光伏发电已逐渐从解决特殊领域供电转向作为常 规能源的一种重要补充，并以分散的形式进入电 力市场。 在可以预见的将来，光伏发电必将部分取代常规 能源。 满足可持续发展战略和环境保护的需要。 近几年，光伏电池以及组件产量每年以高于30％ 的速度增长。今后增长的主力是中国。
Amorphous silicon processor
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微晶硅（
μC）薄膜太阳电池
微晶硅薄膜太阳能电池被认为是很有产业 化前景的太阳能电池。 与非晶硅相比 具有很好的n型和p型的掺杂效率和性能。 由于择优的柱状生长，形成非常有利于光吸收 的表面。 没有光致衰退效应。 方法：VHF PECVD：70MHz，150MHz。
1985首创 Grätzel 90年代发展 Dye: N-methylphenazinium 基苯基吡唑酮 二甲
Trithiocyanato–ruthenium 联 三硫酸钌盐 钌多联吡啶配合物
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铜铟镓硒薄膜太阳电池
禁带宽度：可在1.04‾1.67eV范围内调整 可见光吸收率：105/cm 转换效率高：19.5% 制造成本低 性能稳定 抗辐射能力强
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CIGS与晶体硅太阳能电池的比较
具有成本优势。 可极大地节省昂贵的半导体材料。 工艺路线短，节约能源。 采用低温工艺技术，不仅有利于节能降耗，而且 便于采用廉价衬底(玻璃、不锈钢等)
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CIGS电池的原料成本--5MW规模估算
Cu、In、(Ga)、Se 每峰瓦的In用量：0.2g/Wp In原料成本：0.2g×2500元/1000g=0.5元 Cu原料成本：0.11g×200元/1000g=0.02元 Se原料成本：0.27g×500元/1000g=0.14元 每峰瓦电池的原料成本：0.2美元/Wp
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CIGS的原料需求和供应估算
假设：全部太阳能电池板被CIGS电池所替代
考虑未来10年的发展：30％的光伏增长，2020年后太 阳能电池年产20GW，对In的需求量 640吨（全世 界）。 同时考虑In产量在未来10年的增长，所用In应该不到全 球产量的一半，可以认为中国是最具有发展CIGS薄膜 太阳能电池优势的国家。
能够达成上述目标的电池—CIGS、CdTe
成本低。 具有最大的效率提升空间。
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2.薄膜太阳能电池在光伏产业中的地位
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晶体硅太阳能电池的性能
转换效率较高：18.5% / 24.7% (理论26％） 电池模块效率：～18％；10～17％（China） 稳定性好 间接跃迁型 成本较高
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4.薄膜太阳能电池的特点和优势
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各种薄膜太阳能电池的性能比较
品种 晶体硅 非晶硅 多结薄 膜硅 CdTe CIGS 成本 高 低 高 低 低 稳定性 高 低 高 高 高 光电转化率 18％ 29% <10% 12% 16% 9% 19.5% 13.6% 特点 不能自由剪裁，厚度 250 微米，间接带隙半导体。 有衰减效应,下降到原来 的 75％ 无衰减效应,生产效率低 组件效率远低于单电池 效率，Cd 致癌物 稳定，无衰减效应
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CIGS的原料需求和供应估算
假设CIS吸收层薄膜的为2.5微米 CIS的密度为5.5‾5.7g/cm3，取5.6g/cm3 1平米太阳能板所需的In为4.757g 假设CIS的转化效率为15％ 每峰瓦的In用量：0.0317g/Wp 1GW CIS电池所需的In用量：32T/GW
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薄膜化是太阳能电池发展的必由之路
薄膜太阳电池在降低成本方面的优势 实现薄膜化后，极大地节省昂贵的半导体材料 少于1微米厚度的非晶硅可吸收阳光。常规技术使用超过 200微米厚实的晶体。 薄膜电池的材料制备和电池同时形成，因此节省了许多 工序 薄膜太阳电池采用低温工艺技术，不仅有利于节能降 耗，而且便于采用廉价衬底(玻璃、不锈钢等)
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晶体硅太阳能电池的特性
晶体硅的用量：
2010年，全球太阳能电池的生产量达15000MW。 假定转换效率为20％，其面积达7.5×107m2。 相当于10cm见方Si电池75亿枚。 晶体硅消耗总量达到150000吨。
产生的问题：
大规模的晶体硅生产带来的能源问题、环境问题。 如果用薄膜太阳能电池替代，材料使用量为1/100。
1256 1815 2536 3726 6850 9340 15200
473 762 850 920 1000 1000 1200
50 139 400 1189（计入台湾368） 2500 4011 8000（预计）
日本: 从多年的老大地位滑落 欧洲：大幅增加 中国：后来居上，成为第一