CIGS薄膜电池

CIGS简介

　　CIGS是太阳能薄膜电池CuInxGa(1-x)Se2的简写，其具有稳定性好、抗辐照性能好、成本低、效率高等优点。小样品CIGS薄膜太阳能电池的最高转化效率2010年8月刷新为20.3%，由德国太阳能和氢能研究机构ZSW采用共蒸镀法制备。大面积电池组件转化效率及产量根据各公司制备工艺不同而有所不同，一般在10%~15%范围内。我国CIGS薄膜技术还处于实验室阶段，南开大学光电子研究所在CIGS研究上处于国内领先水平，转换效率可达到13%以上。

　　虽然CIGS电池具有高效率和低材料成本的优势，但他也面临三个主要的问题：（1）制程复杂，投资成本高（2）关键原料的供应不足（3）缓冲层CdS具有潜在的毒性

铜铟镓硒电池板

铜铟镓硒太阳能电池板的制造

　　用交替溅射的方法制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池预置层。通过可变占空比的电源控制器实现对Cu/Ga合金靶以及In靶溅射时间的控制，进而实现对最后元素配比的控制。实验中发现，在一个溅射周期中，Cu/Ga合金靶溅射时间对最后成分影响最大，其次是In靶溅射时间，非溅射时间的长短对成分也有影响。交替溅射制备的铜铟镓硒预置层经过XRD检测，合金相主要为Cu11In9。

　　“溅射金属预制层再硒化、硫化”所生产的CIGS薄膜太阳电池是目前世界上技术最先进、工业化生产最成熟的第二代光伏产品。CIGS薄膜是由铜、铟、硒等金属元素组成的直接带隙化合物半导体材料，其对可见光的吸收系数为所有薄膜电池材料中最高的，而原材料的消耗却远低于传统晶体硅太阳电池。与高效率高成本的晶体硅太阳电池和低效率低成本的非晶硅太阳电池相比，CIGS太阳电池具有高效率低成本长寿命的多重优势，是最有希望降低光伏发电成本的高效薄膜太阳电池，并且它可以充分利用我国丰富的铟资源，是真正符合国家法规鼓励条款的适合中国国情的可再生能源技术，具有广阔的发展前景。

铜铟镓硒太阳能薄膜电池的构造　　

　　衬底为覆有Mo层的钠钙玻璃，一般采用直流磁控溅射法沉积Mo钼作为支持层。而CIGS薄膜的生长则采用三步共蒸发。再采用水浴法沉积CdS薄膜，接着溅射双层的ZnO薄膜，再用电子束蒸发制备Ni/Al电极，最后上面再覆盖一层增透膜MgF2。

铜铟镓硒太阳能电池板的应用

　　铜铟镓硒薄膜太阳电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等特点，光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首，接近晶体硅太阳电池，而成本则是晶体硅电池的三分之一，被国际上称为“下一时代非常有前途的新型薄膜太阳电池”。此外，该电池具有柔和、均匀的黑色外观，是对外观有较高要求场所的理想选择，如大型建筑物的玻璃幕墙等，在现代化高层建筑等领域有很大市场。

　　铜铟镓硒电站的建设已经达到兆瓦级水平，据瑞士的SolarMax光伏并网逆变器公司提供的资料，2008年9月在西班牙建成了的3.24兆瓦铜铟镓硒电站，并成功运行。这必将加快CIGS的商业应用。

　　铜铟镓硒太阳能电池板也可做成柔性，其均匀的颜色和稳定的性能，更加适合与建筑一体化的应用。

Manz：与CIGS薄膜电池迎春

　　目前全球唯一一家可提供量产出稳定且成熟的CIGS光伏组件的设备供货商是德国Manz公司，其量产CIGS薄膜组件效率已达14.6%。更令业界震惊的是，2013年Manz公司与ZSW共同研发的最新CIGS薄膜电池的转换效率达到20.8%，首次超过了目前市面上广泛使用的多晶硅太阳能电池的效率。依此而论，CIGS薄膜太阳能电池的“春天”为时不远了。

　　从发展前景上看，在未来一段时间，薄膜发电还有很大的提升空间和潜力。就中国而言，除了国家政策的支持，市场“蛋糕”本身还很大。根据国家统计局数据测算，到2020年，我国城乡房屋建筑面积约为890亿平方米，以东、南、西墙墙面积的15%、屋顶面积的10%计，直接市场规模超过10万亿元，间接市场规模达30万亿元，相当于我国汽车市场的3-5倍。即使按照10%的转化率和太阳能平均每年1300个发电小时计算，装机规模相当于368个葛洲坝或45个三峡，可替代全社会30%左右的年用电需求。而对于薄膜发电技术尤其是CIGS技术来说，凭借其独特的优势，在光伏建筑一体化（BIPV）领域是极具市场竞争力的。

　　此外，不得不提的是，多晶硅电池的硅原料多控制在德国、美国、日本手中，这也使得多晶硅电池过度依赖海外市场。反观以铜、铟、镓、硒为主要制造原材料的CIGS薄膜电池，四种原材料最大产地恰恰是在中国，技术所需的原料进口依赖性自然也就小多了。