铜铟镓硒薄膜太阳能电池的现状及未来

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1、太阳库专注为您建光伏电站http://www.solarstock.cn/　　铜铟镓硒薄膜太阳能电池的现状及未来　　学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，第三代太阳能电池就是铜铟镓硒CIGS(CIS中掺入Ga)等化合物薄膜太阳能电池及薄膜Si系太阳能电池。　　铜铟镓硒薄膜太阳能电池是多元化合物薄膜电池的重要一员，由于其优越的综合性能，已成为全球光伏领域研究热点之一。本文阐述了铜铟镓硒薄膜太阳能电池的特性和竞争优势;介绍了国内外在铜铟镓硒薄膜太阳能电池领域的研究现状;最后探讨了铜铟镓硒薄膜太阳能电池的应用展望。　　关

2、键词：太阳能电池;薄膜;铜铟镓硒;展望　　近几年，世界各国加速发展各种可再生能源替代传统的化石能源，以解决日益加剧的温室效应、环境污染和能源枯竭等全球危机。作为理想的清洁能源，太阳能永不枯竭，正成为当今世界最具发展潜力的产业之一。目前，太阳能电池市场主要产品是单晶硅和多晶硅太阳能电池，占市场总额的80%以上。由于晶硅电池的高成本和生产过程的高污染，成本更低、生产过程更加环保的薄膜太阳能电池得到快速发展。现阶段，有市场前景的薄膜太阳能电池有3种，分别是非晶硅、碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒(CuInGaSe2,一般简称CIGS)薄膜太阳能电池。作为直接带隙化合物半导体，铜铟镓硒吸收层吸收系数高达太

3、阳库专注为您建光伏电站http://www.solarstock.cn/105cm-1，转化效率是所有薄膜太阳能电池中最高的，已成为全球光伏领域研究热点之一，即将成为新一代有竞争力的商业化薄膜太阳能电池。　　1、铜铟镓硒薄膜太阳能电池的特性和竞争优势　　太阳能电池的材料一般要求主要包括：半导体材料的禁带宽度适中;光电转化效率比较高;材料制备过程和电池使用过程中，不存在环境污染;材料适合规模化、工业化生产，且性能稳定。经过数十年电子工业的研究发展，作为半导体材料硅的提炼、掺杂和加工等技术已经非常成熟，所以，现在的商品太阳能电池主要硅基的。但是，硅是间接带隙半导体材料，在保证电池一定转化效率前提下

4、，其吸收层厚度一般要求150～300微米以上，理论极限效率为29%，按目前技术路线，提升效率的难度已经非常巨大。同时考虑到加工过程近40%的材料损耗，材料成本是硅太阳能电池的最主要构成。另外，其材料生产过程的高温提炼、高温扩散导致其制备过程能耗高，这使其能量偿还周期长，整体成本高。尽管经过近几年的规模化发展，市场价格得到大幅下降，其每瓦成本仍高于2美元。如果再考虑到其制备过程的高污染，更增加了其环境治理社会成本，这些都严重制约了其竞争优势。相比较，薄膜太阳能电池具有较大的成本下降空间，同时它能够以多种方式嵌入屋顶和墙壁，非常适合光电一体化建筑和大型并网电站项目。在这种情况下，薄膜太阳能电池引起

5、了人们的重视，近几年成了科技工作者的研究重点。从全球范围来看，光伏产业近期仍将以太阳库专注为您建光伏电站http://www.solarstock.cn/高效晶体硅电池为主。但向薄膜太阳能电池和各种新型太阳能电池等低成本、低能耗、低污染的方向过渡已经成为光伏产业发展的必然趋势。目前，国际主要光伏企业已经放缓了对晶体硅太阳能电池产能的扩张，我国已经出台相应政策，抑制晶硅行业的盲目扩张。　　技术比较成熟，且有发展潜力的薄膜太阳能电池有3种，分别是非晶硅(a-Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟硒(CuInSe2,一般简称CIS)/铜铟镓硒(CuInGaSe2,一般简称CIGS)。经过几年的快速发展，单

6、结非晶硅薄膜电池的效率达到7%左右,但是，其光致衰减现象还一直没能解决，相同功率条件下，需要更大的安装面积和成本。在此情况下，近年发展的微晶硅多结电池效率已经达到了10%，同时也部分克服了其衰减问题，所以，其必将在未来太阳能市场占有重要地位。CdTe薄膜电池的实验室效率可以达到16%,组件效率达到10%，缺点是Cd是重金属元素,会对环境和人体带来危害。但是，它的制备工艺简单，成本很低，可以满足一定区域的实际利用，也会在未来光伏市场占有一定的份额。铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池具有多层膜结构(图1)，包括金属栅状电极、减反射膜、窗口层(ZnO)、过渡层(CdS)、光吸收层(CIGS)、金属背

7、电极(Mo)、玻璃衬底等。其中，吸收层CIGS是(化学式CuInGaSe2)由四种元素组成的具有黄铜矿结构的化合物半导体，是薄膜电池的关键材料。太阳库专注为您建光伏电站http://www.solarstock.cn/图1CIGS薄膜太阳能电池层状结构　　相比较其它太阳能电池，CIGS竞争优势有以下6点:①通过掺入适量Ga替代部分同族的In,通过调节Ga/(Ga+In)可以调节CIGS的禁带能隙，