柔性太阳能电池组件产业技术发展分析

第一节 国内柔性太阳能电池组件产业主要技术成果

我国的柔性衬底薄膜电池的研究进展较慢。哈尔滨Chrona公司在90年代中期曾研制出柔性聚酰亚胺衬底上的非晶硅单结薄膜电池，电池初始效率为4.63%，功率重量比为231.5W/kg，但此后进展不大。近年来南开大学在柔性衬底非晶硅薄膜电池方面的研究取得了一定的进展，他们在0.115cm2的聚酰亚胺衬底上获得单结薄膜电池的初始效率为4.84%，功率重量比为341W/kg。在不锈钢衬底上的电池，国内领先的是半导体所和上海空间电源研究所，其非晶硅单结电池实验室效率达到9％（AM0）。

南开大学在2000年起承担×××ד973”、“863”等计划项目研究。在完成了技术方案论证的基础上，开展在聚酰亚胺衬底上研究硅基薄膜太阳电池的各层材料和器件结构等探索性基础研究取得了重要进展。目前单体电池技术基本全部贯通，12.6mm2面积电池转换效率已经超过5％，重量比功率达到300W/kg；10mm×10mm电池转换效率为4.23%；40㎜×40mm电池转换效率为3.2%，填补了国内空白。除承担××项目外，目前课题组还承担天津市科技攻关计划和科技部863计划任务，继续从事聚酰亚胺衬底柔性薄膜太阳电池在民用航天技术中及在地面上的实际应用研究。

双登集团企业从2007年起开始与南开大学柔性薄膜太阳电池研究实验室展开合作，开展非晶硅柔性薄膜太阳电池生产技术的开发工作。目前实验室的各项指标均已达到要求，单体电池的转换效率超过6.5%,正在进行产业化技术的论证及相关的设备设计及调研阶段。未来计划依拖公司在工业化生产技术经验方面的优势，建立中试型的聚酰亚胺衬底非晶硅薄膜R2R生产线。为未来的我国的柔性基体薄膜太阳电池生产技术开发打下坚实的基础。

目前双登集团已与南开大学柔性薄膜太阳电池研究小组建立为期三年的柔性衬底薄膜太6阳电池产业化试验线开发合作协议，柔性薄膜太阳电池生产所需的核心技术R2R试验型PECVD设计开发方案已进行实质性调研和设计阶段，将完成R2R连续PECVD的设计方案，并经公司专家组评议后进行设备的实质加工。由南开大学提供实验室设计方案的南开大学与江苏双登集团发展研究院合作建立的柔性薄膜太阳电池联合实验室已进入实验室建立阶段。未来将结合柔性非晶硅薄膜太阳电池试验线开展柔性非晶硅薄膜太阳电池从原材料到生产的全套产业化技术，为柔性薄膜太阳电池生产技术的国产化做出不懈的努力。

第二节 国外柔性太阳能电池组件产业主要技术成果

1、迅力光能宽幅、卷对卷柔性薄膜硅太阳能电池

迅力光能公司自主研发出一种低成本、宽幅、卷对卷的设备和制造工艺，用等离子辉光放电技术大规模生产柔性薄膜硅太阳能电池。这种技术将三个分别有效吸收红绿蓝光的非晶锗硅合金太阳能子电池重叠在一起，成为一个总厚度不到1微米的三叠层太阳能电池，并镀在一卷厚0.13毫米，宽0.91米，长达1公里到2.4公里的不锈钢衬底上。近几年来，公司获得来自国际知名创业投资和私募基金超过4千万美元的股权投资，和超过6500百万美元的美国联邦和州政府资助/奖金/贷款/免税扶持，技术保持国际领先地位。目前该公司薄膜硅电池产能为每年25兆瓦，可以给25000个家庭供电。

2、加拿大：制出柔性太阳能电池

加拿大麦克马斯特大学的一个工程研究小组最近研制出了一款新的柔性太阳能电池，这一技术已经开始应用，为夜间出行的人提供便利。

研究人员希望这一电池原型能够帮助这项新技术进行商业推广。安装柔性太阳能电池的候车亭位于约翰霍金斯工程大楼和生命科学教学楼之间的学府大道西侧。

这一项技术的主要特点是能够将太阳能电池按照候车亭顶部的弧度进行弯曲。大量的小硅片排成一排贴在一张柔韧的薄片上，然后再用一种独特的方式将他们连接起来。这样电池就具有良好的柔韧性。

麦克马斯特大学公共汽车候车亭上安装的两个太阳能带长90厘米，宽12厘米。每一个太阳能带上都有720个1平方厘米大、功率为4.5瓦特的太阳能电池。

3、Ascent Solar开发出长5m的CIGS型太阳能电池

2009年美国Ascent Solar Technologies开发出了长度为5m的柔性CIGS（铜铟镓硒）型太阳能电池模块。模块宽度为32cm，重量为2kg。底板采用聚酰亚胺。开口部的发电效率为9.1％，输出功率为123W。

Ascent Solar将该模块定位为面向建材一体化（BIPV）太阳能电池的主要产品。利用年产能为1.5MW的卷对卷设备生产。目前正在建设中的年产能30MW的工厂预定导入生产设备。

第三节 柔性太阳能电池组件产业技术研究热点

柔性太阳能电池是世界太阳能产业的新兴技术。高效、低成本的有机/无机复合纳米半导体柔性太阳能电池是目前国际前沿研发热点之一。近年来在衬底技术方面不断推陈出新。

1、轻质柔性不锈钢材料为衬底

以轻质柔性不锈钢材料为衬底,利用三步共蒸发法制备较高质量的四元化合物Cu(In,Ga)Se2薄膜,CIGS层在Mo导电层上具有很强的附着力.利用XRD和XRF分别分析了所制备薄膜的晶相和组分.以ZnO:Al/i- ZnO/ CdS /CIGS/ Mo/ Stainless steel结构为基础得到最高转换效率为9.39%的柔性太阳电池。

2、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底

南开大学开展了低温下制备硅基薄膜太阳电池的研究和nip型硅基薄膜太阳电池的研究,并将其应用在柔性衬底上,开展了廉价透明的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底上pin型柔性硅基薄膜太阳电池的研究,以及不锈钢箔(SS)和聚酰亚胺(PI)等不透明衬底上nip型柔性硅基薄膜太阳电池的研究。目前,PET衬底上pin型柔性非晶硅电池的效率达到4.8%以上,非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的效率达到6%以上;不锈钢箔衬底nip型柔性单结非晶硅电池效率达到6.5%,非晶硅硅/晶硅叠层太阳电池的效率达到9.5%;聚酰亚胺衬底nip型柔性非晶硅电池效率达4.7%。

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