CIGS太阳能电池

太阳能电池简介

　　太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。

　　太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟镓硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的太阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。其中铜铟镓硒太阳电池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，在实际应用上具有很大的优势，被国际上称为“下一时代非常有前途的新型薄膜太阳电池”。

CIGS太阳能电池简介

　　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太阳能电池的最高转化效率2013年10月刷新为20.8%，由德国太阳能和氢能研究机构ZSW采用同步蒸发法制备。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太阳能电池具有高效率和低材料成本的优势，但它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　

CIGS太阳能电池的构造

　　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。

CIGS电池的发展历史

　　70年代Bell实验室Shaly等人系统研究了三元黄铜矿半导体材料CIS的生长机理、电学性质及在光电探测方面的应用

　　1974年，Wagner利用单晶CIS研制出高效太阳能电池，制备困难制约了单晶CIS电池发展

　　1976年，Kazmerski等制备出了世界上第一个CIS多晶薄膜太阳能电池

　　80年代初，Boeing公司研发出转换效率高达9.4%的高效CIS薄膜太阳能电池

　　80年代期间，ARCO公司开发出两步（金属预置层后硒化）工艺，方法是先溅射沉积层Cu、In层，然后再在H2Se中退火反应生成CIS薄膜，转换效率也超过10%

　　1994年，瑞典皇家工学院报道了面积为0.4平方厘米效率高达17.6%的CIS太阳能电池

　　90年代后期，美国可再生能源实验室（NREL）一直保持着CIS电池的最高效率纪录，并于1999年，将Ga代替部分In的CIGS太阳能电池的效率达到了18.8%，2008年更提高到19.9%

　　2010年8月，德国太阳能和氢能研究机构ZSW采用共蒸镀法制备出的小样品CIGS太阳能电池，转换效率达到20.3%

　　2013年，ZSW研究员将CIGS薄膜太阳能电池的效率提高到了20.8%。这一数字创下薄膜太阳能电池光电转换效率新纪录。薄膜电池效率第一次超过了主导市场的多晶硅太阳能电池

CIGS太阳能电池的前景及应用

  CIGS太阳能电池的前景

　　最近几年，原子层沉积技术（ALD）快速发展，它是一种类似CVD的化学沉积制备薄膜的方法。主要优点是制备的薄膜更加致密，缺陷更少，对衬底表面没有任何要求。如果用这种方法制备CIGS太阳能电池的缓冲层ZnS,不仅可以实现电池的无镉化，避免废水处理等不利因素，还可以实现电池制备工艺的流水化。整个工艺过程可以实现全真空化，提高电池转换效率，同时可以提高电池的生产效率。按照这一技术路线，电池组件的效率有希望达到15%到18%的水平。IBM公司的研究部门正在开发常温下制造CIGS太阳能电池的工艺，光电转换效率的目标也在15%以上，随着技术的发展和研究的深入，CIGS电池的性能将会快速提高，成为未来薄膜太阳能组件的主流产品。

  CIGS太阳能电池的应用

　　CIGS太阳能电池具有柔和、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。CIGS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。

　　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。

相关生产及设备制造企业

       汉能控股集团；MANZ集团

　　MANZ集团，又名：亚智。总公司位于德国罗伊特林根城，是一家全球领先的高科技设备制造商。1987年成立的Manz公司，涵盖的技术领域包含自动化、激光工艺、真空镀膜、电极印刷、测试与检测及化学湿制程，这些核心技术将应用于Manz在“显示器”、“太阳能”及“电池”三大策略领域的技术扩展，并将在未来持续向前發展。

　　2010年夏季，Manz与Würth Solar于德国Schwbisch Hall签订了一项共同合作协议，该协议授权Manz独家获得薄膜太阳能模块的CIGS专有技术。在2012年1月完成收购其CIGS太阳能模组创新生产线后，CIGS技术执照将会无限制地全数转移。正因为这一协议，Manz是全球唯一可供应完整可量产并获利的CIGS太阳能电池组件交钥匙生产线制造商。此外，Manz拥有全球产业最大的CIGS专家团队可供调度支配。