CIGS薄膜電池

CIGS簡介

　　CIGS是太陽能薄膜電池CuInxGa(1-x)Se2的簡寫，其具有穩(wěn)定性好、抗輻照性能好、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。小樣品CIGS薄膜太陽能電池的最高轉(zhuǎn)化效率2010年8月刷新為20.3%，由德國太陽能和氫能研究機(jī)構(gòu)ZSW采用共蒸鍍法制備。大面積電池組件轉(zhuǎn)化效率及產(chǎn)量根據(jù)各公司制備工藝不同而有所不同，一般在10%~15%范圍內(nèi)。我國CIGS薄膜技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，南開大學(xué)光電子研究所在CIGS研究上處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到13%以上。

　　雖然CIGS電池具有高效率和低材料成本的優(yōu)勢，但他也面臨三個主要的問題：（1）制程復(fù)雜，投資成本高（2）關(guān)鍵原料的供應(yīng)不足（3）緩沖層CdS具有潛在的毒性

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銅銦鎵硒太陽能電池板的制造

　　用交替濺射的方法制備銅銦鎵硒薄膜太陽能電池預(yù)置層。通過可變占空比的電源控制器實(shí)現(xiàn)對Cu/Ga合金靶以及In靶濺射時間的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對最后元素配比的控制。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在一個濺射周期中，Cu/Ga合金靶濺射時間對最后成分影響最大，其次是In靶濺射時間，非濺射時間的長短對成分也有影響。交替濺射制備的銅銦鎵硒預(yù)置層經(jīng)過XRD檢測，合金相主要為Cu11In9。

　　“濺射金屬預(yù)制層再硒化、硫化”所生產(chǎn)的CIGS薄膜太陽電池是目前世界上技術(shù)最先進(jìn)、工業(yè)化生產(chǎn)最成熟的第二代光伏產(chǎn)品。CIGS薄膜是由銅、銦、硒等金屬元素組成的直接帶隙化合物半導(dǎo)體材料，其對可見光的吸收系數(shù)為所有薄膜電池材料中最高的，而原材料的消耗卻遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)晶體硅太陽電池。與高效率高成本的晶體硅太陽電池和低效率低成本的非晶硅太陽電池相比，CIGS太陽電池具有高效率低成本長壽命的多重優(yōu)勢，是最有希望降低光伏發(fā)電成本的高效薄膜太陽電池，并且它可以充分利用我國豐富的銦資源，是真正符合國家法規(guī)鼓勵條款的適合中國國情的可再生能源技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景。

銅銦鎵硒太陽能薄膜電池的構(gòu)造　　

　　襯底為覆有Mo層的鈉鈣玻璃，一般采用直流磁控濺射法沉積Mo鉬作為支持層。而CIGS薄膜的生長則采用三步共蒸發(fā)。再采用水浴法沉積CdS薄膜，接著濺射雙層的ZnO薄膜，再用電子束蒸發(fā)制備Ni/Al電極，最后上面再覆蓋一層增透膜MgF2。

銅銦鎵硒太陽能電池板的應(yīng)用

　　銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有生產(chǎn)成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等特點(diǎn)，光電轉(zhuǎn)換效率居各種薄膜太陽能電池之首，接近晶體硅太陽電池，而成本則是晶體硅電池的三分之一，被國際上稱為“下一時代非常有前途的新型薄膜太陽電池”。此外，該電池具有柔和、均勻的黑色外觀，是對外觀有較高要求場所的理想選擇，如大型建筑物的玻璃幕墻等，在現(xiàn)代化高層建筑等領(lǐng)域有很大市場。

　　銅銦鎵硒電站的建設(shè)已經(jīng)達(dá)到兆瓦級水平，據(jù)瑞士的SolarMax光伏并網(wǎng)逆變器公司提供的資料，2008年9月在西班牙建成了的3.24兆瓦銅銦鎵硒電站，并成功運(yùn)行。這必將加快CIGS的商業(yè)應(yīng)用。

　　銅銦鎵硒太陽能電池板也可做成柔性，其均勻的顏色和穩(wěn)定的性能，更加適合與建筑一體化的應(yīng)用。

Manz：與CIGS薄膜電池迎春

　　目前全球唯一一家可提供量產(chǎn)出穩(wěn)定且成熟的CIGS光伏組件的設(shè)備供貨商是德國Manz公司，其量產(chǎn)CIGS薄膜組件效率已達(dá)14.6%。更令業(yè)界震驚的是，2013年Manz公司與ZSW共同研發(fā)的最新CIGS薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20.8%，首次超過了目前市面上廣泛使用的多晶硅太陽能電池的效率。依此而論，CIGS薄膜太陽能電池的“春天”為時不遠(yuǎn)了。

　　從發(fā)展前景上看，在未來一段時間，薄膜發(fā)電還有很大的提升空間和潛力。就中國而言，除了國家政策的支持，市場“蛋糕”本身還很大。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)測算，到2020年，我國城鄉(xiāng)房屋建筑面積約為890億平方米，以東、南、西墻墻面積的15%、屋頂面積的10%計(jì)，直接市場規(guī)模超過10萬億元，間接市場規(guī)模達(dá)30萬億元，相當(dāng)于我國汽車市場的3-5倍。即使按照10%的轉(zhuǎn)化率和太陽能平均每年1300個發(fā)電小時計(jì)算，裝機(jī)規(guī)模相當(dāng)于368個葛洲壩或45個三峽，可替代全社會30%左右的年用電需求。而對于薄膜發(fā)電技術(shù)尤其是CIGS技術(shù)來說，憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢，在光伏建筑一體化（BIPV）領(lǐng)域是極具市場競爭力的。

　　此外，不得不提的是，多晶硅電池的硅原料多控制在德國、美國、日本手中，這也使得多晶硅電池過度依賴海外市場。反觀以銅、銦、鎵、硒為主要制造原材料的CIGS薄膜電池，四種原材料最大產(chǎn)地恰恰是在中國，技術(shù)所需的原料進(jìn)口依賴性自然也就小多了。