太陽能電池產業(yè)鏈及分類特點

1、太陽能電池產業(yè)鏈

太陽能電池的產業(yè)鏈可分為前段硅晶圓、硅晶棒制程、中段的太陽能電池及段的發(fā)電模塊與電力調節(jié)器等制程。一條完整的光伏電池產業(yè)鏈包括從最初的硅材料到硅錠、硅片、電池片，最終產品是電池組件。

2、太陽能電池分類

太陽能電池分為硅太陽能電池和非硅系太陽能電池（砷化鎵太陽能電池、薄膜太陽能電池）。

1）硅太陽能電池

硅太陽能電池可分為單晶硅、多晶硅電池。單晶硅太陽能電池在硅系列太陽能電池中，轉換效率最高，技術最為成熟。但由于受單晶硅材料價格及相應的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困難的。單晶硅電池技術領先的廠家為德國弗朗霍費萊堡太陽能系統(tǒng)研究所。該所光刻照相技術將電池表面制成倒金字塔結構。并在表面把一13nm厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結合．通過改進了的電鍍過程增加柵極的寬度和高度的比率。通過以上工藝制得的電池轉化效率超過23%。另外，Kyocera（日本京瓷）公司制備的大面積（225cm2）單電晶太陽能電池轉換效率達到19.44%。國內北京太陽能研究所研制的平面高效單晶硅電池（2cmX2cm）轉換效率達到19.79%，刻槽埋柵電極晶體硅電池（5cmX5cm）轉換效率達8.6%。

薄膜太陽能電池又分為多晶硅薄膜太陽能電池、微晶硅薄膜太陽能電池、非晶硅薄膜太陽能電池、色素增感太陽能電池、銅銦硒薄膜太陽能電池等。多晶硅薄膜太陽能電池，特點是使用的硅材料遠較單晶硅少，又無效率衰退問題，并且有可能在廉價襯底材料上制備，其成本遠低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池，因此多晶硅薄膜電池不久將會在太陽能電地市場上占據(jù)主導地位。

工藝特點是在廉價襯底上沉積多晶硅薄膜，目前薄膜制備多采用化學氣相沉積法，包括低壓化學氣相沉積（LPCVD）、等離子增強化學氣相沉積（PECVD）工藝、液相外延法（LPE）和濺射沉積法四種工藝。

化學氣相沉積主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4或SiH4，為反應氣體，在一定的保護氣氛下反應生成硅原子并沉積在加熱的襯底上，襯底材料一般選用Si、SiO2、Si3N4等。通過固相結晶法和中區(qū)熔再結晶法等再結晶工藝，太陽能電池轉換效率明顯提高。另外所有制備單晶硅太陽能電池的技術也應用于多晶硅太陽能電池。

德國費萊堡太陽能研究所在FZSi襯底上制得的多晶硅電池轉換效率為19％，日本三菱公司用該法制備電池，效率達16.42%。

液相外延（LPE）法的原理是通過將硅熔融在母體里，降低溫度析出硅膜。美國Astropower公司采用LPE制備的電池效率達12.2％。中國光電發(fā)展技術中心的陳哲良采用液相外延法在冶金級硅片上生長出硅晶粒，并設計了一種類似于晶體硅薄膜太陽能電池的新型太陽能電池，稱之為“硅粒”太陽能電池。

非晶硅薄膜太陽能電池特點是具有較高的轉換效率和較低的成本及重量輕，發(fā)展?jié)摿O大。但材料本身對太陽光波長不敏感，隨著光照時間延長光電效率衰減，因此電池性能不穩(wěn)定，影響了他的實際應用。

制備方法有很多，其中包括反應濺射法、PECVD法、LPCVD法等，反應原料氣體為H2稀釋的SiH4，襯底主要為玻璃及不銹鋼片，制成的非晶硅薄膜經(jīng)過不同的電池工藝過程可分別制得單結電池和疊層太陽能電池（為了彌補衰減效應）。

目前美國聯(lián)合太陽能公司（VSSC）制得的單結太陽能電池最高轉換效率為9.3%，三疊層結構非晶硅太陽能電池轉換效率達到13％，創(chuàng)下新的記錄。三疊層太陽能電池年生產能力達5MW。日本中央研究院采用一系列新措施，制得的非晶硅電池的轉換效率為13.2％。國內南開大學的耿新華等采用工業(yè)用材料，以鋁背電極制備出面積為20X20cm2、轉換效率為8.28％的a－Si/a－Si疊層太陽能電池。

2）非硅系太陽能電池

非硅系太陽能電池包括多元化合物薄膜電池（砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等）、聚合物多層修飾電極型太陽能電池（以聚合物代替無機材料）、和納米晶化學太陽能電池（納米多晶TiO2）。以上三類材料由于材料來源、技術不成熟等原因短時間內不可能代替硅材料電池成為市場主導。

總之，太陽能電池的工業(yè)化發(fā)展重心已由單晶向多晶方向發(fā)展主要原因是多晶硅成本更低，更適合大規(guī)模生產。

市場上以結晶硅太陽能電池為主，占太陽能電池總需求量的88%。結晶硅太陽能電池中又以多晶硅太陽能電池占比例較大，約占近2/3；單晶硅太陽能電池占1/3強。