CIGS薄膜

CIGS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(diǎn)。小樣品CIGS薄膜太陽能電池的最高轉(zhuǎn)化效率2010年8月刷新為20.3%，由德國太陽能和氫能研究機(jī)構(gòu)ZSW采用共蒸鍍法制備。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(shí)驗(yàn)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電池具有高效率和低材料成本的優(yōu)勢，但他也面臨三個(gè)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

ontent">銅銦鎵硒電池板

銅銦鎵硒太陽能電池板的制造

　　用交替濺射的方法制備銅銦鎵硒薄膜太陽能電池預(yù)置層。通過可變占空比的電源控制器實(shí)現(xiàn)對Cu/Ga合金靶以及In靶濺射時(shí)間的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對最后元素配比的控制。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)濺射周期中，Cu/Ga合金靶濺射時(shí)間對最后成分影響最大，其次是In靶濺射時(shí)間，非濺射時(shí)間的長短對成分也有影響。交替濺射制備的銅銦鎵硒預(yù)置層經(jīng)過XRD檢測，合金相主要為Cu11In9。

　　“濺射金屬預(yù)制層再硒化、硫化”所生產(chǎn)的CIGS薄膜太陽電池是目前世界上技術(shù)最先進(jìn)、工業(yè)化生產(chǎn)最成熟的第二代光伏產(chǎn)品。CIGS薄膜是由銅、銦、硒等金屬元素組成的直接帶隙化合物半導(dǎo)體材料，其對可見光的吸收系數(shù)為所有薄膜電池材料中最高的，而原材料的消耗卻遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)晶體硅太陽電池。與高效率高成本的晶體硅太陽電池和低效率低成本的非晶硅太陽電池相比，CIGS太陽電池具有高效率低成本長壽命的多重優(yōu)勢，是最有希望降低光伏發(fā)電成本的高效薄膜太陽電池，并且它可以充分利用我國豐富的銦資源，是真正符合國家法規(guī)鼓勵條款的適合中國國情的可再生能源技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景。

銅銦鎵硒太陽能薄膜電池的構(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。

銅銦鎵硒太陽能電池板的應(yīng)用

　　銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有生產(chǎn)成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等特點(diǎn)，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，被國際上稱為“下一時(shí)代非常有前途的新型薄膜太陽電池”。此外，該電池具有柔和、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。

　　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(yùn)行。這必將加快CIGS的商業(yè)應(yīng)用。

　　銅銦鎵硒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。

晶硅PK薄膜的路線之爭

　　在光伏領(lǐng)域薄膜電池和晶硅電池兩大技術(shù)路線的爭論中，薄膜電池雖然轉(zhuǎn)換效率低，但在多晶硅價(jià)格一度高企的前提下，其成本相對低廉更具一定的優(yōu)勢，給薄膜電池帶來了發(fā)展良機(jī)。然而隨著多晶硅電池成本不斷下降，晶硅與薄膜誰會成為未來光伏領(lǐng)域的領(lǐng)跑者還未為可知。

　　目前全球范圍中CIGS薄膜制造商為數(shù)不少，但是大多數(shù)企業(yè)在該領(lǐng)域的設(shè)備研發(fā)都局限于實(shí)驗(yàn)室，并沒有實(shí)際的工藝生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。即使全球最大的CIGS制造商--日本SolarFrontier公司，雖然它的生產(chǎn)工藝是自己開發(fā)的，但也并沒有做技術(shù)轉(zhuǎn)移。而Manz公司是全球唯一一家可提供量產(chǎn)CIGS太陽能電池組件生產(chǎn)的設(shè)備供貨商，其獨(dú)家擁有的量產(chǎn)尺寸創(chuàng)新生產(chǎn)線，可將生產(chǎn)線快速轉(zhuǎn)移給CIGS太陽能電池組件生產(chǎn)商，以提供零距離的最新研發(fā)工藝并轉(zhuǎn)移給企業(yè)，這也就是Manz最大的特別之處。

　　目前，Manz公司量產(chǎn)的CIGS薄膜太陽能組件效率已達(dá)14.6%，尤其是去年Manz公司與ZSW共同研發(fā)的最新CIGS薄膜太陽能電池技術(shù)轉(zhuǎn)換效率達(dá)20.8%，首次超過了目前市面上廣泛使用的多晶硅太陽能電池的效率。雖然目前此項(xiàng)成果未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但從近幾年CIGS薄膜電池的效率提升的速度來看，相信CIGS很快能達(dá)到與多晶硅一致的量產(chǎn)效率水平。

CIGS的本土化之路：Manz交鑰匙方案

　　近期，某知名硅基薄膜太陽能公司無奈宣布在2014年底將結(jié)束硅薄膜業(yè)務(wù)的營運(yùn)，陸續(xù)關(guān)閉旗下子公司的硅薄膜產(chǎn)線，國內(nèi)一些企業(yè)也都放棄薄膜電池生產(chǎn)和研發(fā)。對于這一行業(yè)現(xiàn)象，專家評論認(rèn)為，其主要原因還是在技術(shù)方面，一般的硅基薄膜太陽能電池量產(chǎn)后最高效率最多10%，市場競爭力相當(dāng)?shù)?。加之近年來光伏產(chǎn)品價(jià)格下降厲害，給薄膜電池技術(shù)研發(fā)造成一定的壓力。

　　CIGS薄膜作為一種新技術(shù)，在市場成長上需要一定的時(shí)間，一個(gè)過程。而基于CIGS薄膜在行業(yè)中特有的優(yōu)勢，隨著更多的資本不斷進(jìn)入，這一產(chǎn)業(yè)也將不斷擴(kuò)大，其成本也會相應(yīng)降低。雖然目前CIGS薄膜電池在占全球光伏市場中只占1-2%的比例，但是未來幾年會得到迅速地增長。

　　Manz公司到現(xiàn)在已經(jīng)有10余年CIGS薄膜太陽能電池的生產(chǎn)的歷史，公司CIGS薄膜電池組件遍布世界各地，當(dāng)然主要市場還是在歐洲國家。從近兩年發(fā)展數(shù)據(jù)來看，CIGS薄膜電站并網(wǎng)效果良好，年發(fā)電量反而比多晶硅組件電站高約10%。

　　在新技術(shù)方面，2013年Manz與合作伙伴一起利用共蒸發(fā)工藝，創(chuàng)造了CIGS薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)換效率20.8%的世界新紀(jì)錄，而采用Manz CIGSfab解決方案的用戶將可獨(dú)家享受這項(xiàng)創(chuàng)世界紀(jì)錄的專有技術(shù)所帶來的優(yōu)勢。