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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-lime glass，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ARCO Solar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]。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（National Renewable Energy Laboratory）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 SS 17.5 CIGS（共蒸发） NREL Mo 11.7 CIGS（氧化物预制层，硒化） IEST[11] Cu 9.0 CIGS（电沉积预制层，硒化） CIS Solartechik[12] Ti 16.2 CIGS（共蒸发） HMI[13] Al 6.6 共蒸发CIGS ETH[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(0.92cm 2 )最高效率为 14.1%，小组件(约 10cm 2 )效率为 8%，不锈钢衬底电池最高转换效率 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 2.1 CIGS产业化发展历程 CIGS