斯图加特科学家将由铜铟镓硒(CIGS)制成的薄膜太阳能电池效率提升至22%。
 

 

　　此新型电池表面积为0.5平方厘米，符合测试电池专业标准，利用实验室喷涂机制成。并且未来几年可能效率会达到25%。研究人员通过采取各种方法对生产过程进行优化才得以刷新此记录。德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所ISE对此项新纪录进行认证。ZSW现在只比当前世界纪录落后0.3个百分点。

 

　　CIGS技术在近年来取得长足进步，在能效竞争方面超越其市场主要竞争对手多晶硅电池。在组件能效方面，硅光伏电池仍然领先。市售组件效率为17%，铜铟镓硒组件效率为14%。

 

　　数据显示，CIGS小型工厂的生产成本大约为40美分/W，产能扩大成本会随之削减。假定年产出为0.5~1GW，CIGS光伏厂组件效率可达18%甚至更高，成本可低至每瓦25美分。这就表示CIGS光伏制造比硅光伏生产所需前期投入更少。

 

 

　　从长期发展来看，以CIGS作为底电池，与合适的宽带隙吸收层材料结合，形成叠层电池，可使太阳能电池效率超过30%。由此可见，CIGS电池不仅是一种高竞争力的光伏技术，它还具有进一步开发利用的潜力。

 

　　CIGS主要优势：高发电量和优异的户外性能因CIGS具有较低温度系数、良好的光谱响应以及较好的弱光性能，使其具有较高的发电性量，因此在大多数的气候条件下具有较低的度电成本(LCoE)。此外，薄膜组件设计基于集成的内联技术，可以从本质上降低其对阴影的敏感性。低温度系数、高的阴影遮挡容忍度、较好的弱光性能，也是BIPV应用中的关键需求。

 

　　可持续发展：能耗低、能量偿还时间短、材料消耗少基于薄膜太阳能电池的本质特性-较短的能量偿还时间和最少的高纯度材料的应用-薄膜太阳能电池的发电成本可低于传统能源方式。若计算碳足迹，薄膜太阳能电池具有显着的优势，是一种真正的可持续发展能源。此外，在光伏组件达到寿命期后，其完整回收利用在技术上是完全可行的，未来可依据需求进行开发利用。基于以上原因，CIGS技术在光伏规模化应用方面是一种最具可持续性的解决方案。

 

　　可信赖的产品可靠性基于刚性玻璃衬底的双玻铜铟镓硒组件，电池单元的电学互联由激光划刻形成一体化集成的串联结构，较之传统的串焊互联方式具有更卓越的可靠性。现今，大生产铜铟镓硒组件的可靠性已被大量的加速老化实验及长时间的实地测试数据证实，并具有独立测试机构的认证。

 

　　吉瓦级的规模化生产能力当前最大的铜铟镓硒产能从百兆瓦到一吉瓦每年，存在于德国与日本。这些生产基地都以90%以上的产业价值链良率进行运营。目前全世界铜铟镓硒的总产能达2GW/年。虽然铜铟镓硒膜层的制备工艺在不同公司有所区别，但都表现出良好的产品性能。这表明铜铟镓硒光伏组件制造业已达到第一阶段的产业成熟度。即使使用了地壳稀缺元素铟，每年100GW的产能也不会对供应链造成挑战。这是由于技术的进步减少了铟的用量及铟元素的回收。技术研发的持续进展，在未来十年会发掘铜铟镓硒成本下降的更大潜力。

 

 

　　美国以国家可再生能源实验室（NREL）为研发中心，制备的小面积高质量CIGS薄膜电池一直保持较高的光电转换效率，GlobalSolar和ShellSolar实施产业开发。其中，ShellSolar采用Cu、In、Ga溅射成膜，然后硒化的技术路线，所开发的4Ow电池组件的转化效率为12.1%。GlobalSolar同样采取溅射硒化的技术路线，研发的900cm。电池组件转化效率达13.2%。

 

　　日本新能源产业技术开发机构（NEDO）1994年启动CIGS产业化开发项目，以ShowaShell和Panasonic为主要研发机构。其中，ShowaShell采取Cu、In、Ga溅射成膜然后硒化的技术，所研发的3459cm电池组件效率达13.4%，7376cm2电池组件效率达l1.7，并且其10kW规模级中试生产线已投产。而Panasonic采用共蒸发工艺，虽然转化效率达15～16％，但电池性能不稳定，未能实现中试生产。

 

　　德国以wurthSolar为主要研发机构，采取Cu、In、Ga、Se共蒸发，然后进行二次硒化的技术，成功制备了60cm×120em大面积电池组件。

 

　　美国Nanosolar采用纳米涂覆（即将CIGS纳米粒子涂覆在铝箔基板上）制成可绕式CIGS薄膜电池组件，其发电成本只有0．99美元／瓦。美国Miasole以不锈钢为衬底，采用溅射硒化工艺制备的1m。CIGS薄膜电池组件的转化效率达到15.7％。

 

　　与欧美、日本等发达国家相比，中国CIGS薄膜太阳能光伏产业起步较晚，技术相对落后。南开大学以国家十五期间“863”项目为依托，对CIGS薄膜电池工艺技术进行了系统研究。目前，实验室技术已基本成熟，制备出的29cm×36cm电池组件（有效面积804cm）的光电转化效率达7，实现了从实验室小面积研发到大面积中试生产的跨越。山东孚日光伏科技有限公司采用世界领先的CIGS薄膜电池组件并网发电技术和孚日光伏自主制造的CIGS薄膜电池组件，成功安装了集团棉纺二厂CIGS光伏屋顶电站。电站计划总安装规模3000kW，建成后每年可发电330万kW·h，设计运营寿命为25年，总发电量为8250万kW·h。规模化生产的大面积CIGS电池组件的转化效率与实验室制备的小面积电池组件相比仍存在较大差距。鉴于此，进一步探究CIGS薄膜电池光电转化的影响因素和机理，优化工艺技术路线，对加快CIGS薄膜电池的产业化进程，提高市场占有率具有重要意义。

 

 

　　日前，工业和信息化部发布了《产业关键共性技术发展指南（2015年）》，确定优先发展五大类205项产业关键共性技术。备受太阳能光伏市场关注的薄膜电池生产技术，“支持CIGS铜铟镓硒薄膜电池生产工艺技术研发，特别是大规模柔性铜铟镓硒卷对卷连续生产工艺，提升转换效率，降低生产成本”被纳入指南。

 

　　CIGS电池发明与硅薄膜及碲化镉电池是同一时期，但商品化步履维艰，主要是由于其材料结构及科学机理与传统的硅半导体有着很大的不同，相对于传统半导体材料结构及导电机制等诸多问题是全新的，人们在屡屡失败中逐步认清其本质。与此同时，多元化合物多晶半导体制备技术，也是在科学机理认知过程中摸索创新逐步发展起来的。

 

　　经过几十年的发展，CIGS电池的材料和器件机理越来越清晰，电池的优越性能越来越明显，实验室所创造的电池纪录不断刷新，如今已明显超过目前光伏市场主流产品多晶硅电池。与此同时其产业化技术进展不断加快，生产技术趋于成熟。南开大学光电子研究所博士生导师孙云教授所言，“CIGS薄膜太阳电池产业化核心技术已被欧美国家突破，下一步主要是降低成本，继续提高组件效率，优化设备与工艺使之更加成熟稳定。”因此，CIGS薄膜电池产业化完善技术，扩大产能降低成本，使之成为光伏市场主流产品之一将是一种必然趋势