CIGS是一種以CIS為主要材料的太陽能薄膜電池。CIS 是CuInSe 2 的縮�,是一種Ⅰ-�-Ⅵ族三元化合物半�(dǎo)體材料。由于它對可見光的吸收系�(shù)非常�,所以是制作薄膜太陽電池的優(yōu)良材�。CIGS是目前的三種主要薄膜電池(非�/微晶薄膜電池、CIGS 薄膜電池、CdTe 薄膜電池)中,最有優(yōu)�,前景最為明顯的�
1 CIGS 薄膜電池的低成本�(yōu)勢所在,相對于晶硅電池材料成本便� 薄膜電池相對于晶硅電池的�(yōu)勢在于成�,在前幾年多晶硅價格處于高位的時�,薄膜電池的成本�(yōu)勢更為明�。通過我們前面的分析也可以看出,即使在近期多晶硅大幅下降的情況下,薄膜電池的成本�(yōu)勢依然明�� CIGS 薄膜電池具備相對于晶硅電池的成本�(yōu)�,CIGS 電池采用了廉價的玻璃做襯底,采用濺射技�(shù)為制備的主要技�(shù),這樣Cu,In,Ga,Al,Zn 的耗損量很�。而對大規(guī)模工�(yè)生產(chǎn)而言,如能保持比較高的電池的效率,電池的價格以每瓦計算會比相�(yīng)的單晶硅和多晶硅電池的價格低得多� 另外,我們前面一直討論的是光伏電站的初始建站成本,實際薄膜電池的弱光效應(yīng)是其由于晶硅電池的另一大優(yōu)�。薄膜電池因為其弱光效應(yīng)�,每天工作時間遠(yuǎn)高于晶硅電池的工作時�,這補足了其發(fā)光效率相對較低的不足� 2 相對于其他薄膜電�,CIGS 薄膜電池�(zhuǎn)化效率高 市場一直對薄膜電池的轉(zhuǎn)化效率較低頗有擔(dān)�。CIGS 是目前所推廣的薄膜電池中�(zhuǎn)化效率的,目前實驗室�(zhuǎn)換效率可以達(dá)�19.9%。CIS 有很高的吸收�,在材料的微米可以吸�99%的可見光,所以是很有效的光伏材料。增加少量的鎵可以增加它的光吸收能帶,使它更貼近太陽光譜,改善光伏電池的電壓和效率。禁帶寬度適于太陽光的光電轉(zhuǎn)�;容易形成固溶體以控制禁帶寬度的特點。此外由于高吸光效率(�>104~105 �-1),所需光電材料厚度不需超過1μm�99%以上的光子均可被吸收� 3 相對于其他薄膜電�,性能�(wěn)�,無衰退 硅基薄膜電池的不�(wěn)定性集中體�(xiàn)在其能量�(zhuǎn)換效率隨輻照時間的延長而變�,直到數(shù)百或�(shù)千小時后才穩(wěn)�。而沒有光致衰退效應(yīng)(SWE)的半導(dǎo)體材料,光照會提� CIS 的轉(zhuǎn)換效�,因此此類太陽能電池的工作壽命長。無衰退是薄膜太陽能電池最為關(guān)注的性能指標(biāo),單�(jié)非晶硅薄膜電池的衰退�(dá)� 25%,非晶微晶疊層薄膜電池的衰退� 10%左右。CIS 薄膜電池沒有光致衰退效應(yīng),只可能出現(xiàn)由于不良封裝技�(shù)�(dǎo)致的不到10%的衰退影響,這一特點和晶硅電池相�� 多年戶外試驗表明 CIGS 薄膜太陽電池及其光伏組件具有非常的穩(wěn)定性。Siemens 太陽能公司對 CIS 組件�(jìn)行了 8 年的戶外測試,結(jié)果除� 1989�1990 年更換模擬器時電池效率稍有變動以外,其他時間電池的平均效率基本不變甚至有所增加。近年日本Showa Shell 公司�11 kW 的CIGS 電池方陣�(jìn)行了戶外測試,測試時間持�(xù) 3 �,結(jié)果表� CIGS 組件的效率沒有發(fā)�(xiàn)任何的衰減,再次證明了CIGS 電池的穩(wěn)定�� 4 最適合BIPV 的應(yīng)� 薄膜太陽能電池適合與建筑�(jié)合的光伏�(fā)電組�(BIPV):雙層玻璃封裝剛性的薄膜太陽能電池組�,可以根�(jù)需要,制作成不同的透光�,可以部分代替玻璃幕�,而不銹鋼和聚合物襯底的柔性薄膜太陽能電池適用于建筑屋�?shù)刃枰煨偷牟�?。將薄膜太陽能電�?yīng)用于城市大量的既有和待開�(fā)的建筑外立面和屋�,避免了�(xiàn)有玻璃幕墻的光污染問�,能代替建材,同時發(fā)電又節(jié)�,將成為未來城市利用光伏�(fā)電的主要方向�
銅銦鎵硒薄膜太陽能電池預(yù)置層是用交替濺射的方法制備的。通過可變占空比的電源控制器實�(xiàn)對Cu/Ga合金靶以及In靶濺射時間的控制,�(jìn)而實�(xiàn)對元素配比的控制。實驗中�(fā)�(xiàn),在一個濺射周期中,Cu/Ga合金靶濺射時間對成分影響,其次是In靶濺射時�,非濺射時間的長短對成分也有影響。交替濺射制備的銅銦鎵硒�(yù)置層�(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�(shù)、工�(yè)化生�(chǎn)最成熟的第二代光伏�(chǎn)��
采用電沉�,絲網(wǎng)印刷和噴涂熱解等技�(shù)均可以得到性能后優(yōu)異的CIGS太陽電池.其中一步電沉積,�(xù)蒸鍍�(diào)整計量比方法得到�15%的轉(zhuǎn)化效�;用預(yù)制的前驅(qū)物溶�,通過絲網(wǎng)印刷制備的太陽電池效率有13.6%;噴涂熱解法也�5%的轉(zhuǎn)化效�.這三種方法都還有提升效率的空�,意味著非真空低成本工藝可以制備高�(zhì)量的CIGS吸收層薄�.其簡�,快�,利用率高等優(yōu)點將有可能使得光伏發(fā)電在成本上能于火電和水電等傳�(tǒng)�(fā)電技�(shù)相競�,從而具有廣闊的�(yīng)用前�.
采用D /Max2IIIA型X射線衍射儀(日本, Rigaku)研究CIGS薄膜的微觀�(jié)�(gòu)性質(zhì)。利 用JSM25610LV型掃描電�( SEM)觀察CIGS� 膜的薄膜形貌,并利用掃描電鏡自帶能譜儀 ( EDS)測量CIGS薄膜中的Cu、In、Ga和Se� 子組分百分比,利用型號為HL5500 Hall效應(yīng) 測試系統(tǒng)(英國, Accent) ,采用范德�(Van derPauw)法在常溫下測試樣品的霍爾系數(shù)� 載流子遷移率、載流子濃度、電阻率��
1)原材料 In 的稀缺�。目前全球CIGS 薄膜電池的產(chǎn)能在300MW左右,所需要消耗的In 的數(shù)量為14 �,遠(yuǎn)低于目前In 材料的產(chǎn)出量。目前正在開展相�(guān)替代的吸收層材料研究,未來技�(shù)問題會得以解決�
2)Cd 的污染問�。無Cd 緩沖層的工藝是目前研�(fā)的重��