CIGS太陽能電池

太陽能電池簡介

　　太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的實施太陽能電池則還處于萌芽階段。

　　太陽能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電于轉(zhuǎn)換反應(yīng)，根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：1、硅太陽能電池；2、以無機鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、銅銦鎵硒等多元化合物為材料的電池；3、功能高分子材料制備的太陽能電池；4、納米晶太陽能電池等。其中銅銦鎵硒太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率居各種薄膜太陽能電池之首，接近晶體硅太陽電池，而成本則是晶體硅電池的三分之一，在實際應(yīng)用上具有很大的優(yōu)勢，被國際上稱為“下一時代非常有前途的新型薄膜太陽電池”。

CIGS太陽能電池簡介

　　CIGS是太陽能薄膜電池CuInxGa(1-x)Se2的簡寫，其具有穩(wěn)定性好、抗輻照性能好、成本低、效率高等優(yōu)點。小樣品CIGS太陽能電池的最高轉(zhuǎn)化效率2013年10月刷新為20.8%，由德國太陽能和氫能研究機構(gòu)ZSW采用同步蒸發(fā)法制備。大面積電池組件轉(zhuǎn)化效率及產(chǎn)量根據(jù)各公司制備工藝不同而有所不同，一般在10%~15%范圍內(nèi)。我國CIGS薄膜技術(shù)還處于實驗室階段，南開大學(xué)光電子研究所在CIGS研究上處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到13%以上。

　　雖然CIGS太陽能電池具有高效率和低材料成本的優(yōu)勢，但它也面臨三個主要的問題：（1）制程復(fù)雜，投資成本高（2）關(guān)鍵原料的供應(yīng)不足（3）緩沖層CdS具有潛在的毒性　

CIGS太陽能電池的構(gòu)造

　　襯底為覆有Mo層的鈉鈣玻璃，一般采用直流磁控濺射法沉積Mo鉬作為支持層。而CIGS薄膜的生長則采用三步共蒸發(fā)。再采用水浴法沉積CdS薄膜，接著濺射雙層的ZnO薄膜，再用電子束蒸發(fā)制備Ni/Al電極，最后上面再覆蓋一層增透膜MgF2。

CIGS電池的發(fā)展歷史

　　70年代Bell實驗室Shaly等人系統(tǒng)研究了三元黃銅礦半導(dǎo)體材料CIS的生長機理、電學(xué)性質(zhì)及在光電探測方面的應(yīng)用

　　1974年，Wagner利用單晶CIS研制出高效太陽能電池，制備困難制約了單晶CIS電池發(fā)展

　　1976年，Kazmerski等制備出了世界上第一個CIS多晶薄膜太陽能電池

　　80年代初，Boeing公司研發(fā)出轉(zhuǎn)換效率高達(dá)9.4%的高效CIS薄膜太陽能電池

　　80年代期間，ARCO公司開發(fā)出兩步（金屬預(yù)置層后硒化）工藝，方法是先濺射沉積層Cu、In層，然后再在H2Se中退火反應(yīng)生成CIS薄膜，轉(zhuǎn)換效率也超過10%

　　1994年，瑞典皇家工學(xué)院報道了面積為0.4平方厘米效率高達(dá)17.6%的CIS太陽能電池

　　90年代后期，美國可再生能源實驗室（NREL）一直保持著CIS電池的最高效率紀(jì)錄，并于1999年，將Ga代替部分In的CIGS太陽能電池的效率達(dá)到了18.8%，2008年更提高到19.9%

　　2010年8月，德國太陽能和氫能研究機構(gòu)ZSW采用共蒸鍍法制備出的小樣品CIGS太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20.3%

　　2013年，ZSW研究員將CIGS薄膜太陽能電池的效率提高到了20.8%。這一數(shù)字創(chuàng)下薄膜太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率新紀(jì)錄。薄膜電池效率第一次超過了主導(dǎo)市場的多晶硅太陽能電池

CIGS太陽能電池的前景及應(yīng)用

  CIGS太陽能電池的前景

ontent">　　最近幾年，原子層沉積技術(shù)（ALD）快速發(fā)展，它是一種類似CVD的化學(xué)沉積制備薄膜的方法。主要優(yōu)點是制備的薄膜更加致密，缺陷更少，對襯底表面沒有任何要求。如果用這種方法制備CIGS太陽能電池的緩沖層ZnS,不僅可以實現(xiàn)電池的無鎘化，避免廢水處理等不利因素，還可以實現(xiàn)電池制備工藝的流水化。整個工藝過程可以實現(xiàn)全真空化，提高電池轉(zhuǎn)換效率，同時可以提高電池的生產(chǎn)效率。按照這一技術(shù)路線，電池組件的效率有希望達(dá)到15%到18%的水平。IBM公司的研究部門正在開發(fā)常溫下制造CIGS太陽能電池的工藝，光電轉(zhuǎn)換效率的目標(biāo)也在15%以上，隨著技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，CIGS電池的性能將會快速提高，成為未來薄膜太陽能組件的主流產(chǎn)品。

  CIGS太陽能電池的應(yīng)用

　　CIGS太陽能電池具有柔和、均勻的黑色外觀，是對外觀有較高要求場所的理想選擇，如大型建筑物的玻璃幕墻等，在現(xiàn)代化高層建筑等領(lǐng)域有很大市場。CIGS太陽能電池板也可做成柔性，其均勻的顏色和穩(wěn)定的性能，更加適合與建筑一體化的應(yīng)用。

　　銅銦鎵硒電站的建設(shè)已經(jīng)達(dá)到兆瓦級水平，據(jù)瑞士的SolarMax光伏并網(wǎng)逆變器公司提供的資料，2008年9月在西班牙建成了的3.24兆瓦銅銦鎵硒電站，并成功運行。這必將加快CIGS的商業(yè)應(yīng)用。

相關(guān)生產(chǎn)及設(shè)備制造企業(yè)

       漢能控股集團(tuán)；MANZ集團(tuán)

　　MANZ集團(tuán)，又名：亞智。總公司位于德國羅伊特林根城，是一家全球領(lǐng)先的高科技設(shè)備制造商。1987年成立的Manz公司，涵蓋的技術(shù)領(lǐng)域包含自動化、激光工藝、真空鍍膜、電極印刷、測試與檢測及化學(xué)濕制程，這些核心技術(shù)將應(yīng)用于Manz在“顯示器”、“太陽能”及“電池”三大策略領(lǐng)域的技術(shù)擴(kuò)展，并將在未來持續(xù)向前發(fā)展。

　　2010年夏季，Manz與Würth Solar于德國Schwbisch Hall簽訂了一項共同合作協(xié)議，該協(xié)議授權(quán)Manz獨家獲得薄膜太陽能模塊的CIGS專有技術(shù)。在2012年1月完成收購其CIGS太陽能模組創(chuàng)新生產(chǎn)線后，CIGS技術(shù)執(zhí)照將會無限制地全數(shù)轉(zhuǎn)移。正因為這一協(xié)議，Manz是全球唯一可供應(yīng)完整可量產(chǎn)并獲利的CIGS太陽能電池組件交鑰匙生產(chǎn)線制造商。此外，Manz擁有全球產(chǎn)業(yè)最大的CIGS專家團(tuán)隊可供調(diào)度支配。