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),是近兩年來備受人們關(guān)注新型太陽能電池產(chǎn)品之一,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)三道制程制備出最高效率達(dá)19.9%??的電池。
2009年全球CIGS薄膜太陽能電池產(chǎn)能超過660 MW,實(shí)際產(chǎn)量達(dá)到180 MW,年增幅超過300%,遠(yuǎn)高于產(chǎn)業(yè)中的成長速度,顯示了具有強(qiáng)大的爆發(fā)力,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)品結(jié)晶矽的效率相差無幾,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薄膜太陽能電池對高效電池的最大貢獻(xiàn)莫過于對吸收層CIGS材料的成膜方式及導(dǎo)電機(jī)制等基礎(chǔ)物理問題的科學(xué)認(rèn)識和元件結(jié)構(gòu)中各層薄膜的搭配組合。臺灣這幾年臺、清、交、成等知名大學(xué)都紛紛投入研究CIGS,在這當(dāng)中也包含了工研院,以及產(chǎn)業(yè)界中的錸德、新能等企業(yè)研發(fā)高效率低成本的CIGS電池,以等待其爆發(fā)時(shí),能在市場上占一席之地。
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,即共蒸鍍法和濺鍍硒化法,但該兩種方法各有其難點(diǎn),共蒸鍍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。而硒化法的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)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)、材料和制程的復(fù)雜性,CIGS太陽能電池產(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)家們在光電材料和元件物理方面不斷取得新的突破,使得CIGS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公司的小面積(300×300 mm)效率已經(jīng)達(dá)到15.2%,只比小面積結(jié)晶矽電池的世界紀(jì)錄低4.7個(gè)百分點(diǎn)。
2009年全球CIGS薄膜太陽能電池產(chǎn)能超過660 MW,實(shí)際產(chǎn)量達(dá)到180 MW,年增幅超過300%,遠(yuǎn)高于產(chǎn)業(yè)中的成長速度,顯示了具有強(qiáng)大的爆發(fā)力,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)品結(jié)晶矽的效率相差無幾,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薄膜太陽能電池對高效電池的最大貢獻(xiàn)莫過于對吸收層CIGS材料的成膜方式及導(dǎo)電機(jī)制等基礎(chǔ)物理問題的科學(xué)認(rèn)識和元件結(jié)構(gòu)中各層薄膜的搭配組合。臺灣這幾年臺、清、交、成等知名大學(xué)都紛紛投入研究CIGS,在這當(dāng)中也包含了工研院,以及產(chǎn)業(yè)界中的錸德、新能等企業(yè)研發(fā)高效率低成本的CIGS電池,以等待其爆發(fā)時(shí),能在市場上占一席之地。
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,即共蒸鍍法和濺鍍硒化法,但該兩種方法各有其難點(diǎn),共蒸鍍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。而硒化法的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)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)、材料和制程的復(fù)雜性,CIGS太陽能電池產(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)家們在光電材料和元件物理方面不斷取得新的突破,使得CIGS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公司的小面積(300×300 mm)效率已經(jīng)達(dá)到15.2%,只比小面積結(jié)晶矽電池的世界紀(jì)錄低4.7個(gè)百分點(diǎn)。