铜铟镓硒薄膜太阳能电池现状及未来

2013年11月12日 13:19 16835次浏览 来源:   分类: 铅锌资讯


  相比较其它太阳能电池,CIGS竞争优势有以下6点:①通过掺入适量Ga替代部分同族的In,通过调节Ga/(Ga+In)可以调节CIGS的禁带能隙,调整范围为1.04~1.68eV,这是一个非常宽的范围,非常适合制备最佳带隙的半导体化合物材料,这是CIGS材料相对于硅系光伏材料的最特殊优势;②CIGS材料的吸收系数高,达到105cm-1,同时还具有较大范围的太阳光谱的响应特性;③利用CdS作为缓冲层(具有闪锌矿结构),和具有黄铜矿结构CIGS吸收层可以形成良好的晶格匹配,失配率不到2%;④在光电转化过程中,作为直接能隙半导体材料,CIGS的厚度可以很小(约2μm),当有载流子注入时,会产生辐射复合过程,辐射过程产生的光子可以被再次吸收,即所谓的光子再循环效应;⑤CIGS系半导体可直接由其化学组成的调节得到P型或N型不同的导电形式,不必借助外加杂质,不会产生Si系太阳电池很难克服的光致衰退效应,使用寿命可以长达30年以上;⑥CIGS薄膜的制备过程具有一定的环境宽容性,使得CIGS太阳电池在选择衬底时,具有较大的选择空间。综合比较分析,铜铟镓硒薄膜CIGS太阳能电池具有转换效率高(居各种薄膜太阳能电池之首)、材料来源广泛、生产成本低、污染小、无光衰、弱光性能好的显著特点,已成为各国争相研究的重点领域。
  2、CIGS电池的发展现状
  CIGS国外发展现状
  1976年,美国首次研究成功CIS薄膜太阳电池,转换效率达到6.6%。时隔6年之后,波音公司通过3元(Cu、In、Se)蒸发方法,制造出了效率超过10%的薄膜电池。1983年,ArcoSolar公司提出新的制备方法——硒化法,该项技术具有简单、廉价的特点,现在已经发展为制作CIS电池最重要的技术。80年代后期,德国开发出了转换效率为11.1%的CIS电池,这是转换效率首次超过10%。其稳定性好、耐空间辐射的优良特性也逐渐得到行业的重视。90年代初,瑞典报道了效率为17.6%,面积0.4cm2的CIS太阳电池,这是当时的世界记录。日本从1994年启动CIGS产业化项目,研发投入高达200亿日元(相当于14亿元人民币)。到90年代末期,美国可再生能源实验室(NREL)将转化效率提高到了18.8%,同时开始生产发电用CIGS太阳能电池组件(40W),组件效率达到当时最高的12.1%。到2001年,德国风险投资企业WurthSolar开始在欧洲销售60cm×120cm的CIGS太阳能电池组件,它是制备在钠玻璃基片上的。2000年,美国可再生能源研究所制备出亚微米级(0.74μm)CIGS太阳能电池,效率达12%~13%,更加显示出了铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池的性价优势及广阔的市场前景。2003年,日本昭和壳牌石油公司开发的3459cm2组件转换效率达到了13.4%。在2007年,美国可再生能源实验室,用三步共蒸发法制备的铜铟镓硒薄膜太阳能电池,转化效率达到了19.9%,这是单结薄膜太阳能电池的世界记录。
  现在CIGS薄膜太阳能电池组件面积已经可以达到0.5平方米以上,主要有600mm×900mm和600mm×1200mm等规格。主要由各公司不同设备条件决定。其组件生产工艺流程如图所示:

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  现在CIGS组件处于产业化初级阶段,主要是美国、德国和日本等发达国家公司。其工艺各具特色,主要采用的都是真空溅射技术,区别主要是制备CIGS吸收层的部分工艺差别。表3给出了主要公司生产工艺比较。可以看出,最主流形式是溅射金属预制层后硒化工艺。该工艺对溅射设备防腐要求低,维护简单,生产过程更容易控制。也有采用四元化合物靶直接溅射CIGS的研究,由于设备防腐要求高,吸收层存在缺陷,溅射后仍需要热退火处理,这种方法现阶段没有表现出产业化优势。

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  在CIGS组件产业方面,可以看出世界主要CIGS厂家技术现状。可以看出,蒸发和溅射后硒化是两种最广泛采用,最有实际应用前景的方法。尤其是预制膜硒化技术,更有优势,可以满足大面积生产,同时又能保证产品效率的最有效方法。

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责任编辑:彭彭

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