铜铟镓硒薄膜太阳能电池的发展现状以及应用前景(20180724162319).pdf

收稿日期 ! “ ##$% 8? 9@A9 BBCDE98D E: CC? H9?: A9E8! 1 wx yXVz{| } y{ UXVz SV~ ! x| “X| T SVyx ywS| Sy{x| Uz{ Uyz X“ { wUV “U#T zX#S| yx##z $Szx~X V %} ( - 室 温 下%} 1“ - 7I 3B0同时还具有很好的非常大范围的太阳光谱的响应特性 ,另 外 0符 合 化 学 计 量 比 的 K3 L3 M 族 “ 铜 铟 硒 /铜铟硫和铜铟镓硒 %化合物半导体具有很高光量子效率 , # ’ ? - 系电池可以很方便地做成多结系统 0在四个结的情况下 0从光线入射方向按禁带宽度由大到小顺序排列 0太阳能电池的理论转换效率极限可以超过 JDN,在 - ; 和 L3 O 族 化 合 物 系 太 阳 能 电 池 中 0 晶 界对吸收层的特性影响很大 0所以多晶太阳能电池的效率较单晶太阳能电池的效率要低几成 , 而以 # ’ ? -为代表的黄铜矿相吸收层 0本身就是一种薄膜材料 0不受晶界的影响 0耐放射线辐照 0 没有性能衰减 0是目前太阳能电池中使用寿命最长的 0有人预计可长达 BDD 年 ,目 前 制备 # ’ - 和 # ’ ? - 吸 收 层 有 三 种 方 法 P磁控溅射 / 电子束蒸发 / 电镀 ,电子束蒸发法 0包括两种工艺 0分别是 P“ B%共蒸# $ / ’ ( / ? 2 合金预制膜 A 硒化 Q“ * %# $ / ’ ( / ? 2/ - . 共蒸发 ,磁控溅射一般溅射 # $’ ( 和 # $? 2 沉积 # $’ ( ? 2合金预制层 0然后硒化 ,这两种方法在日本 / 美国 / 德国无论在实验室和生产线上都有采用 , 作为实验室里制备面积很小的# ’ ? - 电池样品时 0 蒸发法制备的电池效率比较高 0包括现在报道的最高转化率的电池的 # ’ ? - 层均是蒸 发 法 制 备 的 , 但 是 作 为 生 产 线 生 产 的 电 池 板“ RD >I 见 方 %0一 般 是 磁 控 溅 射 方 法 制 备 的 电 池 具有更高的转化率 , 这种差别源于两种方法在制备大面积膜层均匀性能力的差别 ,至 于电镀法 制 备 # ’ ? - 层 0要 制 备 具 有 理 想 定比 / 致密和表面均匀的薄层非常困难 , 要获得生产要求大面积均匀则更难 , 文献报道中也很少有用此方法的 ,上述制备方法中 0无论哪一种 0从原理上说似乎都不难 , 但是要做到能符合制作太阳能电池的 # ’ ? -层都必须克服许多技术难关才能获得 , 基于器件生产的工艺设计 / 一些薄膜的薄膜处理以及界面层的成分设计等等都是具有挑战性的课题 0对于电池性能的改善更是至关重要的 ,S 国内外研发现状 / 趋势及我国与领先国家的差距 ) RT U+* DD* 年 全世界 太 阳 能 电 池 的 生 产 量 比 上 一 年增加 RBN0 达到 J* D V7 0从表 B 可知 0日本企业的生产规模在大幅度增加 0到 * DD* 年日本的生产规模达 到了 * JE V7 0已经占到世界产量的 JDN, 近 J 年中 产 量 每 年 以 J DN 以 上 的 增 幅 增 加 0 按 照 这 种 增速 0今后 J 年 0日本的太阳能电池的产量将占到世界总产量的 GDNTU DN0 居于绝对的领先地位 , 根据W日本 太 阳 光 发 电 协 会 “ X! =?= @>3A?BC@2B C1234 251 E?1=C2B@1> $5C1D@3=3; G6 7 8 9 )远景策划 现况 I J KJ 年 I JI J 年 I JL J 年市场规模$亿日元 ) KKJ J M+L J KI , JJ I I “ , J J单年度设置量$万 N. ) OI J KI L ML J KJJ,累计设置量$万 N. ) MPI I P+J PI PJ住宅用系统单价$日元 - . ) O+ J J OL J J I , J QI J J发电成本 OR J日元- N.S相当于民用电价格相当于工业用电价格相当于大规模发电成本TU V WX 太阳光发电技术研究组合 Y战略企划委员会 “ 在广泛考察世界太阳能电池学术界和产业界情况的基础上 “ 集中日本太阳能电池领域的专家 “ 作成了日本太阳能电池技术开发路线图 $Z [ ] ^ _“ 图 K) ! 对于 ( * 系太阳能电池来说 “ 无论是单晶 # 多晶还是微晶( * 太阳能电池 “ 现在的基片厚度为 K, J O I JJ ‘ ^ “ 虽然转换效率较高 “ 但是如果其厚度不能减到 , J ‘ ^ 以下 “ 就不可能达到成本低于 +, 日元 - . 的目标 ! 薄膜 ( *太阳能电池现在的转换效率没有达到 KJa“ 通过多结的方法有望提高到 KJa 以上 ! % D=C?@1>= EE@F@=>F@=? 1E D2C@1A? ?1 ? @9> A ;BB: C;DEEF9 G: C;? HI J: 9> A;研究单位小面积 KI LLMNO @K PQ@K R: SNT J; QI A UGVWX YZG[ UG[ W XGA UG] UW ^ _ D ‘MNO @K PQ@K ST Q UGV[ ] YZG] UG[ [ ] WGZ UGXV松下电器MNOa b @MNO@K PQ@K ST Q UGV] Z YVGW UG[ VU WGU UGAU青山学院大学新型缓冲层 : b REEI H;MNO @MNQ@K ST Q UGV[ Y] GX UG[ [ V WG UG ZZ青山学院大学MNO@MN: QI Oc ;@KR: SNT J;: QI Q; AUGZVV YYGU UG[ U ZG[ GUW c dS @QFI > I N=MNO @SN: O c eQ; @K ST Q UGZX] YZGZ UG[ ] V ZG[ UGYWQfRf fg JHfh NFi GMNO@MNSNQI @K ST Q UGVZA YUG] UG[ VY ZG UG X东京工业大学新型光吸收层MNO @K PQ@K RSNQA UG[ Z AYG[ UG[ AGU jQfRf fg JHfh NFi GMNO @K PQ@K RSNQA UG[ AW A G] UG[ G UG] W c dSMNO @K PQ@K R: SN? L; QI A UGVA YVGU UG[ ZZ VGX UG] [k I LJl JHIh NFi G大面积组件MNO@MN: O eQeO c ; m@KST Q Y GA AG V? UGVWX YG] Y] ZX昭和壳牌石油MNO @K PQ@K ST Q A[ GX YAGZ UGVVX AG YVUUQFI > I N=Q8LJH柔性基板MNO @K PQ@K ST Q@=G=G UGV] V YVG] UG[ ] A [ G] UG] ] ^ _ D ‘MNO @K PQ@K ST Q@=G=G UGZVU YZGZ UG[ AU ] GY UGXV松下电器MNO @K PQ@KST Q@n 8Lo > I H UGZ A YZGZ UGVVV AG UGZVk I LJl JHIh NFi G集光电池MNO @K PQ@K ST Q UG[ YV j UGWUZ A GZ UG^ _ D ‘ e] 倍集光日本和欧美在 KST Q 太阳能电池的研究方面投入大量人力物力 e 并取得相当快的进展 p 日本 ^ Dqk O 从 XX] 年启动 KST Q 产 业 化 开发 项 目 e 由 昭 和壳牌石油和松下电器分别以溅射硒化工艺和共蒸发工艺为中心进行研发 e研究开发总投资达到 AUU 亿日 元 : 相 当 ] 亿人 民 币 ; 以上 r 美 国 以 ^ _ D‘ 为 中心进行研究 e以 T QD 及 Qs I LLQ8LJ H为主进行产业开发 r 德国则以风险投资型企业 tR Hf sQ 8LJH为主 e由政府投入巨资进行开发 e开发总经费都达到了数亿美元 pA UUA 年有关 KST Q 太阳能电池的国际会议就有 Y 个 e分别是 Z 月 AUuA ] 日在美国纽奥林斯召开的 AXfsS DDD@v 7 QK e 月 A uA A 日在欧洲举行的Dqd_ Q AUUAwx s FNB FL> Ks JL98gI NFPI v s 8f 8i 8Lf JF9dJ f I HFJL=y 和 A 月 Au Z 日 在 美 国 波 士 顿 召 开 的AUUA d_ QB JLL dI I f FNgp 主要议题集中在通过叠层化 提 高 KST Q 吸 收 层 的 带 隙 zn 型 透 明 导 电 膜 的 研究 z代 替 KPQ 的 新型 缓 冲 层 的 研 究 z 大 规 模 工 业 化生产的高效率低成本问题方面 p 特别是以欧美为中心的 Dqd_ Q AUUA wx s FNB FL> Ks JL98gI NFPI v s 8f 8qi 8Lf JF9dJ f I HFJL=y 会 议 e 论 文 发 表 件 数 达 到 了 [ U件 e比 AUUU年同会议的 U[ 件增加了 ZUC 以上 e其中与大规模工业化生产工艺相关的论文有 VU 多件 p表 Z 总 结了 XXX 年以来 KST Q 太 阳 能 电 池 研 究 开发及产业化方面的动向 p表 { | } } } u~ ! ! ~ 年 “ #$ %太阳能电池开发动向h Q? Qs I LLQ8LJHKST Q 太 阳 能 电 池 组 件 : ] Ut ; 作为薄膜太阳能电池组件达到世界 最高转换效率 AG CAUUUGUV h Q? T QDT L8’ JL Q8LJH DNI Hg o 公 司 向 夏 威夷的美军提供了AGW( t 的 KST Q 组件用于实验AUUUGUXh Q? Qs I LLQ8LJHQs I LL Q8 LJH公司声明可以在 uY年内 提 供 商 用K ST Q 太 阳 能 电 池 组件T I H> JNo tR Hf sQ8LJH tR Hf sQ 8LJH公司开始制造 K ST Q太阳能电池组件Ql I PI N h n n =JLJ瑞典的 h n n=JLJ 大学研制的 小型KST Q 太 阳 能 电 池 组 件 转 换 效 率 达到VGVCAUU GUZ T I H> JNo tR Hf sQ8LJHtR Hf sQ 8LJH 公 司 A 月 开 始 在 欧洲 销 售KST Q 太 阳 能 电 池 组 件: VU9> ) AU9> ; e平 均 转 换 效 率 WGZCe AUUA 年 末 产 量 GAdt @年 z 生产能力Ydt @年AUUAGU] A 组 件转 换 效 率YG] Ce 建 成 U( t 的 中试线e预定 AUUZ 年向市场提供 商用KST Q 太阳能电池 pAUUAG A h Q? ^ _ D‘创 造 KST Q 太 阳 能 电 池 世 界最高转换效率 eD EE* XGACe7 8 9* UGVWWZ7 e? @9> Ae BB * [ WG AC在产业界 e日本昭和壳牌石油公司已经完成技术开发 e其 U ( t 的中试生产线已经开始生产 e 准备建设 UuA U dt 级生产线 e预定 AUUZ 年向市场提供商用 KST Q太阳能电池 e技术路线以 K Rz SNzT J溅 射 成 膜 e c AQI 硒 化 e Y] ZX 9> A 组 件 转 换 效 率YG] Cp 日本本田公司也宣布完成了 KST Q 的产业+!+ 真 空 , - “ . . / 第 ! | 卷化 开 发 ! 并 宣 称 将 来 本 田 的 工 厂 用 电 力 的 “ #$%( “ ##“? @) A:B A+C / ) - +D, E* : AF*G ) , H, I , +H- AD=- H* . A- +J K会议上 ! 突然公开了其生产线的照片 ! 并宣布其成品率 已 经 达 到 LM$% LN$! 可 以 认 为 其 技 术 已 经 成熟 ! 并将在今年将其产品上市 ’ 德国的 48 . H)( , +- .公司在 “ ## 公 司 都 采 用 此种工艺路线 ! 特点是组件效率较高 ! 生产工艺稳定 ’德 国 的 48 . H)( , +- . 公 司 采 用 / 890: 91 - 9( * 共 蒸发 ! 并进行 “ 次硒化工艺 ! 效率较低 ! 工艺不稳定 ’ 日本松下电器也采用共蒸发工艺 ! 虽然组件的最高效率较高 ! 能达到 6O$%6 Q$! 但是工艺非常不稳定 !经过 6# 年的开发 ! 到现在也不能实现中试水平的生产 ’ 由此可见以 / 8 90: 91 - 溅射成膜 ! 硒化为主的工艺路线将成为 / 01 ( 组件生产的主流 ’与国际上研究开发的力度和规模相比较 ! 国内对 / 01 ( 薄膜 太阳 能 电 池的 研 究 几 乎 微 不 足 道 ! 以自然科学基金和国家 NQ 日元 8? @相当于 >A *B 8? C +13?4E ; ; 934*=<3: 2%F ’ GD01H*8 : 2D 10@@. I 0B J : 15 ; 9GD) +@G- 0<