真空与低温

第

１４

卷第

３

期

用三步蒸发法制备。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。

２００４

年

，各公司

ＣＩＧＳ

薄膜太阳能电池产量如下

：

ＳｈｅｌｌＳｏｌａｒ

为

２ＭＷ

；

ＧｌｏｂａｌＳｏｌａｒ

为

０．５ＭＷ

；

ＷüｒｔｚＳｏｌａｒ

为

１．３ＭＷ

［２］

。

２００５

年

，德国

ＷüｒｔｚＳｏｌａｒ

宣布新建另一座

ＣＩＧＳ

生产基地

，其产能将为

１５ＭＷ

。

２００６

年

，日本

ＳｈｏｗａＳｈｅｌｌＳｅｋｉｙｕ

宣布新建

ＣＩＧＳ

工厂

，计划于

２００７

年初期投产

，产能估计为

２０ＭＷ

［２］

，

２００８

年

３

月将增设规模可达

６０ＭＷ

的第二工厂

，并于

２００９

年上半年开始运行

［３］

。

２００５

年底日本本田宣

布涉足太阳能电池市场

，

２００６

年

１２

月

１

日成立了

ＣＩＧＳ

化合物薄膜太阳能电池生产和销售子公司

Ｈｏｎｄａ

Ｓｏｌｔｅｃ

。

ＨｏｎｄａＳｏｌｔｅｃ

于

２００７

年秋天实现年产

２７．５ＭＷ

的批量生产

，并向日本全国销售

［３］

。美国

Ｎａｎｏｓｏｌａｒ

宣

布于

２００８

年初建厂投产

，产能

４３０ＭＷ

，超过美国所有

其他种类太阳能电池的功率总和。图

１

总结了各公司

ＣＩＧＳ

产能的快速发展情况。虽然国外

ＣＩＧＳ

薄膜太阳能

电池已经迈入了商业生产阶段

，但我国的技术还处于实

验室阶段。南开大学光电子研究所

ＣＩＧＳ

课题组

ｃｍ

２

级

玻璃衬底的

ＣＩＧＳ

薄膜太阳电池转换效率为

１３％

以上

，

柔性不锈钢衬底上的转换效率也超过

９％

，处于国内领

先水平

，但还是落后于欧美及日本的研究水平。生产高

效

ＣＩＧＳ

电池的难点主要在于

：

１

）

ＣＩＧＳ

电池多层薄膜的制备技术

，及薄膜厚度和掺杂的均匀控制；

２

）高质

量多晶薄膜的制备

，产生粒径大于

１ μｍ

致密的

ＣＩＧＳ

薄膜

；

３

）大面积生产的稳定性。作者将重点综述目前

工业上常用的

ＣＩＧＳ

薄膜太阳能电池制备工艺

，特别是吸收层的制备工艺。

２ＣＩＧＳ

薄膜太阳能电池

如图

２

所示

，

ＣＩＧＳ

薄膜太阳能电池是多层膜结构组件

，其主要

结构有

：基底（通常是玻璃）、背电极（通常是

Ｍｏ

）、吸收层（

ｐ－ＣＩＧＳ

）、

缓冲层

（通常是

ｎ－ＣｄＳ

）、透明导电层（通常是本征

ＺｎＯ

及

Ａｌ

掺杂

ＺｎＯ

双层结构

）、上电极（通常为

Ｎｉ／Ａｌ

）、减反射层（通常是

ＭｇＦ

２

，不

一定要有

）。各层膜的结构与特性都将影响

ＣＩＧＳ

电池的性能。除了玻

璃基底外

，柔性的不锈钢、聚合物（如：

ＰＥＴ

）以及其他金属薄片都可

用来作基底

，并可与卷绕技术相结合大规模制备质量轻、可弯曲的电

池。目前的热门研究工作主要集中在

：吸收层制备工艺开发；替代缓

冲层的研发

（

ＺｎＯ

、

ＺｎＳ

、

ＺｎＩｎ

ｘ

Ｓｅ

ｙ

、

Ｉｎ

（

ＯＨ

）

ｘ

Ｓ

ｙ

、

Ｉｎ

（

ＯＨ

）

３

、

Ｉｎ

２

Ｓｅ

３

等都可用

来替代毒性的

ＣｄＳ

作为缓冲层

［４］

）；太阳能电池用透明导电膜（

ＴＣＯ

）

研发

［５］

等。

２．１ＣＩＧＳ

吸收层成分

铜铟硒

（

ＣｕＩｎＳｅ

２

，简称

ＣＩＳ

）是直接能隙半导体，如表

１

所列

，常温下铜铟硒能隙

Ｅ

Ｇ

＝１．０ｅＶ

；铜镓硒

（

ＣｕＧａＳｅ

２

，简称

ＣＧＳ

）能隙

Ｅ

Ｇ

＝１．７ｅＶ

，铜铟硫（

ＣｕＩｎＳ

２

）能隙

Ｅ

Ｇ

＝１．５ｅＶ

，铜铝硒（

ＣｕＡｌＳｅ

２

）能隙

Ｅ

Ｇ

＝２．７ｅＶ

［６］

，因

此将

ＣｕＩｎＳｅ

２

与

ＣｕＧａＳｅ

２

、

ＣｕＩｎＳ

２

、

ＣｕＡｌＳｅ

２

等复合可调节

ＣＩＳ

化合物的禁带宽度

，使之接近理想的能隙

（

￣１．４ｅＶ

）。

Ｄｅｌａｗａｒｅ

采用

ＰＶＤ

的方法制备了

１６．９％

（目前最高）的

ＣＩＡＳ

（

Ｃｕ

（

Ｉｎ

，

Ａｌ

）

Ｓｅ

２

）薄膜太阳能电池，其

中

Ａｌ／Ａｌ＋Ｉｎ

原子分数比小于

３０％

，

Ｅ

Ｇ

＝１．１５ｅＶ

［７］

。

表

１Ｉ－ＩＩＩ－ＶＩ

２

族半导体化合物的禁带宽度

［６］

ＣＩＳ

等其他黄铜矿结构能容忍较大的化学计量比偏差

，其最大的优点是多晶

ＣＩＳ

具有与其单晶相类似

的电学特性

，因此

ＣＩＳ

基太阳能电池对杂质、粒径以及晶体缺陷不如其他电池那么敏感

［８］

。与

ＩＩ－ＶＩ

族化合物

１２６