第一情报 ---能源与环境

太阳能电池组件的技术开发与专利储备

供稿人:罗天雨  供稿时间:2004-12-8   关键字:太阳能    电池  
绿色能源和可持续发展问题是本世纪人类面临的重大课题,开发新能源,对现有能源的充分合理利用已经得到各国政府的极大重视。太阳能发电作为一种取之不尽,用之不竭的清洁环保能源将得到前所未有的发展。随着太阳能产业化进程和技术开发的深化,它的效率、性价比将得到提高,将极大地推动中国“绿色照明工程”的快速发展。
 
技术发展综述
 
太阳能是一种干净、清洁、无污染、取之不尽用之不竭的自然能源,将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础,世界各国都很重视。1954年美国贝尔实验室研制成功第一个实用的硅太阳电池,并于其后不久正式用于人造卫星。20世纪70年代开始,发展了许多制作薄膜太阳电池的新材料,CuInSe、CdTe薄膜和有机膜等;近20年来大量的研究人员在该领域中的工作取得了可喜的成绩。薄膜太阳电池以其低成本、高转换效率、适合规模生产等优点,引起生产厂家的兴趣,薄膜太阳电池的产量迅速增长。也正是为了进一步降低晶体硅太阳电池的成本。近几年来,各国光伏学者发展了晶体硅薄膜电池。多晶硅薄膜电池既具有晶体硅电池的高效、稳定、无毒和资源丰富的优势,又具有薄膜电池工艺简单、材料节省、成本大幅度降低的优点,因此多晶硅薄膜电池的研究开发已成为近几年的热点。我国晶体硅薄膜电池的研究起步较晚。1982年长春应用化学研究所韩桂林等人用CVD法制备出晶体硅薄膜电池,并研究了多晶硅薄膜的生长规律和其基本的物理特性。1998年北京市太阳能研究所赵玉文等报道了SiH2Cl2为原料气体,采用快速热化学气相沉积(RTCVD)工艺在石英反应器中沉积生成多晶硅薄膜,同时研究了薄膜的生长特性、微结构,并研制出多晶硅薄膜太阳能电池,电池结构为金属栅线/p+多晶膜/n多晶硅膜/n++C-硅/金属接触。
 
国内外产品介绍
 
美国和日本等发达国家都已经研制出具有高转换效率的太阳能电池,如美国SunPower公司研制的A-300硅太阳能电池的效率达到21.5%,A-300太阳能电池采用了一种独特的背面触点设计,从而最大限度地增加了工作电池的面积、隐藏了不雅观的连接线、并实现了高速自动化的模块生产。A-300硅太阳能电池开路电压0.665V、短路电流5.9A、最大功率电压0.560V、最大功率电流5.54A,额定功率3.1W,SunPower公司在1999年12月31日为太阳能电池制造技术申请了美国专利US6423568、US6387726、US6337283。日本三洋电机成功开发出了转换效率19.5%,太阳能电池如此之高的功率主要源于:(1)电池有效发电面积的增大;(2)通过降低电池表面缺陷区域从而降低了发电损失;(3)降低了电池与模块的电力损耗(电阻损耗)等。另外,通过采用高效HIT太阳能电池,能够确保17%的模块转换率。该模块将主要用于住宅太阳能发电系统。配备15块太阳能电池模块时,以往产品的发电量为2450kWh/年(估计),而200W模块则可以达到3530kWh/年,发电量提高了44%。
 
国内深圳市阿波莱科技有限公司推出的APL-M050-12B太阳能电池组件标称功率(Pm):50 瓦特;开路电压(Voc):21 伏特;短路电流(Isc):3.2 安培;尺寸:974×453×35毫米;转换效率:13.5%;使用寿命超过10年。保定天威英利新能源有限公司生产的YD150A P型多晶硅太阳能电池,基本材料:P型多晶硅;厚度(μm):300;尺寸(mm):150×150;开路电压(mV):600;短路电流(A): 7.728;最佳电压(mV):500;最佳电流(A):6.863;转换效率:15.00-15.49%;最大功率(W):3.431。
 
下表列出了国内外部分产品的主要技术指标:

 
开路电压
短路电流
最大功率
转换效率
深圳阿波莱
21V
3.2A
50W
13.5%
保定天威英利
0.6V
7.728A
3.431W
15-15.49%
三洋电机
/
/
/
19.5%
SunWize
21V
3.4A
50W
13.5%
SunPower
0.665V
5.9A
3.1W
21.5%

 
国内外专利技术情况
 
从专利技术看,国外公司看好未来中国太阳能电池市场,积极在中国申请相关专利,国内太阳能电池组件相关专利申请人主要有佳能、松下、夏普等国外公司,其中仅佳能公司在中国申请的太阳能电池组件相关发明专利就有50余篇,如佳能公司申请的中国发明专利CN1507076(申请日:2003.12.12)提供一种太阳能电池组件,该太阳能电池组件(101)包括至少一个电力变换单元(106),该电力变换单元具有多个太阳能电池单元(102)、和在与由该多个太阳能电池单元的全部所包围的区域相对应的位置上设置的电力变换器(103)。因为从各太阳能电池单元的输出端子到电力变换器的输入端子的布线距离可以缩短,所以可以降低低电压大电流流过的布线的损失,可以提供一种从太阳能电池单元到电力变换器的集电损失小的便宜的太阳能电池组件。
 
国内清华大学、四川大学等研究机构和部分企业单位在太阳能电池技术领域中申请了部分专利,如四川大学申请的中国发明专利“透明导电膜前电极晶体硅太阳能电池”(申请号:01129013.7,申请日:2001.10.31)属于一种的新结构的光伏电池,其要点是用透明导电薄膜作前电极,来代替栅状前电极及减反射层。本发明的透明导电膜前电极是迭层结构,即先在已形成n-p结的硅基底上,制作厚度小于100nm的高电阻透明导电膜,然后按电导和减反射的要求制作厚度大于150nm的高电导透明导电膜。
 
国内技术人员应积极研发太阳能电池高新技术,适时申请专利进行技术保护,形成具有独立知识产权的核心技术,提高我国太阳能电池产品国产化能力。
 

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