航天811所瞄准新一代 再拓新能源

文章来源:中国航天报 发布时间:2012-09-17
  ——国内首条柔性硅基薄膜太阳能电池片生产线诞生记

  一条生产线的建设,引起中共中央政治局委员、上海市委书记俞正声和上海市市长韩正等各级领导的高度关注,分别多次前往研制单位——中国航天科技集团公司八院811所给予指导。

  这条生产线就是该所独立研制成功的我国首条代表国际尖端水平的卷对卷柔性硅基薄膜太阳能电池片生产线。

  目前,通过该线生产的大面积柔性硅基薄膜太阳能电池片批量生产成品率超过了80%,年产能达到1兆瓦,实现了项目研发初始目标,打破了柔性薄膜太阳能电池设备长期以来一直被国外厂商垄断的局面,标志着我国具备了柔性薄膜太阳能电池片生产能力,这将有效解决目前我国缺乏超薄型、高性能的高空飞行器太阳能电池片的局面。

  “薄膜”优于“晶体硅”

  太阳能电池片内芯主要有晶体硅和薄膜两大类。目前,国内生产晶体硅太阳能电池片的企业众多,在市场不景气的情况下,为何还要生产薄膜太阳能电池片?

  811所太阳能电池片项目组技术负责人叶晓军告诉记者,以晶体硅太阳能电池片为主的光伏发电系统目前占据了国内80%以上的市场份额,在未来5年内还将处于主流地位。而“薄膜”是新一代太阳能电池片,其厚度仅为晶体硅电池片厚度的百分之一;另外,相比晶体硅太阳能电池片,它有着成本更低廉、使用更方便这两大突出优势。

  在成本方面,薄膜太阳能电池片体积超小,从而极大地节省了昂贵的半导体材料;先进的低温工艺技术不但可以节能降耗,而且便于采用廉价代用品衬底(比如玻璃、不锈钢等)。在使用方面,薄膜太阳能电池片具有耐高温特性,更适合在气温高的地区和沙漠中使用;良好的弱光特性使其即使在阴天也可以照常发电;加上柔性衬底技术的采用,大大拓展了其应用范围,包括各种建筑物的曲面外墙、便携式充电包等,都可以采用薄膜太阳能电池片。

  自上世纪70年代以来,世界各国纷纷投入巨资,掀起了薄膜太阳能电池片的研究热潮,并且取得了长足进步。2009年4月,811所瞄准科技前沿技术,迈开了国内创新发展卷对卷硅基薄膜连续制造技术及其装备研制的第一步。

  10多项核心专利赢在起点

  在811所生产车间,一卷幅宽为30厘米、厚度为25微米的聚酰亚胺塑料,在完成底电极(负极)导电层沉积后,缓慢进入该所研制的关键设备进行沉积,而后进入顶电极(正极)透明导电膜内再度沉积,经过上述短短几个小时的工序,聚酰亚胺塑料的厚度变成了1个微米左右(厚度相当于一张鼠标垫),至此,转化率达6%以上的柔性薄膜太阳能电池片也就诞生了。

  这套柔性薄膜太阳电池生产设备技术十分复杂,尤其是其中的关键设备开发难度非常大,长期以来一直被欧洲、美国和日本企业所垄断。

  在两年多的攻关时间里,项目组克服了许多难以想象的困难,完成了大面积柔性硅薄膜电池工艺的开发和柔性薄膜电池组件的研制,这期间,申请了10多项核心技术专利。

  但项目组并未就此止步。在近一年的时间里,通过不断设计、模拟、实验和加工,项目组重点强化了生产线的性能考核和技术改进,成功地采用了特殊的腔室气密封技术,实现了不同工艺腔室之间的非机械性隔离,解决了腔室气氛之间的交叉污染问题;采用了多层气体匀流技术,保证了多种源气体充分混合以及气流场的均匀性,从而保证了沉积薄膜的厚度和成分均匀;同时,还采用了精确的张紧力控制技术,保证厚度仅为几十微米的塑料柔性衬底在生产过程中能够平稳走卷而不发生任何变形。

  经过层层改进和完善,该设备性能指标已经达到了国际一流水平。

  展望柔性薄膜电池产业化发展前景,811所所长朱凯充满信心:“目前,我所研制的电池成本约为每瓦6元,如果进一步扩大产能,同时将生产线中的部分生产原料国产化,可以将成本降低到每瓦3元左右,可以大大提高柔性薄膜电池片的竞争力。”

  朱凯说,后续,811所将继续加大柔性薄膜电池产业化技术的投入,攻克柔性薄膜电池内联集成组件技术,提高电池片的实用化和可靠性程度;同时实现薄膜电池后道工艺的自动化连续生产,进一步提高产能,开发出多种针对不同应用要求的便携式柔性电池组件,将现有的单结电池技术升级为多结叠层硅基薄膜电池技术,效率提高10%以上;还将进行更大规模生产线的规划和研制,力争在2015年实现25兆瓦柔性硅基薄膜电池生产能力,实现销售收入上亿元。(尹林发)