铜铟镓硒薄膜太阳能电池的现状

摘要：铜铟镓硒薄膜太阳能电池是多元化合物薄膜电池的重要一员，由于其优越的综合性
能，已成为全球光伏领域研究热点之一。本文阐述了铜铟镓硒薄膜太阳能电池的特性和竞争
优势；介绍了国内外在铜铟镓硒薄膜太阳能电池领域的研究现状；最后探讨了铜铟镓硒薄
膜太阳能电池的应用展望。

　　关键词：太阳能电池；薄膜；铜铟镓硒；展望

　　近几年，世界各国加速发展各种可再生能源替代传统的化石能源，以解决日益加剧的
温室效应、环境污染和能源枯竭等全球危机。作为理想的清洁能源，太阳能永不枯竭，正成
为当今世界最具发展潜力的产业之一。目前，太阳能电池市场主要产品是单晶硅和多晶硅太
阳能电池，占市场总额的

80%以上。由于晶硅电池的高成本和生产过程的高污染，成本更低、

生产过程更加环保的薄膜太阳能电池得到快速发展。现阶段，有市场前景的薄膜太阳能电池
有

3 种，分别是非晶硅、碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒(CuInGaSe2,一般简称 CIGS)薄膜太阳能电

池。作为直接带隙化合物半导体，铜铟镓硒吸收层吸收系数高达

105cm-1，转化效率是所有

薄膜太阳能电池中最高的，已成为全球光伏领域研究热点之一，即将成为新一代有竞争力
的商业化薄膜太阳能电池。

　　

1 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的特性和竞争优势

　　太阳能电池的材料一般要求主要包括：半导体材料的禁带宽度适中；光电转化效率比
较高；材料制备过程和电池使用过程中，不存在环境污染；材料适合规模化、工业化生产，
且性能稳定。经过数十年电子工业的研究发展，作为半导体材料硅的提炼、掺杂和加工等技
术已经非常成熟，所以，现在的商品太阳能电池主要硅基的。但是，硅是间接带隙半导体材
料，在保证电池一定转化效率前提下，其吸收层厚度一般要求

150～300 微米以上，理论极

限效率为

29%，按目前技术路线，提升效率的难度已经非常巨大。同时考虑到加工过程近

40%的材料损耗，材料成本是硅太阳能电池的最主要构成。另外，其材料生产过程的高温提
炼、高温扩散导致其制备过程能耗高，这使其能量偿还周期长，整体成本高。尽管经过近几
年的规模化发展，市场价格得到大幅下降，其每瓦成本仍高于

2 美元。如果再考虑到其制备

过程的高污染，更增加了其环境治理社会成本，这些都严重制约了其竞争优势。相比较，薄
膜太阳能电池具有较大的成本下降空间，同时它能够以多种方式嵌入屋顶和墙壁，非常适
合光电一体化建筑和大型并网电站项目。在这种情况下，薄膜太阳能电池引起了人们的重视，
近几年成了科技工作者的研究重点。从全球范围来看，光伏产业近期仍将以高效晶体硅电池
为主。但向薄膜太阳能电池和各种新型太阳能电池等低成本、低能耗、低污染的方向过渡已经
成为光伏产业发展的必然趋势。目前，国际主要光伏企业已经放缓了对晶体硅太阳能电池产
能的扩张，我国已经出台相应政策，抑制晶硅行业的盲目扩张。

　　技术比较成熟，且有发展潜力的薄膜太阳能电池有

3 种，分别是非晶硅(a-Si)、碲化镉