《薄膜太阳电池技术现状和设备20160526.》.pdf

二、薄膜太阳电池的技术现状 2.1 薄膜太阳电池分类及其发展现状 薄膜太阳电池是指厚度在微米量级的材料制备成的薄膜太阳电池，其特点是 该种材料对太阳光的吸收系数很高，可以在较薄的厚度吸收大部分太阳能量。 就目前研究领域开发出的太阳电池可分成以下几类： （1） 硅基薄膜电池，包括：非晶硅薄膜电池、微晶硅薄膜电池 （2 ） 铜铟镓锡系列薄膜电池（CIGS ） （3 ） 碲化镉系列薄膜电池（CdTe ） （4 ） III-V 族系列薄膜叠层太阳电池 （5 ） 纳米染料二氧化钛薄膜太阳电池 （6 ） 有机薄膜太阳电池 经过几十年的研究，在实验室阶段各种薄膜电池的效率都有很大的提高，其 中较为成熟的，可以进行产业化的是三种太阳电池，为硅基薄膜太阳电池、CIGS、 图 17 各种薄膜电池的的实验室效率提高 CdTe 三种电池。 III-V 族电池主要为砷化镓类的薄膜叠层电池，包括铝镓砷、镓砷、镓铟磷、 锗。这些多种不同带隙宽度的材料组合成的叠层太阳电池可以吸收较宽的太阳光 谱带，从而增加太阳电池的效率，目前最高的此类电池效率已经达到 42% 。但是 其致命缺点是材料价格昂贵，很难适用于地面的应用，目前被应用到航天领域。 在地面上正在研究使用聚光和跟踪系统来减少电池的使用量，从而降低成本。 染料敏化二氧化钛太阳电池，实验室最高效率也就达到 11%左右，产业化技 术方案还没有研究出来，由于该种电池要使用液态的电解质，因此产业化生产和 应用的可靠性还需要进一步的验证，在未来的数年内还是进行产业化中试阶段。 有机薄膜电池还处于研发初始阶段，短期内无法达到应用。 对于目前已经出现的三种太阳电池各有其优势和缺点，简单总结于表 4 。 表 4 三种可产业化的薄膜电池的特性列表 实验室最 商业化电 主要障碍 材料丰度 基本制备技术 高效率 池效率 硅基薄膜 15.3% 6.5% 衰减特性 硅材料在地球上 PECVD 位居第二 CIGS 19.5% 11% 制造工艺难于控 In 、Ga 属于稀缺 磁控溅射后硒化 制 材料 共蒸发工艺 CdTe 16% 7~11% 有毒性材料 Te 的较少 近空间升华 2.2 各种薄膜电池生产线比较 本届分成三个部分分别论述三种太阳电池的产业化技术。 2.2.1 非晶硅薄膜太阳电池的产业化技术 1. 非晶硅太阳电池发展的历史 非晶硅太阳电池技术最早是美国 RCA 公司发展起来的，RCA 公司的 D.E.Carlson 在世界上首先制备出非晶硅太阳电池，而且在 1983 年以前稳定非晶 硅太阳电池的世界纪录一直是 RCA 公司保持，电池效率达到 6%左右。 也就是在 RCA 公司成立之初，在美国出现了三个非晶硅太阳电池企业，这 三个公司的技术路线不尽相同。 表 5 美国 80-90 年代三个非晶硅太阳电池企业的技术路线 技术负责人 技术路线 美国 RCA 公司 D.E.Carlson 多室、单片、玻璃衬底、非晶硅太阳电池 美国 Chronar 公司 G. Kiss 单室、多片、玻璃衬底、非晶硅太阳电池 美国 ECD 公司 S.R.Ovshinsky 多室、不锈钢衬底、非晶硅锗三叠层太阳电池 后来随着中东石油危机的缓解以及非晶硅太阳电池的效率衰减问题使得非 晶硅太阳电池产业陷入低谷，RCA 公司转让技术给美国的