铜铟硒(CuInSe2 简称CIS)薄膜太阳电池是多元化合物半导体中最具有代表性的光伏器件,由于具备以下特点而最有希望成为新一代商品化太阳能电池的主流产品。
薄膜电池具有以下特点:
1、光电转换效率高。美国NREL在1998年公布的18.8%转换效率及西门子公司制造的大面积组件效率为11.2%(3850cm2)是薄膜太阳能电池的最高记录。
2、成本低。衬底材料使用玻璃或其它廉价材料,薄膜厚度仅为2-3UM,采用大面积连续化制造成膜工艺,生产量为1。5MW的成本的成本是晶体硅电池的1/3-1/2,能量偿还时间在一年之内,远远低于晶体硅太阳能电池。
3、性能稳定。美国波音公司将91CM2面积,转换效率6。5%的CIS电池组件在NREL室外测试设备上,经过7年的考验其原有功能没有改变;无衰退是薄膜太阳能电池最为关注的性能指标。
4、抗辐射能力强。就其CIS薄膜电池的功率重量比和低成本,在空间电源中是具有很强的竞争力。
目前,CIS太阳能电池实现产业化的主要障碍在于吸收层CIS薄膜材料对结构缺陷过于敏感,使高效率电池的成品率偏低。CIS薄膜是多元化合物,原子及晶体格配比往往依赖于制作过程中对主要半导体工艺参数的有效控制,CIS膜与原电M。层的附着性差也是成品率低的重要因素,上述问题是世界各国研究CIS电池的焦点所在。一旦此问题突破,CIS电池的商品化必将迅速发展。
美国由12家大学和研究所及西门子公司相应的课题组联合对CIS材料的特性进行仔细的研究,即优化吸收层和窗口层,探索适于产业化的制备工艺,其研究重点大都集中在CIS薄膜晶体的生长和半导体材料分析,以及窗口层选择适当材料等问题。德国和美国都建立了中试线,专门研究CIS电池组件的生产工艺模式,美国GSE和GP公司都已将MW级CIS电池生产线列入发展规划。由此可见,CIS电池从基础到产业化等各方面的研究正在蓬勃发展,工业界的参与也将促进CIS薄膜太阳能电池更快地发展。
我国CIS电池的研究落后于欧美国家。南开大学1989年起步,92年研制成CIS电池组成四端叠层太阳能电池,1cm2面积其转换效率为7.44%;92年以后分别列入国家“八五”及“九五”攻关计划,由此而建立了一条CIS太阳电池试验线,98年研制的CIS太阳电池转换率达到9%,代表我国最好水平。99年CIS薄膜太阳电池的研究作为“光电子技术”学科发展中的一个研究内容而被列入“211”工程给予重点支持。为了尽快赶上世界先进水平,从基础研究开始注意采用工业化的技术路线,参考国外经验,研究新的技术方案,简化工艺控制参数。在此基础上研究成膜机理,材料特性及器件结构和性能,为CIS薄膜太阳电池向产业化过渡奠定技术基础。