銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池展望 新型光伏電池產(chǎn)品
銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池由于效率高、無(wú)衰退、抗輻射、壽命長(zhǎng)、成本低廉等特點(diǎn),是備受人們關(guān)注的一種新型光伏電池產(chǎn)品,經(jīng)過(guò)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(yáng)能電池中最高的,目前,美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室在玻璃襯底上利用共蒸發(fā)三步工藝制備出最高效率達(dá)19.9%的電池。2009年全球CIGS薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)能超過(guò)660MW,實(shí)際產(chǎn)量達(dá)到180MW,年增幅超過(guò)300%,遠(yuǎn)高于行業(yè)內(nèi)的增長(zhǎng)速度,顯示了極強(qiáng)的發(fā)展勢(shì)頭,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)品多晶硅的效率相差無(wú)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薄膜電池對(duì)高效電池的最大貢獻(xiàn)莫過(guò)于對(duì)吸收層CIGS材料的成膜機(jī)理、導(dǎo)電機(jī)制等基礎(chǔ)物理問(wèn)題的科學(xué)認(rèn)識(shí)和器件結(jié)構(gòu)中各層薄膜的合理組合。我國(guó)南開(kāi)大學(xué)、內(nèi)蒙古大學(xué)、云南師范大學(xué)、地質(zhì)大學(xué)等單位于20世紀(jì)80年代中期開(kāi)展了CIGS薄膜材料和太陽(yáng)能電池的研究,但是由于技術(shù)條件等等原因,進(jìn)展緩慢。直至2002年南開(kāi)大學(xué)獲得國(guó)家“863”能源技術(shù)領(lǐng)域的后續(xù)能源技術(shù)項(xiàng)目支持,才使得國(guó)內(nèi)對(duì)于CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的研究達(dá)到一定國(guó)際水平。 現(xiàn)階段CIGS薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化的真空制備方法主要有兩種,即共蒸發(fā)法和濺射后硒化法,但該兩種方法各有其難點(diǎn),共蒸法的主要問(wèn)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(guò)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。而后硒化法的后硒化過(guò)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)后硒化使用劇毒氣體也是難以解決的問(wèn)題。 雖然有著上述結(jié)構(gòu)、材料和工藝的復(fù)雜性,CIGS光伏組件產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化的進(jìn)程相對(duì)比較緩慢,但是電池優(yōu)異的光電特性始終是各國(guó)科學(xué)家們不懈努力追求的目標(biāo),激勵(lì)科學(xué)家們?cè)诠怆姴牧虾推骷锢矸矫娌粩嗳〉眯碌耐黄疲沟?/SPAN>CIGS光伏組件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(guó)際上CISG薄膜太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化進(jìn)行已經(jīng)開(kāi)始,如日本的ShowaShell公司的小組件(300×300mm)效率已經(jīng)達(dá)到15.2%,只比小面積電池世界紀(jì)錄地4.7個(gè)百分點(diǎn),該公司2008年得產(chǎn)能就達(dá)到了80MW。 我們可以預(yù)計(jì),一個(gè)CIGS光伏產(chǎn)業(yè)的輝煌時(shí)代即將到來(lái)。
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