【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 原料成本較傳統(tǒng)硅晶太陽能電池低。薄膜太陽能電池由于有較低的溫度系數(shù)，轉(zhuǎn)換效率較不受氣溫影響，且受照度影響較小，在低照度下仍可維持較佳的轉(zhuǎn)換效率。另外薄膜太陽能電池可制成可透光模組，整合應(yīng)用在建筑的玻璃上。應(yīng)用范圍廣，建材一體應(yīng)用為薄膜太陽能電池的重要應(yīng)用一般硅晶太陽能電池可應(yīng)用于市電并網(wǎng)、離網(wǎng)應(yīng)用、特殊應(yīng)用，其中市電并網(wǎng)型應(yīng)用為主流，主要是因?yàn)楦鲊a(bǔ)助政策以市電并網(wǎng)型為主。薄膜太陽能電池同樣可作為以上應(yīng)用，且相較于硅晶太陽能電池只能使用硬式玻璃基板，薄膜太陽能電池的質(zhì)輕、可撓、可透光的特性可作廣泛的應(yīng)用，其中與建材結(jié)合，成為建筑一體型太陽能電池（Buildingintegrated photovoltaic，BIPV）將是薄膜太陽能的最大利基應(yīng)用。不同類型的薄膜太陽能電池有其最適用之應(yīng)用市場(chǎng)，但其本均以商業(yè)用或居住用并網(wǎng)型為主，而以 IEK 的研究數(shù)據(jù)顯示，2015 年薄膜太陽能電池的最大應(yīng)用將是 BIPV，產(chǎn)值可達(dá) 億美元，佔(zhàn)整體薄膜太陽能電池應(yīng)用的 45%，將應(yīng)用在并網(wǎng)型的居住、商業(yè)及工業(yè)建筑上?！　　　　　”∧ぬ柲茈姵氐哪茉磧敻镀诙獭　〕擞霉枇陷^少或完全不需用硅之外，薄膜太陽能電池的另一優(yōu)勢(shì)為能源償付期間（Energy PayBack Time）較傳統(tǒng)硅晶太陽能電池短，相較于硅晶太陽能電池在生產(chǎn)多晶硅與硅晶圓時(shí)的高耗電， 年~，；日本薄膜太陽能電池大廠 年（圖八），而碲化鎘太陽能電池1年，而銅銦鎵硒太陽能電池的能源償付期間更短，僅需 （表二）。　　　　　　薄膜太陽能電池的最大成本來自于設(shè)備支出　　薄膜太陽能電池雖具有原料成本的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際建造時(shí)，由于薄膜沉積制程設(shè)備昂貴，因此整體薄膜電池設(shè)備支出約是硅晶圓太陽能電池設(shè)備的24倍。以 IEK 的研究數(shù)據(jù)，建置 25MW 的太陽能電池廠，硅薄膜技術(shù)生產(chǎn)線需投資約 15 億元，而硅晶圓太陽能電池則投資約35 億元。若以 100MW 的電池模組裝置成本估計(jì)，薄膜較硅晶電池的設(shè)備成本多出約12倍（表三）。若是 32MW 堆疊式硅薄膜太陽能電池中電池設(shè)備即佔(zhàn)了成本結(jié)構(gòu)中的29%，若是 15MW 的 CIGS 薄膜模組，設(shè)備即占了32%，顯示薄膜太陽能電池設(shè)備為其最大成本支出?！　　　。ㄈ?硅薄膜技術(shù)為目前薄膜技術(shù)主流，CIGS薄膜技術(shù)以其轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)勢(shì)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)和趨勢(shì)　　太陽能薄膜電池商品化前景較好的是硅薄膜電池、碲化鎘、銅銦硒/銅銦鎵硒（CIS/CIGS）、砷化鎵等三五族化合物及染料敏化電池。其中硅薄膜太陽能電池為目前主流技術(shù)，而碲化鎘太陽能電池在美國 First Solar的成功銷售下，2007年成為出貨量最大的薄膜太陽能電池，CIGS太陽能電池雖有轉(zhuǎn)換效高等優(yōu)點(diǎn)，雖然CIGS是未來技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，但目前由于量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)不足，市場(chǎng)占有率仍偏低。另外三五族的砷化鎵太陽能電池轉(zhuǎn)換效率雖高，但成本高，目前以應(yīng)用于宇航領(lǐng)域?yàn)橹?，染料敏化電池則尚未大量生產(chǎn)?！　」璞∧ぬ柲茈姵亍　》蔷Ч瑁╝morphous silicon）薄膜太陽能電池已發(fā)展超過 30 年，最早商品化的硅薄膜太陽能電池使用在計(jì)算器、手表等產(chǎn)品上，硅薄膜太陽能電池中硅的結(jié)晶排列雜亂，相對(duì)結(jié)晶硅太陽能電池中的硅則排列較為規(guī)則。硅薄膜太陽能的制程不同于硅晶太陽能電池需經(jīng)過長晶、切晶、制成 Cell 與模組化等程序，硅薄膜太陽能電池有六道制程，首先在玻璃基板上形成一層透明導(dǎo)電氧化物薄膜（TCO），其次以激光將此薄膜圖形化；第三步則是以電漿式化學(xué)氣相沉積法（Plasmaenhanced chemical vapor deposition，PECVD）在 TCO上進(jìn)行硅薄膜的連續(xù)鍍膜，接著再以激光將硅薄膜圖形化，然后再以物理氣相沉積法（Physical Vapor Deposition，PVD）在硅薄膜上進(jìn)行金屬鍍薄，最后再以激光把金屬薄膜圖形化，完成之后，各個(gè)電池間就可藉著金屬與TCO薄膜相連接，在玻璃上形成模組且進(jìn)行封裝后完成薄膜太陽能電池模組。　　以往硅薄膜太陽能電池為單層非晶硅技術(shù)，由于非晶硅具有較佳的光吸收能力，因此僅需較薄的吸收層，但紅光及紅外光等能量較小光源則無法吸收而限制了其轉(zhuǎn)換效率，轉(zhuǎn)換效率約 67%，另外硅薄膜由于其結(jié)構(gòu)的影響而有光劣化的問題，在使用后的短時(shí)間內(nèi)效率會(huì)衰退 1535%。為提升轉(zhuǎn)換效率，目前太陽能廠商多以結(jié)合微晶硅的堆疊式（aSi/ucSi ，Tandem）技術(shù)制造，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)810%，甚至已有三層結(jié)構(gòu)（triple structure）的產(chǎn)品，而基板材料也從玻璃增加了可撓式金屬基板?！　　　№诨k（CdTe）太陽能電池　　碲化鎘（Cadmium Telluride，CdTe）薄膜太陽能電池為市場(chǎng)上另一已實(shí)際量產(chǎn)的薄膜太陽能電池。目前美國 First Solar 公司一家獨(dú)大，電池結(jié)構(gòu)與非晶硅太陽能電池相似，只是以碲化鎘代替硅。碲化鎘太陽能電池的制程一開始與硅薄膜太陽能相似，先在玻璃基板上形成 TCO，再利用成本較低的技術(shù)如 CSS法或VTD等方法形成 CdS 層與CdTe 層，并涂覆一層 CdCl2 達(dá)到活性化效果。CdTe太陽能電池雖有生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢(shì)，但材料含有毒元素，對(duì)鎘所帶來的重金屬污染有所疑慮，因此目前全球生產(chǎn)的廠商僅美國 First Solar 與德國 ANTEC Solar 等少數(shù)廠商，且目前均使用硬式的玻璃基板，尚未有可撓式產(chǎn)品上世。　　銅銦硒/銅銦鎵硒（CIS/CIGS）太陽能電池　　銅銦鎵硒（Copper Indium Gallium Diselenide，CIGS）薄膜太陽能電池在早期以銅、銦、硒三種元素組成為主，形成銅銦硒太陽能電池（CuInSe2，CIS），后續(xù)才加入鎵或硫而制成轉(zhuǎn)換效率較佳的銅銦鎵硒（CuInGaSe2，CIGS）太陽能電池，%（美國centh公司宣布），而大面積模組的效率最高可達(dá) 13%。銅銦鎵硒太陽能電池的最大問題在于銦的礦藏有限，加上硫化硒與鎘的毒性與這四種材料不易精密控制，使得 CIGS 太陽能電池未能大量生產(chǎn)。在結(jié)構(gòu)上，CIGS太陽能電池結(jié)構(gòu)與其他薄膜太陽能電池最大的不同處在于其玻璃基板是在最底層，非在受光面，如圖三。 近年來，在美國光伏計(jì)劃“Thin Film Partnership Program”、日本和歐盟等項(xiàng)目推動(dòng)下，很多大學(xué)、研究所和公司著重進(jìn)行銅銦硒薄膜電池材料、組件產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的合作開發(fā)，在提高電池效率的同時(shí)，進(jìn)一步降低該類電池產(chǎn)品的成本，在未來幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)小面積電池、商業(yè)化組件產(chǎn)品的效率分別達(dá)到23％和15％的目標(biāo)，每平方米成本小于50美元，以期實(shí)現(xiàn)其性能價(jià)格比與傳統(tǒng)能源相競(jìng)爭(zhēng)。 近幾年來，銅銦鎵硒太陽能薄膜電池的市場(chǎng)需求出現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢(shì)。由于大面積薄膜沉積工藝、設(shè)備、工藝質(zhì)量控制、大面積電池組件效率、組件產(chǎn)品等關(guān)鍵技術(shù)的突破，以及噴涂印刷、電沉積等新型低成本制備技術(shù)的出現(xiàn)，諸多公司紛紛擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，并涌現(xiàn)出許多新興公司。德國Wurth公司投資5000萬歐元， 2007年建成15MWp銅銦硒薄膜電池生產(chǎn)線，其無鎘緩沖層In2S3采用原子層沉積（ALD）的“干法”真空制備工藝；2008年日本Showa Shell和德國CIS Solartechnik公司分別建成20MWp生產(chǎn)線。，目前組件效率約為12％；德國Johanna公司已投資7200萬歐元興建30MWp生產(chǎn)線，并規(guī)劃于2009年將生產(chǎn)規(guī)模增至60MWp；美國Nanosolar公司已募集1億美元資金興建銅銦硒生產(chǎn)線，吸收層薄膜沉積技術(shù)采用噴涂印刷工藝，計(jì)劃將生產(chǎn)規(guī)模逐漸增至430MWp。 因此，從銅銦鎵硒電池技術(shù)上的問題以及科學(xué)技術(shù)發(fā)展進(jìn)程來看，當(dāng)前國際發(fā)展銅銦鎵硒薄膜電池除了進(jìn)一步提高單體電池轉(zhuǎn)換效率，有望突破20％外，產(chǎn)業(yè)化的最主要的內(nèi)容，一是開發(fā)新的工業(yè)化大面積沉積銅銦鎵硒薄膜沉積系統(tǒng)；二是按照商品化要求制造組件，也就是開發(fā)大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)與銅銦硒電池商品組件的工業(yè)化技術(shù)。染料敏化太陽能電池（DSSC）　　染料敏化電池（DyeSensitized Solar Cell，DSSC）由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有材料成本低及制程簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，而且還可以用印刷方式進(jìn)行大面積的大量生產(chǎn)。由于所使用的是有機(jī)染料，因此 DSSC 另有有機(jī)染料太陽能電池的名稱。染料敏化電池的結(jié)構(gòu)由兩片玻璃基板、兩片 TCO 與電極，而與其他薄膜太陽能電池最大的不同在于其中間使用液態(tài)的電解液、再加入光觸媒與染料，其中電極材料以鉑為主，電解液則以碘離子（I3/I）為主，另外以奈米二氧化鈦（TiO2）做為光觸媒，利用染料吸收太陽光，達(dá)成太陽能發(fā)電。目前為了增加實(shí)用性，已開始發(fā)展由可撓式基板取代玻璃基板，以膠態(tài)電解液甚至是固態(tài)電解液取代液態(tài)電解液。（四） CIGS薄膜太陽能電池的技術(shù)特點(diǎn)和某公司的優(yōu)勢(shì)銅銦鎵硒太陽能薄膜電池特點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況。CIGS是太陽能薄膜電池Cu(InGa)Se2的簡(jiǎn)寫，具有穩(wěn)定性好、抗輻照性能好、原材料消耗少、生產(chǎn)成本低、不衰減、弱光性能好、效率高等優(yōu)點(diǎn)，光電轉(zhuǎn)化效率居各種薄膜太陽能電池之首，接近晶體硅太陽電池，而成本只是晶體硅電池的三分之一，被國際上稱為“下一代非常有前途的新型薄膜太陽電池”。此外，該電池具有柔和、均勻的外觀，是對(duì)外觀有較高要求場(chǎng)所的理想選擇，如大型建筑物的玻璃幕墻等，在現(xiàn)代化高層建筑等領(lǐng)域有很大市場(chǎng)。CIGS電池產(chǎn)業(yè)化瓶頸已經(jīng)突破，隨著晶體硅太陽能電池原材料短缺的不斷加劇和價(jià)格的不斷上漲，世界很多公司投入巨資，CIGS產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)，到2010年，CIGS組件產(chǎn)能將達(dá)到1000MW。CIGS電池的主要缺點(diǎn)在于技術(shù)難度高、設(shè)備昂貴。產(chǎn)業(yè)化特點(diǎn)是高技術(shù)、高投入、高回報(bào)、高風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于CIGS產(chǎn)業(yè)化，應(yīng)將重點(diǎn)放在提高組件性能和質(zhì)量、提高良品率、擴(kuò)大產(chǎn)能、降低成本、在生產(chǎn)過程中減小對(duì)環(huán)境的影響。 到目前為止，雖然有30多家公司置身于CIGS產(chǎn)業(yè)，真正進(jìn)入市場(chǎng)開發(fā)的公司只有德國的某、Wuerth、Surlfulcell，美國的Global Solar Energy，日本的Honda、ShowaSolarShell。 中國的CIGS產(chǎn)業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美和日本等國家和地區(qū)。2008年2月，山東孚日光伏科技有限公司宣布與德國的Johanna合作，獨(dú)家引進(jìn)了中國首條CIGS商業(yè)化生產(chǎn)線，該項(xiàng)目采用濺射后硒化生產(chǎn)工藝，年產(chǎn)能60MW，預(yù)計(jì)2009年第三季度投產(chǎn)。2009年，臺(tái)灣威奈聯(lián)合科技與美國百全公司宣布投資9800萬美元在揚(yáng)州建立一條35MW的CIGS太陽能電池，未來計(jì)劃再建設(shè)200MW；香港耀飛發(fā)展（國際）有限公司和廣東信宇投資有限公司宣布共同發(fā)起成立華茂能源科技有限公司，在廣州投資5億美元建立一條25MWcigs薄膜太陽能電池生產(chǎn)線和研發(fā)中心。銅銦鎵硒電站的建設(shè)已經(jīng)達(dá)到兆瓦級(jí)水平，據(jù)瑞士的SolarMax光伏并網(wǎng)逆變器公司提供的資料，并成功運(yùn)行。另外，銅銦鎵硒太陽能電池板也可做成柔性，其均勻的顏色和穩(wěn)定的性能，更加適合與建筑一體化的應(yīng)用。這必將加快CIGS的商業(yè)應(yīng)用。銅銦鎵硒電池的制造工藝比較CIGS電池的吸收層銅銦鎵硒薄膜是一種多元化合物多晶半導(dǎo)體材料，元素配比是決定材料性能的主要因素。由于元素成分多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝中某一項(xiàng)參數(shù)略有偏差，則材料的電學(xué)性能和光學(xué)性能變化很大，制備過程難于控制。因此，CIGS薄膜是電池的核心材料，制備它的工藝技術(shù)方法即為它的技術(shù)路線。CIGS薄膜的制備技術(shù)有很多種，但實(shí)現(xiàn)商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的制備技術(shù)主要有硒化法、蒸發(fā)法和混合法。目前商業(yè)化生產(chǎn)的主流技術(shù)是蒸發(fā)法和硒化法，分別以德國Wuerth和某、日本Shell為代表。在所有采用堿石灰玻璃襯底的廠家中，從綜合面積和平均效率來看，某公司處于頂尖水平，面積為1400mmx1100mm,轉(zhuǎn)化率達(dá)12%，Wuerth、Shell、Honda、Johanna、Showa Shell、Sekeyi、Sulfurcell面積為1200mm600mm,轉(zhuǎn)化效率在10%。（1）硒化法適合大規(guī)模生產(chǎn)，技術(shù)特點(diǎn)是能源消耗小，工藝過程容易控制。包括硒化氫硒化和固態(tài)源硒化，硒化后也可增加硫化過程，最終形成滿足配比要求的多晶薄膜。金屬預(yù)制層一般采用濺射方法，濺射金屬預(yù)制層可以保證大面積薄膜的均勻性，通過控制濺射速率和濺射時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜厚度和元素比例的精確控制。難點(diǎn)主要集中在后硒化工藝，如硒氣氛的氣流、襯底加熱器的分布和過程控制等。但該技術(shù)路線的問題是H2Se(硒化氫)屬于有毒危險(xiǎn)氣體。此外制備CIGS薄膜時(shí)間長，設(shè)備比較龐大，原材料消耗和生產(chǎn)設(shè)備成本高于蒸發(fā)法技術(shù)路線，但較易實(shí)現(xiàn)元素的精確配比和大面積均勻性，其技術(shù)難度要低于蒸發(fā)法。固態(tài)源硒化法工藝簡(jiǎn)單，成本低，不使用H2Se氣體，目前世界只有某公司開發(fā)成套的工藝生產(chǎn)設(shè)備，在世界處于領(lǐng)先地位。（2） 蒸發(fā)法是由美國Boeing(波音)公司發(fā)展起來的，其特點(diǎn)是薄膜材料晶相結(jié)構(gòu)好，各個(gè)元素比例可以在蒸發(fā)過程中調(diào)節(jié)，特別是通過調(diào)節(jié)Ga(鎵)元素在吸收層縱向分布來實(shí)現(xiàn)禁帶寬度梯度結(jié)構(gòu)較為容易。這種技術(shù)生產(chǎn)周期短，節(jié)省貴重金屬材料，設(shè)備緊湊成本低，是大規(guī)模生產(chǎn)銅銦鎵硒薄膜太陽能電池很有發(fā)展前景的技術(shù)路線。技術(shù)難點(diǎn)是要求對(duì)每種元素蒸發(fā)速率及蒸發(fā)量要精確控制，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化還需要保證大面積沉積的均勻性，因而“多元線型蒸發(fā)源連續(xù)沉積大面積CIGS薄膜設(shè)備”和工藝技術(shù)是制備CIGS薄膜材料國際上最尖端技術(shù)，目前只有德國ZSW中心開發(fā)出來并用于WuerthSolar生產(chǎn)線。蒸發(fā)法技術(shù)難度較高，生產(chǎn)過程控制難度大，優(yōu)點(diǎn)是不使用H2Se有毒氣體。分步蒸發(fā)法可使元素分布產(chǎn)生梯度效果，而且薄膜晶相結(jié)構(gòu)好，但沉積大面積CIGS薄膜時(shí)要求Cu(銅)、In(銦)、Ga、Se(硒)為線性蒸發(fā)源，由于蒸發(fā)金屬Cu的線性蒸發(fā)源溫度要達(dá)到1200℃以上，蒸發(fā)源材料和結(jié)構(gòu)在如此高的溫度下實(shí)現(xiàn)起來比較困難，而且也很難達(dá)到其控制精度。（3）混合法。美國EPV公司采用In、Ga和Se由線性源蒸發(fā)與Cu濺射后硒化的混合法制備大面積銅銦鎵硒薄膜，稱為“混合法沉積技術(shù)”。3 、某公司的優(yōu)勢(shì)某公司的優(yōu)勢(shì)在于工藝先進(jìn)、技術(shù)完整、無污染