太阳电池材料绪论.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,课程性质：专业必修,时间：周一（,1,，,2,）周四（,1,，,2,）,教室：,1-215,8-303,课程特点：内容广、概念多,课程要求：着重太阳电池材料的基本制备原理、制备技术以及材料结构、组成对太阳电池的影响。,课程考核：考勤（,5%,），作业（,10%,），课后讨论（,5%,），期中（,20%,），期末（,60%,）,课程简介,1,参考书：,课程简介,2,Tom Markvart,编，梁骏吾 等译，,太阳电池：材料、制备工艺及检测,，机械工业出版社。,林明献编，,太阳电池技术入门,，全华图书股份有限公司出版。,靳瑞敏编著，,太阳能电池原理与应用,，北京大学出版社。,绪 论,开发利用太阳能的战略意义,太阳能发电的特点,太阳能发电的分类,太阳能光伏发电的发展历史,中国光伏发电市场的发展,一些国家的“太阳能屋顶计划”,一些国家发展太阳能光伏发电的规划,第一章 绪论,1,化石燃料储量正面临逐渐枯竭的危机 局面,随着世界人口的增长和经济的发展，对于能源供应的需求量日益增加，目前主要是靠化石燃料来提供。,然而，化石燃料的储量是有限的，全球石油可开采约,45,年，天然气大约,61,年，煤炭可开采约,230,年，铀大约,71,年。如果再考虑到现在世界石油消费量大约每年增长,2%,，这样每隔,35,年，消费量将增加一倍。,目前,1/5,的人口消费世界上,75%,的能源，发达国家人均石油消费量是最贫穷的全球一半人口消费量的,15,倍。,一,.,开发利用太阳能的战略意义,据世界卫生组织估计，到,2060,年全球人口将达,100110,亿。如果到时所有人的矿物和能源消费量都达到今天发达国家的人均消费水平，则地球上,35,种矿物中将有,1/3,在,40,年内消耗殆尽，包括所有的石油、天然气、煤炭（假设为,2,万亿吨）和铀。,化石燃料生产,(,消耗,),的峰值存在一个高峰，,高峰在什么时间？,离现在还有多远？,留给可再生能源技术发展的时间足够吗？！,日本的预测,自天然气以下为化石燃料,化石燃料生产峰值在,2020,2030,之间,世界油气资源的开采峰值对化石燃料开采峰值有决定性影响，因此我们再观察几个对油气资源开采峰值的预测。,2002,，,Association for Study of Peak Oil(ASPO):,峰值位于,2010,年,(,见下图,),；,ASPO,对世界油气开采峰值的最新预测,峰值位于,2010,2001,，,BP,，,World Energy Forum in Davos,:,峰值位于,2010,，,30-40,之后将消耗尽；,2000,，,World Resources Institute in Washington:,峰值位于,2019.,综合以上多种预测,，,化石燃料开采峰值位于本世纪,20,30,年代,我国一次能源的储量均低于世界平均值，,2004,年进口石油约,1.1,亿吨，外汇支出比前一年增加了,30%40%,。,我国能源储量与世界比较,2,保护生态环境逐渐受到人们的重视,随着全球很多地区气候变暖，自然灾害频繁发生，酸雨范围越来越广，高空臭氧层空洞扩大等现象的出现，使人们逐渐认识到治理大气环境，防止污染已经到了刻不容缓的地步。,现在单是,CO,2,全球每年排放量就超过,500,亿吨，并且还在不断增加。按人口平均计算，美国每年的,CO,2,排放量为,20,吨,/,人,年，德国为,12.3,吨,/,人,年，日本为,8.7,吨,/,人,年。,“京都议定书”对于工业化国家规定了减少温室气体排放量的指标。,尽管“京都议定书”没有对我国的温室气体排放量规定具体的指标，但是我国的情况相当突出。,我国能源消费只占世界的,8%9%,，人均排放量也不算高，但是人口众多，能源利用率不高，能源消费以燃煤为主，而且煤炭所含的硫等有害成分很高。,我国,SO,2,排放量占世界的,15.1%,，为世界第一；,CO,2,排放量占世界的,13.6%,，列世界第二。因煤炭燃烧而排放的,S O,2,、,CO,2,、,NOx,和烟尘分别占全国相应排放量的,87%,、,71%,、,67%,和,60%,，所以备受世界关注。,我国必须作出巨大努力，来改变这种状态。,2003,年全球一次能源消耗结构比例,世界,中国,煤炭,%,24.71,74.0,石油,%,38.47,15.2,天然气,%,23.72,2.7,核能,%,6.59,0.4,水电,%,6.51,7.7,气候变化,/,环境污染,/,节能减排,/,可再生能源利用,最近国外的研究报告指出，在几年内我国将成为温室气体量排放最多的国家。世界银行估计，,2020,年中国由于空气污染造成的环境和健康损失，将达到,GDP,总量的,13%,。,太阳能是取之不尽的清洁无公害新能源。,安装,1KW,太阳能光伏发电系统，每年可以减少,CO,2,排放量,6002300 kg,、,NOx,排放量,16 kg,、,SOx,排放量,9 kg,和微粒,0.6 kg,。,在我国太阳能每发,1,度电，扣除在生产太阳电池及设备的过程中所消耗的电力，可至少相当于减少,CO,2,排放量,1.14kg,。,3,常规电网存在局限性,现在全球还有将近,20,亿人口没有用上电，我国在,2000,年也还有大约,3000,万人口没有电力供应，其中相当大部分处在经济不发达的边远地区，由于居住分散，很难用常规电网解决用电问题，没有电力供应严重制约了当地经济的发展。,作为不受区域限制的太阳能，是个理想的补充能源，光伏发电在这些地区大有用武之地，存在着巨大的潜在市场。,二,.,太阳能发电的特点,优点,:,太阳能取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类消耗的能量大,6000,倍。只要在美国阳光丰富的西南部沙漠地区，建立一个面积为,100,哩,100,哩的巨型光伏电站，所发的电力可以满足全美国的用电需要。太阳能发电安全可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击。,太阳能随处可得，可就近供电，不必长距离输送，避免了输电线路等损失。,太阳能不用燃料，运行成本很低。,太阳能发电没有运动部件，不易损坏，维护简单，特别适合于无人值守情况下使用。,优点,:,太阳能发电不产生任何废弃物，没有污染，无噪声等公害，对环境无不良影响，是理想的清洁能源。,太阳能发电系统建设周期短，方便灵活。而且可以根据负荷的增减，任意添加或减少太阳电池容量，避免了浪费。,优点,:,地面应用时有间歇性和随机性，发电量与气候条件有关，在晚上或阴雨天就不能或很少发电。,能量密度较低，标准条件下，地面上接收到的太阳辐射强度为,1000W/m,2,。大规模使用时，需要占有较大面积。,目前价格仍较贵，初始投资高。（,2013,年,08,月,30,日发改委发出通知：,上网电价和补贴标准明确 光伏业迎实质利好,）,缺 点,:,三,.,太阳能发电的分类,太阳能光发电,(,光伏,),太阳能热发电,大致可分为,槽式太阳能热发电,塔式太阳能热发电,碟式太阳能热发电,“,光生伏打效应,”。,1877,年 亚当斯等在硒片上发现固体光伏效应，并制成了,第一个硒光电池。,1883,年 美国发明家弗里兹描述了第一个用硒片制造的,太阳电池,。,1904,年 爱因斯坦发表,光电效应,论文,1916,年 密立根提供了,光电效应的实验证据,1918,年波兰科学家,切克劳斯基,发展了一种单晶硅生长的方法,1930,年 郎格发表了“,新的光伏电池,”,同年 肖特基发表“,新的氧化铜光电池,”,1931,年 布鲁诺将,铜化合物,和,硒银电极,浸入电介液，在阳光下带动电动机,1932,年 奥杜博特等制成第一块”硫化镉”太阳电池,1941,年 奥尔在硅上发现光伏效应,1954,年,5,月美国贝尔实验室恰宾、富勒和皮尔松宣布仅仅几个月后原来效率为,4.5%,的硅太阳电池已上升到,6%,，这是世界上第一个实用的太阳电池,美国贝尔实验室制成的第一批太阳电池,1955,年,11,月霍夫曼电子半导体公司（美国）宣布可提供效率为,2%,的商业光伏产品，每个电池,14mw,，价格为,$25,，相当于,$1785/W,1957,年霍夫曼电子公司硅太阳电池效率达到了,8%,1958,年霍夫曼电子公司硅太阳电池效率达到了,9%,1958,年,3,月,17,日,太阳电池首次在空间应用,，装备于美国的先锋,1,号人造卫星，功率为,0.1W,，面积约,100,平方厘米。运行了,8,年,1959,年霍夫曼电子公司商业应用的光伏电池效率达到了,10%,同年,8,月,7,日发射的探险者,6,号人造卫星配备了,1cm2cm,的太阳电池,9600,片,1960,年霍夫曼电子公司太阳电池的效率达到了,14%,1962,年,7,月,23,日第一个商业通讯卫星发射，功率为,14W,1962,年 砷化镓太阳电池光电转换效率达到了,13%,1963,年 夏普公司生产出了实用的硅光伏组件,同年，日本在灯塔上安装了一套当时世界上最大,242W,的光伏方阵，容量为,242W,1964,年发射的大型气象卫星上装备了,470 W,光伏方阵,1965,年 格拉瑟提出了建造空间太阳能电站的设想,1966,年 发射的天文观察卫星装备了,1kw,光伏方阵,1969,年 薄膜硫化镉太阳电池效率达到了,8%,；,1972,年法国在尼日尔乡村学校安装了一套硫化镉光伏系统,同年 罗非斯基研制出紫光电池，效率达到了,16%,1973,年德拉瓦大学建立了世界上第一个光伏与光热混合的户用屋顶系统,:“,太阳一号”，实现了并网运行,同年砷化镓太阳电池效率达到,15%,1974,年日本制定了发展光伏的“阳光计划”,同年,Tyco,实验室应用定边喂膜法制成了宽度为,1,英寸、,18,英寸长的的硅带,同年,COMSAT,研究所提出无反射绒面电池，硅太阳电池效率达到,18%,1976,年 多晶硅太阳电池效率达到,10%,1976,年卡尔松等制成了第一个非晶硅太阳电池，在面积,3.5,平方厘米上效率为,1.1%,19761985,年和,19921995,年美国,NASA,刘易斯研究中心项目在世界各地安装了,83,套不同用途的光伏系统，如为疫苗冷藏、房间照明、通讯、水泵和教室的电视等提供电力,1977,年世界光伏产量超过了,500KW,1978,年,NASA,在亚利桑那州巴巴哥印第安人保留区安装了,3.5KW,光伏系统，为水泵和,15,户居民提供电力，这是世界上第一个乡村光伏系统,1985,年通电网后，该系统专为社区水泵供电,同年 美国建成,100KW,太阳能地面电站,1980,年单晶硅太阳电池效率达,20%,；砷化镓太阳电池效率达到,22.5%,；多晶硅太阳电池效率达到,14.5%,；硫化镉太阳电池效率达到,9.15%,同年美国,ARCO Solar,公司年产量超过,1MW,1981,年,5,月在沙特阿拉伯吉达安装了,8KW,用于海水淡化装置,1982,年世界太阳电池产量超过了,9.3MW,同年,7,月在美国达拉斯机场安装了,20KW,光伏和,140KW,光热混合系统,同年,12,月美国安装,1MW,光伏电站，使用了,108,个双轴跟踪装置,1983,年功率为,1KW,的太阳能汽车在澳大利亚用不到,20,天跑完了,4000km,，最大时速,72km/h,，平均,24km/h,同年,ARCO Solar,公司在美国加州卡利萨平原建成,6MW,光伏电站，占地,120,英亩，电力输入太平洋煤气电力公司电网，足够,20002500,户家庭使用,同年世界光伏产量超过,21.3MW,，销售额超过,2.5,亿美元,1984,年美国萨克拉门托市政公用公司管辖区,(SMUD),关闭了核电站后，建成了第一个,1MW,光伏电站,同年英国,BP Solar,公司在南安普敦建成了,30KW,并网光伏系统,1985,年澳大利亚新南威尔士大学马丁,格林等研制的硅太阳电池，效率超过了,20%,1986,年,6,月,ARCO Solar,公司推出了世界第一个“,G-400”,商业薄膜动力用太阳电池组件,1990,年 德国提出“,1000,个太阳能屋顶”计划，每个屋顶安装,35KW,太阳电池,1992,年在南极洲安装了一套,0.5kw,光伏系统，配备,2.4kwh,蓄电池，为实验设备，照明，个人电脑，打印机和小型微波炉提供电力,1995,年 高效聚光砷化镓太阳电池效率达到,32%,1996,年,BP Solar,公司宣布碲化镉技术进入商业化生产,同年,5,月,7,日图森电力公司宣布已具备铜铟硒电池生产能力,同年,7,月世界上第一架太阳能动力飞机穿越德国,机身上安装了,3000,片高效太阳电池,总面积,21,平方米,1997,年 美国提出“百万太阳能屋顶”计划，到,2010,年要安装,100,万套,同年，日本提出“新阳光计划”，提出到,2010,年将生产,43,亿,W,太阳电池,同年，欧盟提出“百万太阳能屋顶”计划，到,2010,年要生产,37,亿,W,太阳电池,1998,年单晶硅太阳电池效率达,24.7%,；全球多单晶硅太阳电池产量第一次超过单晶硅太阳电池,1999,年 日本太阳电池产量首次超过美国而居世界第一位,2000,年 全球太阳电池产量达,278MW,。,日本三洋公司的非晶硅,/,单晶硅,/,非晶硅双异质结太阳电池效率超过,21%,2001,年“太阳神号”,(Helios),光伏动力飞机飞行高度超过了海拔,30km,，创造了新的记录,历年世界太阳电池产量,年份,1977,1982,1983,1984,1985,1986,1987,1988,1989,产量,MW,0.5,9.3,21.6,25.0,24.4,27.5,29.1,35.0,42.2,2004,年世界太阳电池产量,美国,日本,欧洲,其他,共计,百分比,%,单晶硅平板电池,85,111,115.8,29.6,341.4,29,多晶硅电池,14.2,393.5,158,104,669.2,56,非晶硅室外应用,14,10,8.6,7,39.6,非晶硅室内应用,7.5,7.5,晶体硅聚光电池,0.5,0.5,硅带电池,16,25,41,3.4,碲化镉电池,6,7,13,1.1,铜铟硒电池,3,3,0.3,微晶硅,/,单晶硅,20,20,1.7,异质结电池,(HIT),60,60,5,总计,(MW),139,602,314.4,140,1195.2,100,世界光伏应用领域,1993,1996,1997,1998,1999,2000,2001,2002,2003,2004,消费产品,18,22,26,30,35,40,45,60,65,70,美国离网户用,5,8,9,10,13,15,19,20,25,30,世界离网户用,8,15,19,24,31,38,45,60,75,80,通讯应用,16,23,28,31,35,40,46,60,75,80,离网商业应用,10,12,16,20,25,30,36,45,50,65,并网户用,/,商业,2,7,27,36,60,120,199,270,360,610,中心电站,(100kw),2,2,2,2,2,5,5,5,8,20,总计,(MW/y),61,89,126,153,201,288,395,520,658,955,世界光伏市场的发展,2030,年世界光伏应用分类预测,2003,年 主要太阳电池生产公司所占份额,2008,年世界前,30,名太阳电池生产商（,MWp,）,2008,年世界前,30,名太阳电池生产商（,MWp,）,排名,生产厂家,产量,(MW),排名,生产厂家,产量,(MW),1,Q-cell(DE),570.4,16,BP Solar(AU,IN,US,ES),156.3,2,First Solar(US,DE,ML),504.0,17,Schott Solar(DE,US),149.0,3,Suntech Power(CH),尚德（无锡）,497.5,18,Ersol Solar(DE),143.0,4,Sharp(JP),473.0,19,REC(NW),132.0,5,Kyocera(JP),290.0,20,Uni-Solar(US),113.0,6,Baoding Yingli(CH),英利（保定）,281.5,21,China Sunergy(CH),中电（南京）,110.9,7,JA Solar(CH),晶澳（扬州等）,277.0,22,Canadian Solar(CH),阿特斯 苏州,108.0,8,Motech(TW),272.0,23,Neo Solar(TW),102.0,9,Sun Power(PH),236.9,24,Changzhou Yijing(CH),亿晶 常州,99.7,10,Solar World(US,DE),221.0,25,Ningbo Solar(CH),宁波,97.0,11,Sanyo(JP),210.0,26,Isofoton(ES),96.5,12,Trina Solar(CH),天合 （常州）,209.0,27,E-Ton(TW),95.0,13,Solarfun(CH),林洋（南通）,189.0,28,Sovello(DE),94.1,14,Mitsubishi Electric(JP,+HEL),188.0,29,DelSolar(TW),71.5,15,GinTech(TW),180.0,30,Jetion Solar(CH),浚鑫 江阴,65.3,合,计,6232.6,世界前,30,家光伏企业总产量,6.2GW,。中国大陆占,10,家，总产量,1935MW,；台湾占,5,家总产量,720.5MW,。,中国大陆加上台湾的产量合计：,3500MW,，占世界总产量的,44%,。,五,.,中国光伏发电市场的发展,中国于,1958,年开始进行太阳能光伏发电的研究,1971,年首次将太阳电池成功地应用在”东方红二号”人造卫星上,1973,年开始将太阳电池应用于地面，在天津港用于航标灯,1977,年全国太阳电池产量约,1.1KW,，价格为,200,元,/W,1980,年前中国光伏产业发展缓慢，主要应用于高端领域。此后，光伏产业发展纳入国家计划，加大对光伏应用示范项目支持，促进光伏产业发展。,五,.,中国光伏发电市场的发展,中国于,1958,年开始进行太阳能光伏发电的研究,1971,年首次将太阳电池成功地应用在”东方红二号”人造卫星上,1973,年开始将太阳电池应用于地面，在天津港用于航标灯,1977,年全国太阳电池产量约,1.1KW,，价格为,200,元,/W,1980,年前中国光伏产业发展缓慢，主要应用于高端领域。此后，光伏产业发展纳入国家计划，加大对光伏应用示范项目支持，促进光伏产业发展。,五,.,中国光伏发电市场的发展,2004,年德国“上网电价法”的实施，促进了世界光伏产业的大发展，也催生了一批中国光伏企业。随着，大量民间资本进入光伏产业，在中国政府大力支持下，中国光伏产业取得了快速发展，,2007,年中国光伏电池产量突破,1000MWp,，占世界总产量的,27.2%,，超过日本和欧洲，跃居世界第一大生产国。,2007,年中国国内光伏系统累计安装,100MWp,，约占世界累计安装量的,1%,。针对光伏产业与国内市场之间发展的不平衡，,2009,年,3,月,23,日，财政部、住房和城乡建设部出台,关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见,，并出台了,太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法,，这两个文件的出台，对光伏市场的拓展有巨大的促进作用，让国内太阳能光伏企业看到了光明的前景。,五,.,中国光伏发电市场的发展,近几年来，国家越来越重视光伏产业，相继出台各项鼓励民间企业投资光伏产业的措施和政策，对使用光伏系统的用户或组织实行补助计划，与此同时将光伏发电纳入国家项目。,自,2011,年,11,月初以来，我国光伏产业的市场端已出现了三次重大事件，分别是美国与欧盟的“双反”以及国内市场大规模启动。“美国、欧盟及我国本土这三大市场占据全球市场总额约,70%,。,2013,年,8,月,6,日，中欧光伏“价格承诺”协议正式实施，中欧贸易史上涉案金额最大的贸易摩擦案最终以和解告终，这对行业来说是一大利好消息。,2013,年,08,月,30,日国家发展和改革委员会发出通知，明确规定了光伏电站标杆上网电价政策以及分布式光伏发电项目的电价补贴标准。专家表示，这相当于给光伏发电企业吃下了“定心丸”，对产业的发展形成重大利好。,六,.,一些国家的”太阳能屋顶计划”,1.,美国,1997,年,6,月,26,日美国总统克林顿宣布，为了达到,2012,年使温室气体排放量比,1990,年减少,7,的目标，采取的一项重要措施是实施“百万太阳能屋顶计划”，在,2010,年前，要在全国的的住宅、学校、商业建筑和政府机关办公楼屋顶上安装,100,万套太阳能装置，光伏组件累计用量将达到,3025MW,，产生的电力相当于新建,35,个燃煤的发电厂。,美国百万屋顶计划指标,美国千万屋顶计划指标,从,2012,年开始，将投资,2.5,亿美元用于“千万屋顶计划”，,从,2013,年,2021,年，每年将投资,5,亿美元用于太阳能屋顶计划。,2012,年,2021,年，根据一个家庭,3KW,5KW,容量，总安装量达,30GW,50GW,，财政补助方式为工程项目净投入的,50%,，初始阶段补贴,1.75,美元,/W,，到,2018,年大约,0.5,美元,/W,。,此次新增的千万太阳能屋顶计划，是迄今为止规模最大、补贴额度最高的新政策，是态度鲜明的支持光伏产业发展的宣言。预计未来几年市场爆发增长，美国也将成为全球最重要、增长最快的市场。,2.,欧盟,在,1997,年提出目标到,2010,年要由可再生能源提供总能源消耗的,12%,和电力供应的,21%,。为此在欧盟范围内要安装,100,万套太阳能光伏发电系统，其中,50,万套为屋顶并网光伏系统，另外,50,万套是独立光伏系统，为乡村供电。在,2010,年前要累计安装太阳能光伏系统,3000MW,，大约是,1995,年产量的,100,倍，发电量大约,2.43.5TWh,。,3.,德国,在,1990,年率先宣布并实施“,1000,屋顶”计划，开始并不顺利，后来政府实行补贴政策，在结束时安装了,2056,套，超额完成。在此基础上，,1999,年开始实施“十万屋顶”计划，实行低息贷款，并且以,0.50.6,欧元,/KWh,的高价收购输入电网的太阳能电力，结果单是在,2003,年就安装了,120 MW,，现在德国的光伏市场已从探索阶段发展成为繁荣的专业市场。,4.,日本,日本是个缺乏能源的岛国，燃料大部分依赖进口，很早就开始重视发展光伏发电。通产省,1974,年就制订了第一个“阳光计划”，,1987,年又制订了“月光计划”，,1993,年开始实施“新阳光计划”，用于资助光伏发电的经费也逐年大幅度增长。,1994,年日本开始实施“七万屋顶”计划，最初对安装的用户补助总价的一半，后来逐渐减少，到,2003,年只有,10%,，尽管如此，安装量仍不断增加，到,2003,年已接近,17,万户，累计安装容量超过,620 MW,七,.,一些国家发展太阳能光伏发电的规划,1.,日本,（,NEDO,）在,2004,年,6,月发表的“面向,2030,光伏路线图的综述”提出,:,到,2010,年日本国内累计安装太阳电池组件容量将为,482GW,。,到,2030,年累计安装太阳电池组件容量要达到,1000GW,，届时日本所有住宅所消费的电力中将有,50%,由太阳能光伏发电所提供，大约占全部电力供应的,10%,。,2.,欧盟,2004,年,3,月欧盟联合研究中心发表了“欧洲光伏研发路线图”,在,2010,年太阳能发电提供的电力将占总发电量的,1%,，到,2040,年将占总发电量的,26%,。,大约在,2030,年太阳能发电将发挥显著的作用，,2050,年将占能源供应总量的约,24%,，到本世纪末将占全球总能源供应的统治地位。,未来能源结构预测,光伏价格变化经验曲线,光伏与常规电价发展比较,不同太阳电池材料发展预测,欧洲预测光伏发电量,3.,美国,在,2004,年,9,月发表了“我们太阳电力的未来：,2030,及更久远的美国光伏工业路线图”提出目标是：在,2025,年美国新增加发电容量的一半由太阳能发电提供。,2030,年美国太阳能发电量将为,3600,亿,KWh,，足够,3400,万户家庭使用，届时太阳能电力将成为重要的电力来源。,国家“十二五”规划的发展目标：到,2015,年，可再生能源在能源消费的比重达到,11.4%,，光伏发电利用规模至少要达到,1000,万千瓦，,2020,年光伏发电至少要达到,5000,万千瓦。从,2010,年到,2015,年，每年有,200,万千瓦的市场，集中电站和分布式入网的应用方式都有自己的市场。,4.,中国,谢 谢！,