当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

CIGS Thin Film solar cell


铜铟镓硒薄膜太阳能电池

产生背景
早期雏形: ? 1974 年,Wagner 等人研究了 n 型硫化镉p 型铜铟硒太阳电池, 其光电转换效率高 达 12%左右。 ? 由于在早期研究中 CIS 太阳电池表现了优 异光电特性, 使各国科学家在随后的 20 多年里开展了广泛深入的研究。

发展历史
? 1976年,美国首

次研究成功CIS薄膜太阳电池,转换效率 达到6.6%。 ? 1982年,波音公司通过3元(Cu、In、Se)蒸发方法,制造 出了效率超过10%的薄膜电池。 ? 1983年,ArcoSolar公司提出——硒化法,该项技术具有 简单、廉价的特点,现在已经发展为制作CIS电池最重要的 技术。 ? 80年代后期,德国开发出了转换效率为11.1%的CIS电池, 这是转换效率首次超过10%。其稳定性好、耐空间辐射的 优良特性也逐渐得到行业的重视。 ? 90年代初,瑞典报道了效率为17.6%,面积0.4cm2的CIS 太阳电池,这是当时的世界记录。 到90年代末期,美国可再生能源实验室(NREL)将转化效率 提高到了18.8%,同时开始生产发电用CIGS太阳能电池组 件(40W),组件效率达到当时最高的12.1%。

? 到2001年,德国风险投资企业WurthSolar开始在 欧洲销售60cm×120cm的CIGS太阳能电池组件, 它是制备在钠玻璃基片上的。 ? 2000年,美国可再生能源研究所制备出亚微米级 (0.74μm)CIGS太阳能电池,效率达12%~13%, 更加显示出了铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池的性 价优势及广阔的市场前景。 ? 2003年,日本昭和壳牌石油公司开发的3459cm2 组件转换效率达到了13.4%。 ? 在2007年,美国可再生能源实验室,用三步共蒸 发法制备的铜铟镓硒薄膜太阳能电池,转化效率 达到了19.9%,这是单结薄膜太阳能电池的世界记 录。

? 薄膜电池2014.3.3 美国CIGS薄膜开发商Stion日前称,启 用可扩展工业生产,原型CIGS电池 (20cmx20cm)日前实现23.2%的转换效率。 其期待在其加州圣何塞中试线上,将 CIGS技术应用到效率为20-22%的单片组件 (65cmx165cm)上。

CIGS被称为第三代solar cell
? 学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发 展已经进入了第三代。 ? ? ? 第一代为单晶硅太阳能电池 第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池 第三代太阳能电池就是铜铟镓硒CIGS (CIS中掺入Ga)等化合物薄膜太阳能电池

? 成熟的晶体硅光电转化率为22% ? 多晶硅转化率为15% ? 非晶硅转化率为5%-8% ? 目前世界主要的CIGS薄膜太阳能电池生 产 ? 商业的转化率平均在11.7%-13%之间, 实验室最高转化率可达19.5%。 ? 目前,汉能集团通过海外技术并购和技术 整合创新,已经使得我国薄膜光伏技术达 到国际领先水平,其中铜铟镓硒(CIGS)组 件实验室转化率已达19.6%,量产转化率已 达15.7%。

市场份额
铜铟镓硒 带硅片硅 锑化镉 非晶硅

多晶硅

单晶硅

2007年各类太阳能电池比重

08年预测

CIGS电池的优势
? 1. 成本低;(成本则是晶体硅电池的1/3) ? 2. 转换效率高; (居各种薄膜太阳能电池之首接近晶体硅 太阳电池) ? 3.具有柔性; ? 4.易于大面积化; ? 5.耗能低; ? 6.污染小; ? 7.材料来源较广泛; ? 8.无光衰; ? 9.弱光性能好; ? 10.外观是柔和、均匀的黑色;(应用于大型建筑物的玻璃 幕墙、现代化高层建筑等领域)

产品优势性能

应用

视频

电池结构

结构: 由上到下依次为顶电极: 具有透明导电性的铝掺杂氧化锌, 缓冲层:本征氧化锌及硫化镉, 吸收层:铜铟镓硒薄膜, 背电极:金属钼 , 衬底:玻璃。

发电原理
阳光照在电池表面,穿 过顶电极, 缓冲层,被铜铟 镓硒吸收产生截流子,在内 建电场的作用下吸收层接近 硫化镉区域,不同电荷的载 流子分离,负电荷走向顶电 极,正电荷走向背电极,由 此,太阳能便源源不断地转 化为可供我们使用的电能。

制备方法

? 目前CIGS薄膜太阳能电池的制备方法有: 蒸镀法、硒化法、溅射法、丝网印刷法、 电沉积法、化学气相沉积法、分子束外延 法、喷涂热解法和涂布烧结法等

现在CIGS薄膜太阳能电池组件面积已经可以达到0.5平方 米以上,主要600mm×900mm和600mm×1200mm等规格。主要由各公 司不同设备条件决定。其组件生产工艺流程如图所示:

从上表可以看出世界主要CIGS厂家技术现状。可以看出,蒸渡 和溅射后硒化是两种最广泛采用,最有实际应用前景的方法。尤其 是预制膜硒化技术,更有优势,可以满足大面积生产,同时又能保 证产品效率的最有效方法。

蒸镀法

CIGS 薄膜太阳能电池的主要研发生 产企有:
? ? ? ? ? ? 德国伍尔特太阳能(Würth Solar); 美国环球太阳能(Global Solar Energy 纳米太阳能(Nanosolar)、 米亚索能(Miasole); 日本昭和壳牌石(ShowaShellSekiyu)、 本田(Honda Soltec)等

国内CIGS薄膜电池主要生产企业

国内产业发展状况:
? 汉能控股集团在2012 年6 月成功收购德国第一大薄膜太阳 能公Solibro 后,又于2013 年1 月9 日在北京总部正式宣 布完成对MiaSolé 的并购。本次并购使汉能获得全球转化 率最高的铜铟镓硒(CIGS)技术,成为规模、技术上皆领 先全球的薄膜太阳能企业。 ? 目前, 汉能薄膜太阳能产能已达到3GW, 超过美国第一 太阳能(First Solar),成为世界上规模最大的薄膜太阳 能企业。 ? 汉能正积极拓展全球光伏应用市场。目前,已与新疆、青 海、宁夏、江苏、海南、山东、河北等省区以及欧洲多国 签订了约10G(1000万千瓦)的太阳能电站建设协议,其 中包括已建成的宁夏吴忠太阳山20MW、青海海南州 50MW 等地面电站;广东河源、意大利拉奎拉、俄罗斯乌 苏里斯克中俄经济开发区等地的屋顶电站。

当前国内主要CIGS项目情况
? 1. 2009年,广州市与耀飞国际有限公司和广东信 宇投资有限公司签约,拟投资5亿美元建设4条 25MW的CIGS生产线。 ? 2. 苏州高赛项目 ? 2010年苏州高赛太阳能技术有限公司正式投产一 条25MW生产线,预计年销售额达3000万美元。 ? 3. 2009年,锦州与美国ARION集团、台湾金色能 源太阳能有限公司签订了合作协议,投资30亿元 人民币建设200兆瓦生产规模。 ……….

产业化道路上的主要障碍
? (1) 设备购置成本问题 ? 其生产设备几乎为晶体电池设备投资额的10倍 ? (2)生产原材料价格问题 ? 原料价格直接影响生产成本。近年来,多晶硅 系列电池得到了广泛运用,大量的需求造成了国 际市场上晶体硅原料价格大涨近10倍 ? CIGS薄膜材料中所含稀缺元素铟在我国有丰富 的储量但是由于国内现在并没有建立对铟原料的 大宗商品交易规则,因此存在与硅原料价格类似 被国外金融资本操纵的情况。

CIGS项目的技术难点
? CIGS薄膜是多元化合物半导体,原子配对 以及晶格匹配性依赖于制作过程中对主要 半导体工艺参数的精密控制,工艺的重复 性差,高效电池的成品率低,也无法预测 CIGS性能和器件性能的关系。CIGS太阳能 电池具有敏感的元素配比和复杂的多层结 构,CIGS膜与Mo衬底间较差的附着性也是 成品率低的重要因素。 因此,其工艺和制 备条件的要求极为苛刻,产业化进程十分 缓慢。

? 除此之外,CIGS薄膜光伏技术的广泛运用 还须解决如下技术关键: ? 1)如何保证薄膜的均匀性并制得1cm或更 薄的吸收层薄膜; ? 2)选择合适的沉积CIGS薄膜的技术路线; ? 3)提高组件的效率; ? 4)解决柔性CIGS组建的防潮问题。

展望
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薄膜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,提高电池转化效率,同 时提高电池的生产效率。 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,即将成为未来薄膜太阳能组件的主 流产品。 在投资环境尚未明朗的情况下,各国风投逆市转投新型薄膜太阳能行业, 在我国CIGS太阳能电池已成为光伏领域新的投资热点。预计到2015 年,CIGS将占薄膜太阳能电池市场的43.3%,

成员
秦希荣 南瑞 贺旭阳 万应天 张晓龙 马威 李锋


相关文章:
太阳能电池发展综述
a conclusion was drawed that thin-film silicon solar cells and CIGS thin film solar cells has the most potential for development of photovoltaic industry...
张嘉伟-铜铟镓硒(修正版)11
本文综述了 CIGS 太阳电池的结构和吸收层的制备工艺。 关键词:CIGS;吸收层;三步共蒸发法;Na 掺杂; THE STRUCTURE OF CIGS THIN FILM SOLAR CELL AND PROCESSING...
薄膜光伏材料铜铟镓硒CIGS的研究进展-例文
Effects of Ga contents on properties of CIGS thin films and solar cells fabricated by co-evaporation technique, Current Applied Physics, 10(4), 990(...
...Report on Global and China Solar Cell and Module...
C-Si and Thin Film(a-Si CIGS CDTE) Solar cell and module production and market share, global and China Solar Cell and Module demand and supply ...
去年材料物理答案整理
Thin film solar cell, which includes Si substrate thin film solar cell, Cu/In/Ga/Se(CIGS) thin film solar cell, organic thin film solar cell; 3. ...
柔性薄膜太阳能电池的研究进展
The flexible substrate materials, silicon thin film photovoltaics,copper-indium-gallium-selenium(CIGS)halcogenides thin film solar cells, Cu=ZnSnS(CZTS)一 ...
铜铟镓硒_CIGS_薄膜太阳能电池的研究进展_王波_图文
关键词 太阳能电池 CIGSNa 掺杂 柔性衬底 gWANGBo(1,1, ProressinResearchofCIGSThinFilmSolarCels2, LIUPing LIWeiMAFengcang 2, 2, LIUXinkuan 2, CHENXiao...
...Time for Co-vaporation CIGS Solar Cells
Starting Time for Co-vaporation CIGS Solar Cells_能源/化工_工程科技_专业...Cu(In,Ga)Se2 is one of the most promising materials for thin film solar...
Cu纳米线的拉伸行为研究
solar cell.Thin film solar battery of only a few microns thick can ...研究 CIGS 是具有重大意义的,它具有以下几点优势,可以在性能,效率,节能 等反面...
(模板)Program of Simulated International Conference...
Zhao Lianbo Non-Ferrous Metallurgy Central South University 3 Presentation Topics Opening Remarks Fabrication of CIGS Thin Film Solar Cell Devices and Recent ...
更多相关标签: