cigs电池前景.docVIP

铜铟镓硒(Culn，一Gase，简称CIGS)薄膜太阳电池成本低、性能稳定、抗辐射能力强，其光电转换效率是目前各种薄膜太阳电池之首，光谱响应范围宽，被国际上称为下一时代最有前途的廉价太阳电池之一，有可能成为未来光伏电池的主流产品之一。由于CIGS电池是多元化合物半导体器件，具有复杂的多层结构和敏感的元素配比，对工艺和设备的要求非常严格。1CIGS薄膜电池的结构及特性铜铟镓硒(Culn，一Gase，简称CIGS)薄膜太阳电池成本低、性能稳定、抗辐射能力强，其光电转换效率是目前各种薄膜太阳电池之首，光谱响应范围宽，被国际上称为下一时代最有前途的廉价太阳电池之一，有可能成为未来光伏电池的主流产品之一。由于CIGS电池是多元化合物半导体器件，具有复杂的多层结构和敏感的元素配比，对工艺和设备的要求非常严格。本文将对CIGS薄膜电池的结构及特性、国内外发展现状、产业化水平，包括CIGS薄膜电池尤其是吸收层的主要制备工艺和技术关键作简单介绍和展望。CIGS太阳能电池的基本结构：玻璃衬底、(Mo)导电层、CIGS(或cIs)吸收层、(CdS)过渡层、(i-ZnO)异质结N型层、(n—ZnO)窗口层、(MgF2)防反射层和电极，如图1所示。Mo作为电池的底电极，要求具有比较好的结晶度和表面电阻；P—CIGS层作为光吸收层，要求所做出的半导体薄膜是P型的，且为黄铜矿结构；CdS作为缓冲层，降低i-ZnO与P．CIGS之间带隙的不连续性，解决CIS表面的不平整；n．ZnO(AZO)与Al电极构成欧姆接触；i-ZnO层与P．CIGS构成pn结，并且吸收短波太阳光。GIGS的带隙通过改变Ga和In的成分比例，从0．97eV的CIS到1．67eV的CGS。2CIGS薄膜电池的国内外研究现状美国国家可再生能源实验室(NationalRenewableEnergyLaboratory，简称NREL)采用共蒸发工艺，将CIGS的效率提升至19．9％，创下了薄膜太阳电池的世界记录。德国Hahn．MeitnerInstitute以及瑞典、日本、韩国的有关研究机构制备的CIGS电池效率也己超过17％。由美国能源部国家光伏中心(NcPV)与日本新能源和工业技术开发机构(NEDO)合作研制的无镉CIGS电池效率达到18．6％。日本的ShowaShell采用Zn(O，S，OH)作为缓冲层，3456cm2的组件效率达到13．4％，创造了无镉CIGS电池效率的世界纪录。为了减少铟、镓等昂贵材料的使用，降低电池成本，研究者开始了超薄电池的研究，减小吸收层的厚度。NREL在1wmCIGS吸收层的基础上制备电池效率最高为17．16％，吸收层厚度为0．75／．tm时，电池效率为12．5％；ShellSolar的CIGSS电池吸收层厚度为1m时，电池效率为12．8％；EPV的CIGS电池吸收层厚度仅为0．47p．m时，可得到9．9％的电池效率。采用柔性衬底也是CIGS薄膜电池的发展趋势之一。柔性衬底可以是不锈钢、钛、钼、铜片等金属，也可以是聚合物(聚酰亚胺)。采用柔性衬底可与卷绕技术相结合，大规模制备质量轻、可弯曲的电池。NREL采用共蒸发法，创造了不锈钢衬底上小面积电池效率世界纪录17．5％；德国Hahn—Meitner-Institute在钛衬底上共蒸发得到CIGS电池效率为16．2％；美国GlobalSolar公司0．4MW中试线生产不锈钢衬底上小面积电池效率为12．5％；ETH(SWI)采用共蒸发法在聚合物衬底上制得的CIGS电池效率为12．8％。国内的南开大学、内蒙古大学和云南师范大学等单位于上世纪80年代中期先后开展了CIS薄膜电池研究。目前包括中国电子科技集团公司第十八研究所、清华大学、华东师范大学、上海技术物理研究所、上海硅酸盐研究所、武汉大学和武汉理工大学在内的众多高校和研究所也都开展了CIS电池的研究。目前国内研究历史最久、水平最高的是南开大学。南开大学光电子薄膜器件与技术研究所高技术研究发展计划承担了国家重点课题“铜铟硒太阳能薄膜电池实验平台与中试线”，10×10cm2集成电池组件转换效率达到7．3％，1crn2电池最高光电转换效率为12．1％。转换效率在8％～1l％范围内的成品率达到85％以上；研究硫化锌(ZnS)薄膜替代硫化镉(cds)过渡层，应用于无镉铜铟硒太阳电池的研制，其转换效率已经超过11％，为产业化生产铜铟硒电池彻底消除镉污染奠定了基础；利用铜铟硒太阳电池试验平台条件进行技术扩展，研究杂质扩散与阻挡层结构，低温沉积铜铟镓硒薄膜材料结构与工艺技术，制备“不锈钢衬底铜铟硒电池”和“聚酰亚胺衬底铜铟硒电池”，转换效率分别达到l0．06％(1cm。)和6．02％(0．12cm2)。推动了国内CIS和CIGS太阳能电池的发展。目