光伏材料详细资料大全

光伏材料又称太阳电池材料，是指能将太阳能直接转换成电能的材料。光伏材料能产生电流是因为光生伏特效应，即如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型矽和N型矽中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。

基本介绍中文名 ：光伏材料 外文名 ：solar cell materials 学科 ：材料工程 领域 ：工程技术 简介,光伏发电,分类,材料分类,套用分类,材料特性,光伏材料的工作原理, 简介 光伏材料是指能将太阳能直接转换成电能的材料。光伏材料又称太阳电池材料，只有半导体材料具有这种功能。可做太阳电池材料的材料有单晶矽、多晶矽、非晶矽、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空间的有单晶矽、GaAs、InP。用于地面已批量生产的有单晶矽、多晶矽、非晶矽。其他尚处于开发阶段。致力于降低材料成本和提高转换效率，使太阳电池的电力价格与火力发电的电力价格竞争，从而为更广泛更大规模套用创造条件。 光伏发电 光伏材料能产生电流是因为光生伏特效应，即如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型矽和N型矽中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在矽片的两边加上电极并接入电压表。对晶体矽太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5～0.6V。通过光照在界面层产生的电子－空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。 分类 材料分类 可做太阳电池材料的材料有单晶矽、多晶矽、非晶矽、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。 套用分类 用于空间的有单晶矽、GaAs、InP。用于地面已批量生产的有单晶矽、多晶矽、非晶矽。其他尚处于开发阶段。 致力于降低材料成本和提高转换效率，使太阳电池的电力价格与火力发电的电力价格竞争，从而为更广泛更大规模套用创造条件。 材料特性 （1）单晶矽太阳能电池　单晶矽太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%，这是所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶矽一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。 （2）多晶矽太阳能电池 　多晶矽太阳电池的制作工艺与单晶矽太阳电池差不多，但是多晶矽太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12%左右 。 从制作成本上来讲，比单晶矽太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶矽太阳能电池的使用寿命也要比单晶矽太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶矽太阳能电池还略好。 （3）非晶矽太阳能电池　非晶矽太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶矽和多晶矽太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，矽材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶矽太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，国际先进水平为10%左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。 （4）多元化合物太阳能电池 　多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产，主要有以下几种：a) 硫化镉太阳能电池b) 砷化镓太阳能电池c) 铜铟硒太阳能电池(新型多元带隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太阳能电池) 　Cu(In, Ga)Se2是一种性能优良太阳光吸收材料，具有梯度能带间隙（导带与价带之间的能级差）多元的半导体材料，可以扩大太阳能吸收光谱范围，进而提高光电转化效率。以它为基础可以设计出光电转换效率比矽薄膜太阳能电池明显提高的薄膜太阳能电池。可以达到的光电转化率为18%，而且，此类薄膜太阳能电池，未发现有光辐射引致性能衰退效应（SWE），其光电转化效率比商用的薄膜太阳能电池板提高约50~75%，在薄膜太阳能电池中属于世界的最高水平的光电转化效率。 光伏材料的工作原理 “光伏发电”是将太阳光能直接转换为电能的一种发电形式。1839年，法国科学家贝克勒尔(A．E．Becqure1)首先发现了“光生伏打效应(Photovoltaic Effect)”。然而，第一个实用单晶矽光伏电池(Solar Cel1)直到一个多世纪后的1954年才在美国贝尔实验室研制成功。20世纪70年代中后期开始，光伏电池技术不断完善，成本不断降低，带动了光伏产业的蓬勃发展。光伏发电原理如图1所示。PN结两侧因多数载流子(N 区中的电子和P区中的空穴)向对方的扩散而形宽度很窄的空间电荷区w，建立自建电场Ei。它对两边多数载流子是势垒，阻挡其继续向对方扩散；但它对两边的少数载流子(N 区中的空穴和P区中的电子)却有牵引作用，能把它们迅速拉到对方区域。稳定平衡时，少数载流子极少，难以构成电流和输出电能。但是，如图la、b所示，光伏电池受到太阳光子的冲击，在光伏电池内部产生大量处于非平衡状态的电子一空穴对，其中的光生非平衡少数载流子(即N 区中的非平衡空穴和P区中的非平衡电子)可以被内建电场Ei牵引到对方区域，然后在光伏电池中的PN结中产生光生电场EPV一当接通外电路时，即可流出电流，输出电能。当把众多这样小的太阳能光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起，构成光伏电池组件，便会在太阳能的作用下输出功率足够大的电能。

光伏发电不是一定要使用硅材料，可以发电的按材料来分有硅类：单晶硅，多晶硅，非晶硅和微晶硅。化合物薄膜：砷化镓，碲化镉（CdTe），硫化镉（CdS），铜铟镓硒硫（CIGSSe），纳米晶二氧化钛。以及有机物类等。现在工业用的大部分还是晶体硅电池，其优点有：1，硅在地球上的元素含量排名第二，在未来不会成为稀缺资源。2，在50年代就已经有硅电池了，经过几十年的发展，单晶硅电池的发展最成熟。3，硅的转化效率极限为30%左右，在实验室中已经做到24%，工业生产出的组件已经达到18%以上，是作出的转换效率最高的材料。多晶硅的效率比单晶硅要低一些，工艺也比较容易实现，是通过浇注成型的。非晶硅和微晶硅的转化效率低，在8%左右（工业成品）。剩下的几类电池转换效率都不及单多晶硅，所以现有情况下硅类电池还是占有大部分的市场。

4月28日，TCL 科技 披露2021年年报，公司全年实现营业收入1635.4亿元，同比增长113.3%；实现净利润149.6亿元，同比增长195.3%；实现归属于上市公司股东净利润100.6亿元，同比增长129.2%。

面临当下半导体显示仍处于下行周期的困境，TCL 科技 正在新能源光伏及半导体材料业务上加码投入，现已成为公司价值增长新引擎。

TCL 科技 董事长李东生在年报中表示：“受惠全球节能减碳政策，新能源光伏迎来 历史 性机遇，TCL中环新能源光伏业务将加快发展；中环领先半导体材料业务要把握中国集成电路产业发展的机遇，预计今年TCL中环业务将持续强劲增长。”

转型全尺寸领域应对短期行情波动

年报显示，2021年上半年，半导体显示行业供需关系改善，行业集中度提升；受市场需求波动及物流成本影响，大尺寸产品价格在下半年有较大回调。报告期内，TCL华星实现销售面积3949.15万平方米，同比增长36%；半导体显示业务实现营业收入881亿元，同比增长88.4%；净利润106.5亿元，同比增长339.6%。

TCL 科技 表示，短期层面，受国际政经形势动荡影响，经济增速放缓，市场需求疲软，半导体显示行业的经营挑战加大，目前形势仍不容乐观。

但长期来看，LCD显示产业向中国大陆集中、竞争格局优化的趋势不变，头部企业在产能规模、技术研发、供应链生态等方面具备显著优势，行业进入壁垒大幅提高。

TCL华星将继续优化业务组合，加快从大尺寸显示龙头向全尺寸显示领先转型升级。随着t4二期和三期产能爬坡，19和t3扩建，TCL华星产能规模将持续高增长，大、中、小业务布局更加完善：大尺寸业务持续提升高端产品占比，率先实现全球领先，中小尺寸以产品线和技术线构建业务矩阵，结合柔性OLED、LTPS以及模组厂形成多元化业务布局，进行全技术别产品规划。

值得一提的是，在中尺寸业务领域，TCL华星产品结构不断丰富优化，电竞显示器市场份额在四季度跃居全球第一，t3产线加速中尺寸转型，非手机类产品收入占比提升至41%，LTPS笔电出货量全球第二，LTPS平板出货量全球第一，车载实现头部国内车厂批量出货和海外重点客户突破；在小尺寸业务领域，TCL华星通过差异化技术提升产品力，t3产线LTPS手机面板出货量保持全球第四，同时拓展VR/AR新型显示产品，盈利能力提升。

新能源光伏及半导体材料快速扩产

打造新引擎

在半导体显示的主营业务之外，当下TCL 科技 的新能源光伏及半导体材料业务已成为公司价值增长新引擎。报告期内，该业务实现营业总收入411亿元，同比增长115.7%，净利润44.4亿元，同比增长200.6%。

在新能源光伏产业领域，TCL中环的新能源光伏材料产能提升至88GW，产品适应性持续提升，市占率攀升至28%，依托G12硅片技术及制造模式的优势，G12硅片市场占有率全球第一，高效N型单晶硅片市场占有率全球第一，全球产业影响力进一步加强。

在半导体材料产业领域，公司半导体材料达成8英寸75万片/月、12英寸17万片/月的既定产能目标。8英寸产品已形成可对标国际一线厂商的产品综合能力和市场竞争力；12英寸产品处于突破期，应用于特色工艺的产品已通过多家国内一线客户认证并稳定量产；先进制程产品加速追赶，28nm以上产品在多家客户验证顺利，进入增量阶段。

值得一提的是，TCL 科技 如今正在加速进入新能源光伏及半导体材料产业领域。4月20日，TCL 科技 公告称，公司及子公司TCL中环与协鑫集团、保利协鑫能源签署了合作框架协议。各方拟就约10万吨颗粒硅、硅基材料综合利用生产及下游应用领域研发项目、约1万吨电子级多晶硅项目进行战略合作，总投资预计共120亿元。

TCL 科技 表示，通过本项目的建设，公司将实现在半导体光伏及半导体材料上游核心多晶硅材料的业务布局，助力实现公司“半导体光伏材料全球领先战略，半导体材料追赶超越战略”。

（编辑 孙倩）

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