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太陽能電池簡介
太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池為主流,而以光化學(xué)效應(yīng)工作的實(shí)施太陽能電池則還處于萌芽階段。
太陽能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ),其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電于轉(zhuǎn)換反應(yīng),根據(jù)所用材料的不同,太陽能電池可分為:1、硅太陽能電池;2、以無機(jī)鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、銅銦鎵硒等多元化合物為材料的電池;3、功能高分子材料制備的太陽能電池;4、納米晶太陽能電池等。其中銅銦鎵硒太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率居各種薄膜太陽能電池之首,接近晶體硅太陽電池,而成本則是晶體硅電池的三分之一,在實(shí)際應(yīng)用上具有很大的優(yōu)勢,被國際上稱為“下一時代非常有前途的新型薄膜太陽電池”。
CIGS太陽能電池簡介
CIGS是太陽能薄膜電池CuInxGa(1-x)Se2的簡寫,其具有穩(wěn)定性好、抗輻照性能好、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。小樣品CIGS太陽能電池的最高轉(zhuǎn)化效率2013年10月刷新為20.8%,由德國太陽能和氫能研究機(jī)構(gòu)ZSW采用同步蒸發(fā)法制備。大面積電池組件轉(zhuǎn)化效率及產(chǎn)量根據(jù)各公司制備工藝不同而有所不同,一般在10%~15%范圍內(nèi)。我國CIGS薄膜技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室階段,南開大學(xué)光電子研究所在CIGS研究上處于國內(nèi)領(lǐng)先水平,轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到13%以上。
雖然CIGS太陽能電池具有高效率和低材料成本的優(yōu)勢,但它也面臨三個主要的問題:(1)制程復(fù)雜,投資成本高(2)關(guān)鍵原料的供應(yīng)不足(3)緩沖層CdS具有潛在的毒性
CIGS太陽能電池的構(gòu)造
襯底為覆有Mo層的鈉鈣玻璃,一般采用直流磁控濺射法沉積Mo鉬作為支持層。而CIGS薄膜的生長則采用三步共蒸發(fā)。再采用水浴法沉積CdS薄膜,接著濺射雙層的ZnO薄膜,再用電子束蒸發(fā)制備Ni/Al電極,最后上面再覆蓋一層增透膜MgF2。
CIGS電池的發(fā)展歷史
70年代Bell實(shí)驗(yàn)室Shaly等人系統(tǒng)研究了三元黃銅礦半導(dǎo)體材料CIS的生長機(jī)理、電學(xué)性質(zhì)及在光電探測方面的應(yīng)用
1974年,Wagner利用單晶CIS研制出高效太陽能電池,制備困難制約了單晶CIS電池發(fā)展
1976年,Kazmerski等制備出了世界上第一個CIS多晶薄膜太陽能電池
80年代初,Boeing公司研發(fā)出轉(zhuǎn)換效率高達(dá)9.4%的高效CIS薄膜太陽能電池
80年代期間,ARCO公司開發(fā)出兩步(金屬預(yù)置層后硒化)工藝,方法是先濺射沉積層Cu、In層,然后再在H2Se中退火反應(yīng)生成CIS薄膜,轉(zhuǎn)換效率也超過10%
1994年,瑞典皇家工學(xué)院報(bào)道了面積為0.4平方厘米效率高達(dá)17.6%的CIS太陽能電池
90年代后期,美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)一直保持著CIS電池的最高效率紀(jì)錄,并于1999年,將Ga代替部分In的CIGS太陽能電池的效率達(dá)到了18.8%,2008年更提高到19.9%
2010年8月,德國太陽能和氫能研究機(jī)構(gòu)ZSW采用共蒸鍍法制備出的小樣品CIGS太陽能電池,轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20.3%
2013年,ZSW研究員將CIGS薄膜太陽能電池的效率提高到了20.8%。這一數(shù)字創(chuàng)下薄膜太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率新紀(jì)錄。薄膜電池效率第一次超過了主導(dǎo)市場的多晶硅太陽能電池
CIGS太陽能電池的前景及應(yīng)用
CIGS太陽能電池的前景
ontent"> 最近幾年,原子層沉積技術(shù)(ALD)快速發(fā)展,它是一種類似CVD的化學(xué)沉積制備薄膜的方法。主要優(yōu)點(diǎn)是制備的薄膜更加致密,缺陷更少,對襯底表面沒有任何要求。如果用這種方法制備CIGS太陽能電池的緩沖層ZnS,不僅可以實(shí)現(xiàn)電池的無鎘化,避免廢水處理等不利因素,還可以實(shí)現(xiàn)電池制備工藝的流水化。整個工藝過程可以實(shí)現(xiàn)全真空化,提高電池轉(zhuǎn)換效率,同時可以提高電池的生產(chǎn)效率。按照這一技術(shù)路線,電池組件的效率有希望達(dá)到15%到18%的水平。IBM公司的研究部門正在開發(fā)常溫下制造CIGS太陽能電池的工藝,光電轉(zhuǎn)換效率的目標(biāo)也在15%以上,隨著技術(shù)的發(fā)展和研究的深入,CIGS電池的性能將會快速提高,成為未來薄膜太陽能組件的主流產(chǎn)品。
CIGS太陽能電池的應(yīng)用
CIGS太陽能電池具有柔和、均勻的黑色外觀,是對外觀有較高要求場所的理想選擇,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。CIGS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。
銅銦鎵硒電站的建設(shè)已經(jīng)達(dá)到兆瓦級水平,據(jù)瑞士的SolarMax光伏并網(wǎng)逆變器公司提供的資料,2008年9月在西班牙建成了的3.24兆瓦銅銦鎵硒電站,并成功運(yùn)行。這必將加快CIGS的商業(yè)應(yīng)用。
相關(guān)生產(chǎn)及設(shè)備制造企業(yè)
漢能控股集團(tuán);MANZ集團(tuán)
MANZ集團(tuán),又名:亞智??偣疚挥诘聡_伊特林根城,是一家全球領(lǐng)先的高科技設(shè)備制造商。1987年成立的Manz公司,涵蓋的技術(shù)領(lǐng)域包含自動化、激光工藝、真空鍍膜、電極印刷、測試與檢測及化學(xué)濕制程,這些核心技術(shù)將應(yīng)用于Manz在“顯示器”、“太陽能”及“電池”三大策略領(lǐng)域的技術(shù)擴(kuò)展,并將在未來持續(xù)向前發(fā)展。
2010年夏季,Manz與Würth Solar于德國Schwbisch Hall簽訂了一項(xiàng)共同合作協(xié)議,該協(xié)議授權(quán)Manz獨(dú)家獲得薄膜太陽能模塊的CIGS專有技術(shù)。在2012年1月完成收購其CIGS太陽能模組創(chuàng)新生產(chǎn)線后,CIGS技術(shù)執(zhí)照將會無限制地全數(shù)轉(zhuǎn)移。正因?yàn)檫@一協(xié)議,Manz是全球唯一可供應(yīng)完整可量產(chǎn)并獲利的CIGS太陽能電池組件交鑰匙生產(chǎn)線制造商。此外,Manz擁有全球產(chǎn)業(yè)最大的CIGS專家團(tuán)隊(duì)可供調(diào)度支配。
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