中國(guó)粉體網(wǎng)訊 目前，光伏市場(chǎng)主要由傳統(tǒng)晶體硅太陽(yáng)能電池組成，實(shí)驗(yàn)室最高效率已經(jīng)非常接近其理論最高值，進(jìn)一步提高效率從而降低成本變得越來越難；而且，目前硅電池組件存在易碎、易產(chǎn)生隱形裂紋、重量大、攜帶不便、抗震能力差等潛在缺點(diǎn)。
無機(jī)半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池，使用極�。s幾個(gè)微米）的薄膜作為吸收層，不僅能有效克服上述缺點(diǎn)，而且大大節(jié)省了原料使用成本。比如，銅銦鎵硒（Cu（In，Ga）Se2，CIGS）薄膜可以直接沉積在各種基材上，襯底材料除可以使用廉價(jià)的蘇打-石灰玻璃襯底外，也可以使用其他柔性金屬襯底，如不銹鋼箔、金屬鈦箔、鉬箔、銅帶、鋁箔和聚酰亞胺等，這比生長(zhǎng)和切片硅所需的能量更低。
CIGS薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖
CIGS太陽(yáng)能電池典型結(jié)構(gòu)由鈉鈣玻璃/Mo背電極/CIGS/CdS/i-ZnO/TCO(ZnO,Al)/MgF2/鎳鋁電極組成。玻璃襯底通常使用鈉鈣玻璃，其次在玻璃襯底上沉積一層Mo作為背電極，Mo金屬薄膜具有高光反射性和低電阻特性，有利于提升器件性能。緩沖層CdS可用來緩解ZnO與CIGS吸收層之間能帶上的不連續(xù)。透明導(dǎo)電膜要求低電阻、高透光率，但ZnO本身是高電阻材料，因此外加鋁摻雜氧化鋅(ZnO,Al)層改善其電學(xué)性能。MgF2為減反層，用來減少太陽(yáng)光的反射，增加透射。最后，鍍上鎳／鋁金屬作為頂層電極。
CIGS薄膜作為吸收層是CIGS太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵材料，但是由于四種元素組成，對(duì)元素配比敏感，由于多元晶格結(jié)構(gòu)、多層界面結(jié)構(gòu)、缺陷及雜質(zhì)等增加了制備技術(shù)的難度。
CIGS薄膜在450-600ºC之間生長(zhǎng)，以獲得高質(zhì)量的吸收層。盡管沉積方法種類繁多，但在實(shí)驗(yàn)室小面積和大規(guī)模生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位的方法很少。這些沉積方法可分為三大類，即（a）共蒸發(fā)，（b）磁控濺射金屬預(yù)制層后硒化/硫化，（c）非真空沉積技術(shù)。
多元共蒸發(fā)法是沉積CIGS薄膜使用最廣泛也是最成功的方法，用這種方法成功地制備了高效率CIGS太陽(yáng)電池。Cu、In、Ga和Se蒸發(fā)源提供成膜時(shí)需要的四種元素。原子吸收譜和x射線熒光等技術(shù)分別用來實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)蒸發(fā)源的蒸發(fā)速率及薄膜成分等，對(duì)薄膜生長(zhǎng)進(jìn)行精確控制。
磁控濺射金屬預(yù)制層后硒化法是在覆有Mo電極的玻璃上磁控濺射沉積Cu-In-Ga金屬預(yù)制層，硒化處理得到p型CIGS吸收層。硒化工藝是金屬預(yù)制層形成CIGS薄膜的晶體生長(zhǎng)過程。由于薄膜的形貌、晶粒大小、組分和結(jié)晶度幾乎都是在這一步中決定的，因此精確控制溫度、氣壓、保溫時(shí)間和氣體濃度等工藝參數(shù)對(duì)于獲得具有理想的薄膜至關(guān)重要。
對(duì)于實(shí)驗(yàn)室小面積電池，重點(diǎn)是精確控制CIGS薄膜成分和電池效率。對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)來說，除了效率之外，低成本、重現(xiàn)性、高產(chǎn)出和工藝兼容度都是非常重要。
薄膜太陽(yáng)電池生產(chǎn)對(duì)設(shè)備的精度和穩(wěn)定性要求較高，且設(shè)備復(fù)雜昂貴，尤其是關(guān)鍵設(shè)備，更是高達(dá)上千萬美元，長(zhǎng)期以來一直被歐洲、美國(guó)和日本的企業(yè)壟斷，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化瓶頸較為明顯。
目前，CIGS薄膜太陽(yáng)能電池商業(yè)化的主要挑戰(zhàn)是將實(shí)驗(yàn)室技術(shù)擴(kuò)大到工業(yè)生產(chǎn)，同時(shí)保持高效率。此前，最大的實(shí)驗(yàn)室效率（23.35%）與商業(yè)組件效率（19.2%）這兩者之間存在較大差距。
2021年，經(jīng)美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）測(cè)試證實(shí)，中國(guó)建材集團(tuán)所屬凱盛科技德國(guó)Avancis公司生產(chǎn)的30x30平方厘米銅銦鎵硒（CIGS）太陽(yáng)能電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19.64%，打破了銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池組件光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄，標(biāo)志著凱盛科技不斷突破CIGS薄膜組件的系列技術(shù)瓶頸，不斷提高組件界面工程技術(shù)水平，為工業(yè)化量產(chǎn)和規(guī)�；a(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
近日，據(jù)媒體報(bào)道，中建材玻璃新材料研究總院所屬德國(guó)阿旺西斯公司生產(chǎn)的30×30平方厘米銅銦鎵硒(CIGS)太陽(yáng)能電池組件，以20.3%的光電轉(zhuǎn)換效率再次刷新世界紀(jì)錄，成為世界首個(gè)突破光電轉(zhuǎn)換效率20%水平的薄膜光伏組件。
中建材玻璃新材料研究總院有關(guān)負(fù)責(zé)人說，20.3%的光電轉(zhuǎn)換效率筑牢了中國(guó)銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池組件在全球新能源領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，將為世界范圍內(nèi)的可再生能源轉(zhuǎn)型作出重要貢獻(xiàn)。
參考來源：
陶加華等：銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池研究進(jìn)展和挑戰(zhàn)
丁蘇瑩等：銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池性能提升方法
凱盛科技、蚌埠日?qǐng)?bào)。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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