第一情报 ---能源与环境

基于晶体硅的光伏电池技术研发进展

供稿人:上海科学技术情报研究所  供稿时间:2010-9-27   关键字:光伏电池  晶体硅  
最早的太阳能电池是基于硅晶片的应用,主要采用单晶体硅和多晶体硅为材料。现已装机的太阳能发电系统中,接近90%采用了基于晶体硅的光伏技术,这主要得益于在现有技术条件下,晶体硅光伏电池具有稳定性能较好、光电转换效率高、使用寿命较长等特点。经过各国光伏工作者的不懈努力,到目前为止,晶体硅太阳电池的实验室效率达到了24.7%,大规模生产商用产品的效率为17%以上。
 
尽管如此,基于晶体硅的光伏电池仍然面临一些需要突破的研发瓶颈:其一,虽然晶体硅光伏技术非常适合在空间有限的屋顶使用(因为其效率约为目前的薄膜光伏技术的两倍),但太阳能面板及其安装的成本很高:制造这种面板所需的晶体硅材料加工繁琐、能耗巨大、价格昂贵,且用量比制造薄膜光伏太阳能电池大得多。其二,单结硅片光伏电池的光电效率的理论极限值为31%,目前已达到近25%的效率水平。如何采用先进的工程技术(如将阳光聚集在太阳能电池上,或增加很多用不同材料制成的结,以更有效地吸收更大部分的光谱)进一步提高效率极限,同时又降低成本也是需要考虑的问题。
 
在高转化率薄型晶硅电池的研发与应用方面,欧洲已经取得了一些进展,其中针对低成本、高效可靠的晶体硅片的研究项目CristalClear组织了包括德国、西班牙、法国、荷兰、比利时等多个国家的研发机构和企业进行研究,该项目在2008年11月结束,取得的成果是晶体硅片的厚度降低到0.1~0.2mm,光电转换效率为17~18%,生产成本约为1欧元/W;另外一项有关双面薄型工业用多晶硅太阳能电池的推广示范项目“BiThink计划”,双面太阳能电池和中子反射太阳能组件能够提高多晶硅面板吸收太阳能的量,该示范项目旨在推广这项技术,并且改进硅锭的切片技术。项目最后达到了每线米(linear metre)硅锭可以切割成3500片硅片。晶体硅材料在太阳能组件(电池)中的最终成本占70%以上,超薄的硅片应用将意味着可以降低50%原材料的使用成本。在硅锭切片技术方面,更为先进的技术由瑞士HCT Shaping Systems公司开发,该公司能够切割的硅片厚度降低到90μm。

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