cigs薄膜太阳电池产业化分析报告

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1、CIGS薄膜太阳电池产业化分析报告1、CIGS薄膜太阳电池实验研究发展历程自1976年美国Maine州大学首次开发出转换效率6.6%的CIS薄膜太阳电池以后[1]，CIGS薄膜太阳电池由于具有成本低、效率高、稳定性好等优越的综合性能，开始受到人们的普遍重视，发展迅速，成为国际光伏界的研究热点,被认为是薄膜电池中最有发展前景的光伏材料之一。它具有以下突出优点：(1)CIS薄膜的禁带宽度一般为1.04eV，通过掺入适量的Ga替代部分In，成为CuIn1-xGaxSe2混溶晶体，薄膜的禁带宽度可在1.04～1.67eV范围内调整，这就为太阳电池最佳带隙的优化提供

2、了新的途径；(2)是一种直接带隙材料，光吸收率达105/cm量级，电池厚度1微米就可以将90%以上的入射光子吸收，降低了昂贵的材料消耗，最适于太阳电池薄膜化；(3)抗辐射能力强，用作空间电源具有很强的竞争力；(4)转换效率高。在NREL2008年发布的报告中，具有常规结构以玻璃为衬底的小面积CIGS电池效率已经达到19.9％[2](5)电池性能稳定，无衰退性。美国波音航空公司曾经制备91cm2的CIS组件经100MW/cm2光照7900小时后发现电池效率没有任何衰减[3]；(6)技术成熟后，制造成本约是晶体硅太阳电池的二分之一到三分之一，能量偿还时间在一年

3、之内，远低于晶体硅太阳电池；(7)玻璃衬底中的Na效应。在CIGS薄膜中微量的Na可以显著的提高电池的转换效率和成品率，因此使用碱石灰玻璃（soda-limeglass，简称SLG）作为CIGS的衬底，除了成本低、膨胀系数接近外，还有Na掺杂的考虑。1.1国际研究状况1.1.1小面积玻璃衬底CIGS太阳电池虽然CIGS电池起步比较晚，但是经过20多年的发展小面积单结电池转换效率提高迅速。1982年Boeing公司采用蒸发法制备出的电池效率首次超过10%[4]。1983年ARCOSolar提出了硒化法，并于1988年制备出了转换效率11.1%的CIS电池[5

4、]。1993年EuroCIS采用CdS/Cu(In,Ga)Se2结构制备出的电池效率超过了15%[6]。1994年美国NREL（NationalRenewableEnergyLaboratory）提出了共蒸发三步法，制备出了全面积转换效率16.8%[7]的电池。这之后NREL一路领跑，分别于1996年、1999年、2003年制备出了转换效率17.7%[5]、18.8%[7]、和19.2%[8]的CIGS电池，均创造了当时的最高转换效率记录。2008年NREL更是将效率提高至19.9％[2]。图1给出的是实验室制备CIGS薄膜电池效率发展曲线图。图1实验室制

5、备的薄膜电池效率[9]1.1.2柔性衬底小面积CIGS电池柔性衬底主要指不锈钢、钼、钛、铝和铜等金属箔材料及聚酰亚胺等柔性材料。美国、日本和德国的研究机构在柔性金属CIGS电池研究方面处于领先水平。表1列出了目前的各种金属衬底CIGS电池的最高效率。美国国家可再生能源实验室（NREL）研制的小面积不锈钢电池的最高转换效率达到了17.5％[10]，是柔性衬底CIGS电池的世界记录。表1不同柔性金属衬底CIGS太阳电池的研究水平（AM1.5）柔性衬底转换效率（％）吸收层制备技术研制单位SS17.5CIGS（共蒸发）NRELMo11.7CIGS（氧化物预制层，硒

6、化）IEST[11]Cu9.0CIGS（电沉积预制层，硒化）CISSolartechik[12]Ti16.2CIGS（共蒸发）HMI[13]Al6.6共蒸发CIGSETH[14]1.2国内研究状况我国于2001年将CIS薄膜太阳电池列入国家“十五863”重点项目，在天津市建立铜铟硒太阳能薄膜电池试验平台和中试线，由南开大学承担。该项目的成功运作将为我国CIS薄膜太阳电池的产业化发展，乃至为国内CIS薄膜太阳电池的发展奠定坚实的基础。目前，采用三步法蒸发沉积制备的小面积电池(0.92cm2)最高效率为14.1%，小组件(约10cm2)效率为8%，不锈钢衬底电

7、池最高转换效率10%，聚酰亚胺衬底电池最高转换效率9.7%,均在国内处于领先水平。目前国内从事CIGS薄膜太阳电池研究的单位除了较有影响的南开大学外，清华大学、中国科技大学、浙江大学、武汉理工大学、桂林工学院等也纷纷开展CIGS太阳电池的研究工作，研究工作除了传统的共蒸发法、溅射硒化法外，还涉及到有望大幅度削减生产成本的电化学法－电沉积法，但是眼下还未有突破性研究进展。2、CIGS产业化发展状况2.1CIGS产业化发展历程CIGS电池具有很好的商业前景，许多国际研究机构和商业公司很早就投入实验研究，因而CIGS组件在全球范围内得到了稳步的发展，特别是日本和

8、欧美在CIGS太阳电池的研究方面投入了大量的人力和物力，进展相当快