太陽能電池組件的技術開發(fā)

綠色能源和可持續(xù)發(fā)展問題是本世紀人類面臨的重大課題，開發(fā)新能源，對現(xiàn)有能源的充分合理利用已經(jīng)得到各國政府的極大重視，太陽能發(fā)電作為一種取之不盡，用之不竭的清潔環(huán)保能源將得到前所未有的發(fā)展。隨著太陽能產(chǎn)業(yè)化進程和技術開發(fā)的深化，它的效率、性價比將得到提高，將極大地推動中國“綠色照明工程”的快速發(fā)展。

技術發(fā)展綜述

太陽能是一種干凈、清潔、無污染、取之不盡用之不竭的自然能源，將太陽能轉換為電能是大規(guī)模利用太陽能的重要技術基礎，世界各國都很重視。1954年美國貝爾實驗室研制成功第一個實用的硅太陽電池，并于其后不久正式用于人造衛(wèi)星。20世紀70年代開始，發(fā)展了許多制作薄膜太陽電池的新材料：CuInSe、CdTe薄膜和有機膜等，近20年來大量的研究人員在該領域中的工作取得了可喜的成績。薄膜太陽電池以其低成本、高轉換效率、適合規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，引起生產(chǎn)廠家的興趣，薄膜太陽電池的產(chǎn)量迅速增長。也正是為了進一步降低晶體硅太陽電池的成本，近幾年來，各國光伏學者發(fā)展了晶體硅薄膜電池，多晶硅薄膜電池既具有晶體硅電池的高效、穩(wěn)定、無毒和資源豐富的優(yōu)勢，又具有薄膜電池工藝簡單、材料節(jié)省、成本大幅度降低的優(yōu)點，因此多晶硅薄膜電池的研究開發(fā)已成為近幾年的熱點。我國晶體硅薄膜電池的研究起步較晚，1982年長春應用化學研究所韓桂林等人用CVD法制備出晶體硅薄膜電池，并研究了多晶硅薄膜的生長規(guī)律和其基本的物理特性，1998年北京市太陽能研究所趙玉文等報道了SiH2Cl2為原料氣體，采用快速熱化學氣相沉積(RTCVD)工藝在石英反應器中沉積生成多晶硅薄膜，同時研究了薄膜的生長特性、微結構，并研制出多晶硅薄膜太陽能電池，電池結構為金屬柵線/p+多晶膜/n多晶硅膜/n++C-硅/金屬接觸。

國內(nèi)外產(chǎn)品介紹

美國和日本等發(fā)達國家都已經(jīng)研制出具有高轉換效率的太陽能電池，如美國Sunpower公司研制的A-300硅太陽能電池的效率達到21.5%，A-300太陽能電池采用了一種獨特的背面觸點設計，從而最大限度地增加了工作電池的面積、隱藏了不雅觀的連接線、并實現(xiàn)了高速自動化的模塊生產(chǎn)。A－300硅太陽能電池開路電壓0.665V、短路電流5.9A、最大功率電壓0.560V、最大功率電流5.54A、額定功率3.1W，Sunpower公司在1999年12月31日為太陽能電池制造技術申請了美國專利US6423568、US6387726、US6337283。日本三洋電機成功開發(fā)出了轉換效率19.5％的高效HIT太陽能電池，太陽能電池如此之高的功率主要源于：(1)電池有效發(fā)電面積的增大；(2)通過降低電池表面缺陷區(qū)域從而降低了發(fā)電損失；(3)降低了電池與模塊的電力損耗(電阻損耗)等。另外，通過采用高效HIT太陽能電池，能夠確保17％的模塊轉換率。該模塊將主要用于住宅太陽能發(fā)電系統(tǒng)，配備15塊太陽能電池模塊時，以往產(chǎn)品的發(fā)電量為2450kWh/年(估計)，而200W模塊則可以達到3530kWh/年，發(fā)電量提高了44％。

國內(nèi)深圳市阿波萊科技有限公司推出的ApL-M050-12B太陽能電池組件標稱功率(pm)：50W；開路電壓(Voc)：21V；短路電流(Isc)：3.2A；尺寸：974×453×35mm；轉換效率：13.5%，使用壽命超過10年。保定天威英利新能源有限公司生產(chǎn)的YD150Ap型多晶硅太陽能電池，基本材料：p型多晶硅；厚度(μm):300；尺寸（mm）：150×150；開路電壓（mV）：600；短路電流（A）:7.728；最佳電壓(mV):500；最佳電流(A)：6.863；轉換效率：15.00-15.49%；最大功率（W）：3.431。

下表列出了國內(nèi)外部分產(chǎn)品的主要技術指標：

開路電壓

短路電流

最大功率

轉換效率

深圳阿波萊

21V

3.2A

50W

13.5％

保定天威英利

0.6V

7.728A

3.431W

15－15.49％

三洋電機

/

/

/

19.5％

SunWize

21V

3.4A

50W

13.5％

Sunpower

0.665V

5.9A

3.1W

21.5％

國內(nèi)外專利技術情況

從專利技術看，國外公司看好未來中國太陽能電池市場，積極在中國申請相關專利，國內(nèi)太陽能電池組件相關專利申請人主要有佳能、松下、夏普等國外公司，其中僅佳能公司在中國申請的太陽能電池組件相關發(fā)明專利就有50余篇，如佳能公司申請的中國發(fā)明專利CN1507076（申請日：2003.12.12）提供一種太陽能電池組件，該太陽能電池組件(101)包括至少一個電力變換單元(106)，該電力變換單元具有多個太陽能電池單元(102)、和在與由該多個太陽能電池單元的全部所包圍的區(qū)域相對應的位置上設置的電力變換器(103)。因為從各太陽能電池單元的輸出端子到電力變換器的輸入端子的布線距離可以縮短，所以可以降低低電壓大電流流過的布線的損失，可以提供一種從太陽能電池單元到電力變換器的集電損失小的便宜的太陽能電池組件。

國內(nèi)清華大學、四川大學等研究機構和部分企業(yè)單位在太陽能電池技術領域中申請了部分專利，如四川大學申請的中國發(fā)明專利“透明導電膜前電極晶體硅太陽能電池”（申請?zhí)枺?1129013.7，申請日：2001.10.31）屬于一種的新結構的光伏電池，其要點是用透明導電薄膜作前電極，來代替柵狀前電極及減反射層。本發(fā)明的透明導電膜前電極是迭層結構，即先在已形成n-p結的硅基底上，制作厚度小于100nm的高電阻透明導電膜，然后按電導和減反射的要求制作厚度大于150nm的高電導透明導電膜。

國內(nèi)技術人員應積極研發(fā)太陽能電池高新技術，適時申請專利進行技術保護，形成具有獨立知識產(chǎn)權的核心技術，提高我國太陽能電池產(chǎn)品國產(chǎn)化能力。