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铜铟镓硒薄膜太阳能电池的现状及未来

2013-11-12 10:36来源:OFweek太阳能光伏网关键词:CIGS薄膜电池碲化镉薄膜太阳能电池薄膜电池收藏点赞

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CIGS国内发展现状

自“六五”以来,我国政府一直把研究开发太阳能作为可再生能源技术的重要组成部分而列入国家科技攻关计划,大大推动了我国太阳能技术和产业的发展。但与世界发达国家相比,我国在这一领域研究与应用力度和规模还比较落后。在2002年以前,我国(不含台湾、港澳)所有的太阳电池年产量不足5MWp,主要市场还局限在通讯领域,管道防腐保护和偏远乡村供电等。2002年之后,在“西部省区无电乡通电计划”、“金太阳示范工程”等一系列政策的激励下,我国的光伏产业成为快速发展的产业之一。2008年,我国光伏产业产值已超千亿元。其中,光伏组件的产能约为2000MWp,首次超过德国,位居世界第一,产品95%以上出口海外。到2009年底,我国光伏发电累计装机量约300MW,比2008年增长114%。

经过近20年的努力,我国在光伏发电技术的研究方面,开发储备了一定的技术基础,先后在实验室制备出了晶硅高效电池,多晶硅电池,非晶硅电池,以及CdTe和CIGS等等。国内最早开展CIGS研究的是南开大学,先后承担了国家“十五”“863”等重点课题。在“铜铟硒太阳能薄膜电池实验平台与中试线”和天津市的支持下,南开大学光电子薄膜器件与技术研究所的研究取得了关键性突破,其采用共蒸发法制备的CIS薄膜电池效率在2003年达到了12.1%。2008年12月,位于天津滨海新区的“国家863铜铟硒薄膜太阳电池中试基地”研制出29×36cm2的CIGS太阳电池组件,转换效率达到7%。最近几年,国内也有一些单位,如清华大学、北京大学、华东师范大学等,也在开展CIS、CIGS薄膜太阳能电池制备工艺方面的研究工作,但是整体水平与国外的差距是非常大的。

3、CIGS薄膜太阳能电池应用展望

CIGS薄膜太阳能电池的底电极Mo和上电极n-ZnO一般采用磁控溅射的方法,工艺路线比较成熟。最关键的吸收层的制备必须克服许多技术难关,目前主要方法包括:共蒸发法、溅射后硒化法、电化学沉积法、喷涂热解法和丝网印刷法等。现在研究最广泛、制备出电池效率比较高的是共蒸发和溅射后硒化法,被产业界广泛采用。

本征缺陷、杂质、错配等均可影响CIGS材料的性能。制备性能优良的CIGS太阳能电池,要尽量提高电池器件短路电流、开路电压、包括填充因子等。由于CIGS吸收层优异的光电特性,其短路电流一般可达30~40mA/cm2,决定短路电流的另一个主要因素就是电池器件的串联电阻,主要由上下电极的体电阻,各层接触电阻构成。制备器件工艺中,主要需要优化Mo电极、低阻ZnO的制备工艺,包括各层之间的匹配。

作为异质结薄膜太阳能电池,控制其结特性将是制备高效电池核心。制备性能优良CIGS薄膜太阳能电池的关键是提高器件的开路电压。主要是尽可能减少器件的短路现象(漏电)。关键是要提高器件的并联电阻。影响并联电阻的主要因素有:电池内部缺陷、晶粒小、导致晶界过多、晶粒排列不紧密、层间晶格不匹配、复合中心多、电池周界的漏电流等。在制备器件中,主要是控制CIGS吸收层化学成分比,制备晶粒大、排列紧密、表面平整的吸收层;优化过渡层CdS、缓冲层高阻ZnO的制备工艺;避免杂质、缺陷引起的复合等。

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