銅銦鎵硒太陽能電池及其產(chǎn)業(yè)化設(shè)備

肖旭東

(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院 香港中文大學(xué)物理系)

　　摘要：薄膜太陽能電池因其材料用量大大少于常規(guī)的晶硅電池，被認(rèn)為是大幅度降低清潔能源成本的發(fā)展方向之一。銅銦鎵硒(CIGS)光伏太陽能電池是目前光電轉(zhuǎn)化效率最高的薄膜太陽能電池，其實(shí)驗(yàn)室效率已達(dá)到20.3%，大組件效率已達(dá)15.7%，十分接近單晶硅太陽能電池組件的效率。然而，銅銦鎵硒電池質(zhì)量強(qiáng)烈依賴于生產(chǎn)設(shè)備，而且設(shè)備成本占生產(chǎn)成本的~30-50%，是成本組成的重要部分。

　　國外銅銦鎵硒電池生產(chǎn)設(shè)備已有十余年歷史積累，但價(jià)格昂貴，并對(duì)核心裝備例如線性蒸發(fā)器進(jìn)行技術(shù)壟斷。 國內(nèi)銅銦鎵硒電池研究單位的設(shè)備大多只是針對(duì)小尺寸樣片，缺少在核心裝備上的研發(fā)�；�于前期開發(fā)的面積為10×10 cm2銅銦鎵硒電池制備系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，采用真空共蒸發(fā)鍍膜法，針對(duì)大面積高效率銅銦鎵硒電池的制備進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備與工藝的研究。共蒸發(fā)方法可控性高，工藝穩(wěn)定，是實(shí)現(xiàn)高效銅銦鎵硒太陽能電池的最佳方案;它還具有效率高、材料利用率高、無需采用H2S，H2Se等有毒氣體的一系列優(yōu)點(diǎn)。

　　我們通過解決高真空環(huán)境中玻璃襯底高溫加熱及變形，高溫和高真空環(huán)境中金屬蒸汽的產(chǎn)生、定向傳輸以及大空間尺度下的可控分布等諸多科學(xué)問題和技術(shù)難題，研制包括線型蒸發(fā)器等核心部件的能夠滿足大面積、高均勻性和高生長速率等要求的共蒸發(fā)中試設(shè)備，為大面積銅銦鎵硒薄膜生長設(shè)備的國產(chǎn)化和低成本提供技術(shù)支撐，使我國在銅銦鎵硒電池領(lǐng)域掌握核心裝備的設(shè)計(jì)和制造能力。通過該設(shè)備的研制，也為繼續(xù)探索大面積銅銦鎵硒薄膜電池的生長工藝提供必須的實(shí)驗(yàn)條件。