銅銦鎵硒薄膜太陽能電池展望 新型光伏電池產(chǎn)品
銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池由于效率高、無衰退、抗輻射、壽命長、成本低廉等特點(diǎn)，是備受人們關(guān)注的一種新型光伏電池產(chǎn)品，經(jīng)過近30年的研究和發(fā)展，其光電轉(zhuǎn)化效率為所有已知薄膜太陽能電池中最高的，目前，美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室在玻璃襯底上利用共蒸發(fā)三步工藝制備出最高效率達(dá)19.9%的電池。2009年全球CIGS薄膜太陽能電池產(chǎn)能超過660MW，實(shí)際產(chǎn)量達(dá)到180MW，年增幅超過300%，遠(yuǎn)高于行業(yè)內(nèi)的增長速度，顯示了極強(qiáng)的發(fā)展勢頭，近期，CIGS小面積電池效率又創(chuàng)造了新的記錄，達(dá)到了20.1%，與主流產(chǎn)品多晶硅的效率相差無幾，盡管如此，CIGS薄膜電池的研究并未終止，人們還在提高效率、降低成本、改進(jìn)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的方向上探索前進(jìn)。
CIGS薄膜電池對高效電池的最大貢獻(xiàn)莫過于對吸收層CIGS材料的成膜機(jī)理、導(dǎo)電機(jī)制等基礎(chǔ)物理問題的科學(xué)認(rèn)識和器件結(jié)構(gòu)中各層薄膜的合理組合。我國南開大學(xué)、內(nèi)蒙古大學(xué)、云南師范大學(xué)、地質(zhì)大學(xué)等單位于20世紀(jì)80年代中期開展了CIGS薄膜材料和太陽能電池的研究，但是由于技術(shù)條件等等原因，進(jìn)展緩慢。直至2002年南開大學(xué)獲得國家“863”能源技術(shù)領(lǐng)域的后續(xù)能源技術(shù)項(xiàng)目支持，才使得國內(nèi)對于CIGS薄膜太陽能電池的研究達(dá)到一定國際水平。
現(xiàn)階段CIGS薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)化的真空制備方法主要有兩種，即共蒸發(fā)法和濺射后硒化法，但該兩種方法各有其難點(diǎn)，共蒸法的主要問題在于要在一個(gè)真空腔體內(nèi)安裝三個(gè)蒸發(fā)溫度都超過1000℃的金屬線性蒸發(fā)源，并且溫度獨(dú)立可控不受其他熱源影響，尤其是銅元素，蒸發(fā)溫度高達(dá)1300℃，而且蒸發(fā)時(shí)易濺散，極難控制。另蒸發(fā)時(shí)襯底處于加熱500℃以上的環(huán)境下，而硒元素源蒸發(fā)溫度只有200℃，要控制其不受高溫影響具有極強(qiáng)的挑戰(zhàn)性。而后硒化法的后硒化過程一般在高溫非真空的條件下實(shí)現(xiàn)，其穩(wěn)定性，可靠性和重復(fù)性一直是公認(rèn)的難點(diǎn)，同時(shí)后硒化使用劇毒氣體也是難以解決的問題。
雖然有著上述結(jié)構(gòu)、材料和工藝的復(fù)雜性，CIGS光伏組件產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化的進(jìn)程相對比較緩慢，但是電池優(yōu)異的光電特性始終是各國科學(xué)家們不懈努力追求的目標(biāo)，激勵(lì)科學(xué)家們在光電材料和器件物理方面不斷取得新的突破，使得CIGS光伏組件與其他薄膜電池同步發(fā)展、同步提高，這是CIGS薄膜電池產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化的基礎(chǔ)前提。
目前，國際上CISG薄膜太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化進(jìn)行已經(jīng)開始，如日本的ShowaShell公司的小組件（300×300mm）效率已經(jīng)達(dá)到15.2%，只比小面積電池世界紀(jì)錄地4.7個(gè)百分點(diǎn)，該公司2008年得產(chǎn)能就達(dá)到了80MW。 我們可以預(yù)計(jì)，一個(gè)CIGS光伏產(chǎn)業(yè)的輝煌時(shí)代即將到來。
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