太阳能电池介绍

光伏电池介绍一、 太阳能电池太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成，太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分， 也是太阳能发电系统中价值最高的部分。 其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。目前商用的太阳能电池主要有以下几种类型： 单晶硅太阳能电池、 多晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。薄膜电池目前常见有：非晶硅电池、碲化镉电池、铜铟硒电池等。种类电池类型 商用效率 实验室效率 使用寿命 优点 缺点晶硅电池单晶硅 15-18% 23% 25 年 效率高，技术成熟 成本高多晶硅 13-16% 20.3% 25 年 比单晶硅成本低 成本高薄膜电池非晶硅 6%~9% 13% 25 年 吸光率高，成本更低 带宽大，波长不稳定碲化镉 8%~10% 15.8% 25 年 弱光效应好， 成本相对较低 镉的毒性大铜铟硒 10%~13% 15.3% 25 年 弱光效应好， 成本相对较低 In 是稀有金属砷化镓 - 25.2% - 成本太高，适合太空资料来源：公开数据86.03% 85.09% 77.59% 87.06% 87.46% 90.60% 90.92%13.97% 14.91% 22.41% 12.94% 12.54% 9.40% 9.08%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013图 1： 2007-2013年全球太阳能电池行业产品结构变化晶硅太阳能电池 薄膜太阳能电池资料来源：前瞻产业研究院资料来源：光伏行业发展与投资分析—— 2014 年回顾与 2015 年展望资料来源：光伏行业发展与投资分析—— 2014 年回顾与 2015 年展望二、 三代太阳能电池目前对于几代太阳能电池的分类有些不同，以下为几代太阳能电池的不同说法。第一代 单晶硅、多晶硅、非晶硅第二代 薄膜工艺，可分为碲化镉、铜铟硒化物、铜铟镓硒化物、砷化镓第三代 有机物和纳米科技：光化学太阳能电池、染料光敏化太阳能电池、高分子太0148%198%81%32%172%10% 9%32%00.511.522.5050001000015000200002500030000350002006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014图 2：近年我国太阳能电池产量变化我国太阳能电池产量 MW 增长率59%20%5%10%6%图 3： 2014年全球电池片生产布局情况中国大陆中国台湾日本、韩国东南亚其他阳能电池、纳米结晶太阳能电池第四代 针对电池吸收光的薄膜做出多层结构资料来源：维基百科第一代 单晶硅第二代 多晶硅、非晶硅第三代 铜铟镓硒 CIGS（ CIS中掺入 Ga）等化合物薄膜太阳能电池及薄膜 Si 系太阳能电池资料来源：百度百科三、 CIGS（铜铟镓硒）介绍CIGS是太阳能薄膜电池 CuInGaSe的简写，属于薄膜太阳能电池的一种，其具有稳定性好、抗辐照性能好、成本低、效率高等优点。 CIGS是在 CIS中加入了 Ga 元素来取代部分的In（原因可能是 In 是稀有金属，或者矿石采取时就是混合物）小样品 CIGS薄膜太阳能电池的最高转化效率 2014 年 10 月刷新为 20.9%，由德国太阳能和氢能研究机构 ZSW 采用共蒸镀法制备。大面积电池组件转化效率及产量根据各公司制备工艺不同而有所不同，一般在10%~15%范围内。 2010 年 CIGS技术被太阳能光伏领域运用的比例为 3%，预计 2020 年将会上升到 30%。CIGS的技术优点主要有：（ 1）光吸收能力强CIGS太阳能电池由 Cu（铜） 、 In（铟） 、 Ga（镓） 、 Se（硒）四种元素构成最佳比例的黄铜矿结晶作为吸收层， 可吸收光谱波长范围广， 除了晶硅与非晶硅太阳能电池可吸收光的可见光谱范围， 还可以涵盖波长在 700~1200nm 之间的红外光区域， 即一天内可吸收光发电的时间最长， CIGS薄膜太阳能电池与同一瓦数级别的晶硅太阳能电池相比， 每天可以超出 20%比例的总发电量（ 2）发电稳定性高由于晶硅电池本质上有光致衰减的特性， 经过阳光的长时间暴晒， 其发电效能会逐渐减退，而 CIGS太阳能电池则没有光致衰减特性，发电稳定性高。晶硅太阳能电池经过较长一段时间发电后，或多或少存在热斑现象，导致发电量小，增加维护费用，而 CIGS太阳能电池能采用内部连接结构、可避免此现象的发生，较晶硅太阳能电池比所需的维护费用低。（ 3）转换效率高根据美国国家再生能源实验室 (National Renewable Energy Labs;NREL)所公布，目前太阳能电池转换效率最高可达 20.2%，而业界最高纪录可达 17%，普遍标准为 12%。（ 4）成产成本低CIGS太阳能电池主要成本为玻璃基板与 Cu（铜） 、 In（铟） 、 Ga（镓） 、 Se（硒）四种元素构成的原材料， 其中玻璃只需采用一般建材所使用的钠玻璃， 不需要使用太阳能专用超白玻璃或者薄膜导电玻璃。四种金属元素不是贵重金属，而且每片电池板的 CIGS吸收层所需膜层厚度不超过 3μ m（微米） ，原材料需求量不高，每片成本十分具有竞争力。（ 5）能源回收周期短太阳能电池是很好的可再生能源技术， 可以解决我们人类的能源需求问题又不不污染环境， 但是生产太阳能电池本身也需要消耗一定的能源。 评估一个可再生能源装置是否真正环保， 除了转换效率， 更重要的是使用该装置所产生的再生能源， 需要多长时间才能相当于当初生产时所消耗的能源总量，即所谓能换回收周期。根据美国能源总署（ U.S.Department of Energy）研究，以 30 年寿命的太阳能装置为例，晶硅太阳能电池的回收期间为 2~4 年，而薄膜太阳能电池为 1~2 年。 换而言之， 每一个太阳能发电系统， 可享有 26~29 年真正无污染的期间，而采用 CIGS太阳能无疑是最佳选择。四、 基于 CIGS的太阳能电池五力模型1. 进入壁垒不同于晶体太阳能电池的市场， CIGS的制作工艺比较复杂，投资成本较高，工艺的重复性差，使得技术要求很高。所以 CIGS电池生产行业的壁垒较高。2. 替代产品威胁国内光伏发电行业所采用的太阳能电池以晶硅为主。目前 CIGS产品性能在类似产品中非常高， 其材料成本接近晶硅的 50%， 能耗成本接近晶硅的 30%， 其总成本远低于晶硅电池，所以产品的替代威胁不大。3. 上游议价能力4. 下游议价能力5. 行业竞争由于 CIGS电池壁垒较高，所以行业竞争并不是很激烈。国际主要 CIGS公司有： Showa, Honda（ 2014 年退出该行业） , Centrotherm, Wuerth, Johanna, Avancis, Nanosolar, IBM 。国内比较有竞争力的公司为青海汉能光伏有限公司（汉能控股） ，其收购了德国 Q-cell 子公司Solibro 和美国的 MiaSole（会议纪要中提及了这个公司） ，这两家公司均在 CIGS电池方面有着丰富经验。