CIGS薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)化分析報(bào)告

1、CIGS薄膜太陽電池產(chǎn)業(yè)化分析報(bào)告1、 CIGS薄膜太陽電池實(shí)驗(yàn)研究發(fā)展歷程自1976年美國Maine州大學(xué)首次開發(fā)出轉(zhuǎn)換效率6.6%的CIS薄膜太陽電池以后1，CIGS薄膜太陽電池由于具有成本低、效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)越的綜合性能，開始受到人們的普遍重視，發(fā)展迅速，成為國際光伏界的研究熱點(diǎn),被認(rèn)為是薄膜電池中最有發(fā)展前景的光伏材料之一。它具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：(1)CIS薄膜的禁帶寬度一般為1.04eV，通過摻入適量的Ga替代部分In，成為CuIn1-xGaxSe2混溶晶體，薄膜的禁帶寬度可在1.041.67eV范圍內(nèi)調(diào)整，這就為太陽電池最佳帶隙的優(yōu)化提供了新的途徑；(2)是一種直接帶隙材料，光吸

2、收率達(dá)105/cm量級，電池厚度1微米就可以將90%以上的入射光子吸收，降低了昂貴的材料消耗，最適于太陽電池薄膜化；(3)抗輻射能力強(qiáng)，用作空間電源具有很強(qiáng)的競爭力；(4)轉(zhuǎn)換效率高。在NREL2008 年發(fā)布的報(bào)告中，具有常規(guī)結(jié)構(gòu)以玻璃為襯底的小面積 CIGS 電池效率已經(jīng)達(dá)到19.92(5)電池性能穩(wěn)定，無衰退性。美國波音航空公司曾經(jīng)制備91cm2的CIS組件經(jīng)100MW/cm2光照7900小時(shí)后發(fā)現(xiàn)電池效率沒有任何衰減3；(6)技術(shù)成熟后，制造成本約是晶體硅太陽電池的二分之一到三分之一，能量償還時(shí)間在一年之內(nèi)，遠(yuǎn)低于晶體硅太陽電池；(7)玻璃襯底中的Na效應(yīng)。在CIGS薄膜中微量的Na可

3、以顯著的提高電池的轉(zhuǎn)換效率和成品率，因此使用堿石灰玻璃（soda-lime glass，簡稱SLG）作為CIGS的襯底，除了成本低、膨脹系數(shù)接近外，還有Na摻雜的考慮。1.1 國際研究狀況1.1.1 小面積玻璃襯底CIGS太陽電池雖然CIGS電池起步比較晚，但是經(jīng)過20多年的發(fā)展小面積單結(jié)電池轉(zhuǎn)換效率提高迅速。1982年Boeing公司采用蒸發(fā)法制備出的電池效率首次超過10%4。1983年ARCO Solar提出了硒化法，并于1988年制備出了轉(zhuǎn)換效率11.1%的CIS電池5。1993年EuroCIS采用CdS/ Cu(In,Ga)Se2結(jié)構(gòu)制備出的電池效率超過了15%6。1994年美國NRE

4、L（National Renewable Energy Laboratory）提出了共蒸發(fā)三步法，制備出了全面積轉(zhuǎn)換效率16.8%7的電池。這之后NREL一路領(lǐng)跑，分別于1996年、1999年、2003年制備出了轉(zhuǎn)換效率17.7%5、18.8%7、和19.2%8的CIGS電池，均創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的最高轉(zhuǎn)換效率記錄。2008年NREL更是將效率提高至19.92。圖1給出的是實(shí)驗(yàn)室制備CIGS薄膜電池效率發(fā)展曲線圖。圖1 實(shí)驗(yàn)室制備的薄膜電池效率91.1.2 柔性襯底小面積CIGS電池柔性襯底主要指不銹鋼、鉬、鈦、鋁和銅等金屬箔材料及聚酰亞胺等柔性材料。美國、日本和德國的研究機(jī)構(gòu)在柔性金屬CIGS電池研

5、究方面處于領(lǐng)先水平。表1 列出了目前的各種金屬襯底CIGS電池的最高效率。美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）研制的小面積不銹鋼電池的最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了17.5 10 ，是柔性襯底CIGS 電池的世界記錄。表1 不同柔性金屬襯底 CIGS 太陽電池的研究水平（AM1.5）柔性襯底轉(zhuǎn)換效率（）吸收層制備技術(shù)研制單位SS17.5CIGS（共蒸發(fā)）NRELMo11.7CIGS（氧化物預(yù)制層，硒化）IEST11Cu9.0CIGS（電沉積預(yù)制層，硒化）CIS Solartechik12Ti16.2CIGS（共蒸發(fā)）HMI13Al6.6共蒸發(fā)CIGSETH141.2 國內(nèi)研究狀況我國于2001 年將 CI

6、S 薄膜太陽電池列入國家“十五863”重點(diǎn)項(xiàng)目，在天津市建立銅銦硒太陽能薄膜電池試驗(yàn)平臺和中試線，由南開大學(xué)承擔(dān)。該項(xiàng)目的成功運(yùn)作將為我國CIS 薄膜太陽電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，乃至為國內(nèi)CIS 薄膜太陽電池的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前，采用三步法蒸發(fā)沉積制備的小面積電池(0.92cm 2 )最高效率為 14.1%，小組件(約 10cm 2 )效率為 8%，不銹鋼襯底電池最高轉(zhuǎn)換效率 10%，聚酰亞胺襯底電池最高轉(zhuǎn)換效率 9.7%,均在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。目前國內(nèi)從事 CIGS 薄膜太陽電池研究的單位除了較有影響的南開大學(xué)外，清華大學(xué)、中國科技大學(xué)、浙江大學(xué)、武漢理工大學(xué)、桂林工學(xué)院等也紛紛開展 CIG

7、S 太陽電池的研究工作，研究工作除了傳統(tǒng)的共蒸發(fā)法、濺射硒化法外，還涉及到有望大幅度削減生產(chǎn)成本的電化學(xué)法電沉積法，但是眼下還未有突破性研究進(jìn)展。2、CIGS產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?fàn)顩r2.1 CIGS產(chǎn)業(yè)化發(fā)展歷程CIGS電池具有很好的商業(yè)前景，許多國際研究機(jī)構(gòu)和商業(yè)公司很早就投入實(shí)驗(yàn)研究，因而CIGS組件在全球范圍內(nèi)得到了穩(wěn)步的發(fā)展，特別是日本和歐美在CIGS太陽電池的研究方面投入了大量的人力和物力，進(jìn)展相當(dāng)快。80年代期間，Boeing和ARCO Solar在CIGS走向產(chǎn)業(yè)化方面做出了大量貢獻(xiàn)。兩個(gè)公司分別采用兩種不同的工藝技術(shù)沉積CIGS薄膜，即蒸發(fā)法和金屬預(yù)制層濺射后硒化法，這也是目前世界上獲得

8、高效CIGS電池組件最常用的兩種方法。CIS的商業(yè)化生產(chǎn)首先由西門子公司（前身ARCO Solar，后來轉(zhuǎn)為Shell Solar）在90年代初實(shí)現(xiàn)。2.1.1 CIGS組件日本Showa Shell和松下電器分別以濺射后硒化工藝和共蒸發(fā)工藝進(jìn)行研究。其中的Showa Shell在02年8月制備的ZnO/Zn（O，S，OH）x/CIGS結(jié)構(gòu)的組件，由4片面積900cm2的電池串聯(lián)而成，更是獲得了13.4%的效率15，并建成了10kW的中試線。美國則是以NREL為中心進(jìn)行研究，以Global Solar Energy（GSE）和Shell Solar為主進(jìn)行產(chǎn)業(yè)開發(fā)。Shell Solar公司也

9、是采用濺射后硒化工藝，99年其生產(chǎn)的40w輸出功率的組件創(chuàng)造了12.1%的當(dāng)時(shí)最高效率，03年Shell Solar再接再厲，不但將成品率提升至85%，64.8w輸出功率的組件效率也升至了13.1%16，效率穩(wěn)定在11%-11.5%之間。德國則以Wurth Solar、ZSW、Johanna Solar等為代表進(jìn)行產(chǎn)業(yè)研發(fā)，Wurth Solar公司采用的是Cu、In、Ga、Se共蒸發(fā)，然后二次硒化的工藝，平均效率已經(jīng)達(dá)到8%以上，02年末產(chǎn)量達(dá)1.2MW，生產(chǎn)能力3MW/年，03年1.2×0.6m2組件最高效率接近12%17。ZSW制備的基板面積30×30cm2的的組件也

10、取得了可喜的成績。Johanna Solar與南非Johannesburg大學(xué)合作，采用濺射后硒化再硫化工藝，100×30cm2襯底包含60片CIGS電池，組件效率達(dá)到14.7±1.2 18,是目前為止采用濺射后硒化工藝獲得的效率最高的CIGS組件。除此以外，03年瑞典的Uppsala大學(xué)研制的16cm2小型CIGS太陽電池組件效率也達(dá)到16.6%19。法國的Taunier等人采用電沉積的方法制備的30×30cm2組件效率平均在6%-7%。表2給出大面積CIGS薄膜的研究進(jìn)展。表2 大面積CIGS薄膜的研究進(jìn)展2.1.2 柔性襯底CIGS組件柔性光伏組件的中試和產(chǎn)

11、業(yè)化已經(jīng)取得了令人矚目的發(fā)展。IEC 和Solarion 均使用卷卷工藝沉積吸收層。IEC 使用兩步法工藝：首先沉積富Cu層，時(shí)間大約為32min。接著沉積InGaSe 層，時(shí)間是12 分。在整個(gè)過程中，In、Ga 的流量保持一致，所以不存在梯度帶隙。而 Solarion 公司采用離子束輔助共蒸發(fā)（Ionassisted coevaporation）技術(shù)制備的20×20cm2聚酰亞胺薄膜（PI） 襯底CIGS薄膜電池最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了8，平均效率5，在大面積柔性PI 襯底CIGS 薄膜研究領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。美國Global Solar公司采用不銹鋼襯底，30×120cm2面

12、積上電池效率達(dá)到10.7，平均效率820。2.2 CIGS產(chǎn)業(yè)化技術(shù)特點(diǎn)及存在問題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，它的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。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，包括蒸發(fā)法、濺射后硒化法和混和法 、分子束外延、電化學(xué)、微粒沉積技術(shù)、脈沖電子束沉積（閃蒸法）、激光沉積等。但實(shí)現(xiàn)商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的制備技術(shù)只有蒸發(fā)法、濺射后硒化法和混合法。CBD法沉

13、積緩沖層CdS濺射窗口層i-ZnO濺射后硒化與共蒸發(fā)吸收層Cu(In,Ga)Se2蒸發(fā)上電極Al濺射背電極Mo濺射減反射層MgF2陽光玻璃襯底或柔性襯底濺射窗口層ZnO:Al圖2 CIGS薄膜太陽電池典型結(jié)構(gòu)硒化法適合大規(guī)模生產(chǎn)，比較普遍，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CIGSSe多晶薄膜。金屬預(yù)制層成膜方法有濺射、蒸發(fā)和電沉積等等，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，金屬元素的配比可以通過控制濺射速率和濺射時(shí)間實(shí)現(xiàn)對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。最初由西

14、門子公司創(chuàng)造并發(fā)展的這一技術(shù)路線被業(yè)內(nèi)人士稱為最成熟技術(shù)路線。美國Shell Solar Industries，USA（原西門子公司）CIS太陽電池3MW生產(chǎn)線，采用濺射后硒化技術(shù)制造的60cm×90cm銅銦硒太陽電池組建轉(zhuǎn)換效率達(dá)13.1（有效面積），輸出功率為65Wp；日本Showa Shell研發(fā)中心中試生產(chǎn)線采用“濺射后硒化”技術(shù)制備銅銦硒集成電池組件30cm×30cm，最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)14.2，30cm×120cm組件效率最高達(dá)到13；利用這一技術(shù)2007年建立20MW生產(chǎn)線。硒化技術(shù)特點(diǎn)是能源消耗小，工藝過程容易控制，但該技術(shù)路線的問題是H2Se 屬于有

15、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)難度要低于共蒸發(fā)法。蒸發(fā)法是由美國boeing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)銅銦鎵硒薄膜太陽電池很有發(fā)展前景的技術(shù)路線。但技術(shù)難點(diǎn)是要求每種元素蒸發(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)

16、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Wuerth Solar生產(chǎn)線，2003年生產(chǎn)CIGS電池組件10 000片，約420kWp，2004年在第二條1.3MWp中試線上（基片寬60cm）生產(chǎn)120cm×60cm組件的最高效率為13.0，平均效率達(dá)到11.5，產(chǎn)量的80超過平均值（按總面積算），有效面積的平均效率達(dá)到12.3，成為大面積中效率最高的薄膜太陽電池，也是薄膜太陽電池生產(chǎn)線的世界記錄，目前已經(jīng)超過濺射后硒化方法，2007年建成單機(jī)年產(chǎn)15MW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。固態(tài)源硒化法工藝

17、簡單，成本低，不使用H2Se 氣體，但技術(shù)還不成熟。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、In、Ga、Se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度以上，蒸發(fā)源材料和結(jié)構(gòu)在如此高的溫度實(shí)現(xiàn)困難，而且也很難達(dá)到其控制精度和穩(wěn)定性。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)”，2004年研制的3 454cm2面積的組件效率達(dá)到7.5。2.3 CIGS產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢及存在問題2.3.1 CIGS產(chǎn)業(yè)與晶體硅電池產(chǎn)業(yè)相比優(yōu)勢所在CIGS薄膜太陽電池組件具有很多

18、晶體硅太陽電池不可比擬的優(yōu)勢，綜述如下：1、 CIGSSe 薄膜太陽電池原材料避開了緊缺的晶體硅，雖然銦的儲量有限，但是每1MWCIGS銦的使用量為50kg，2006年全世界銦的產(chǎn)量為1016噸，保守估計(jì)當(dāng)產(chǎn)量達(dá)到1GW時(shí)才會(huì)出現(xiàn)銦短缺，而目前世界上CIGS的產(chǎn)量不到10MW；另一方面，CIGSSe 薄膜太陽電池只有2 微米厚度，與晶硅電池200 微米厚度相比，材料消耗很小。2、 CIGS 薄膜是一種直接帶隙半導(dǎo)體材料，其重要特性是能隙可通過Ga 摻入量進(jìn)行調(diào)節(jié)。CIGS材料禁帶寬度可以在1.04eV1.65eV 間變化，非常適合調(diào)整和優(yōu)化材料的禁帶寬度，使CIGS 薄膜太陽電池具有最佳的光學(xué)

19、能隙。CIGS薄膜材料對可見光的吸收系數(shù)是薄膜電池中最高的， 達(dá)到105/cm，適合于電池結(jié)構(gòu)薄膜化。這些優(yōu)勢使CIGS薄膜電池成為轉(zhuǎn)換效率最高的薄膜電池。3、 CIGS 薄膜太陽電池使用廉價(jià)普通玻璃做襯底，采用濺射預(yù)制層后硒化技術(shù)，原材料耗損量小，材料成本只有晶體硅電池的一半，而能源消耗不到晶體硅電池的三分之一。生產(chǎn)過程以常溫為主，只有擴(kuò)散過程采用約500 度高溫，但也遠(yuǎn)低于晶體硅的900 度，對大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)而言，節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢非常明顯。4、 在規(guī)?；a(chǎn)的太陽電池中，CIGSSe 薄膜太陽電池的同功率組件發(fā)電量是最高的，也就是能量回收期最短。根據(jù)德國研究機(jī)構(gòu)的測試，CIGS薄膜太陽電池能

20、量回收期只有一年，非晶硅薄膜太陽電池的能量回收期約是1 年半，晶體硅太陽電池組件則是2 年以上。5、 適用范圍廣是CIGS 薄膜太陽電池競爭優(yōu)勢的另一個(gè)體現(xiàn)。該電池能適應(yīng)高溫、宇宙射線輻射、特殊氣象條件等惡劣環(huán)境，長期穩(wěn)定性是各種電池中最好的。美國Boeing 公司對CIS 薄膜太陽電池做過電子與質(zhì)子輻照、溫度交變、振動(dòng)、加速度沖擊等試驗(yàn)，經(jīng)過地面考核試驗(yàn)的電池裝在衛(wèi)星上在空間運(yùn)行一年，證明抗輻射性能好，而且光電轉(zhuǎn)換效率幾乎無衰退，在空間電源方面具有很強(qiáng)的競爭力。6、 CIGSSe 薄膜太陽電池使用過程中熱斑效應(yīng)小，在陰天、太陽初升或西斜等小角度入射等情況下仍然具有良好的發(fā)電性能，而晶硅電池在

21、弱光或光線小角度入射情況下發(fā)電能力急劇下降。在強(qiáng)烈陽光照射下，由于溫度上升，晶硅太陽電池溫度效應(yīng)明顯，功率溫度系數(shù)約為-0.3%/，而CIGS薄膜太陽電池功率溫度系數(shù)只有晶硅電池的一半左右。7、 CIGS 薄膜太陽電池組件采用激光切割濺射透明導(dǎo)電膜方式聯(lián)接，與晶體硅電池片焊帶聯(lián)接方式相比，可靠性高，碎片率更低，適合大規(guī)模自動(dòng)化流水線生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，成品率高，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。8、 近幾年來，客戶對太陽能電池外觀、重量、安裝條件、運(yùn)輸是否方便等方面都提出了更高的要求。CIGS 薄膜太陽電池組件具有外形美觀、重量輕、運(yùn)輸成本低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。晶硅太陽電池組件的單瓦重量為0.18 公斤，而CIGS薄

22、膜太陽電池組件單瓦重量只有0.11 公斤。9、 CIGS薄膜太陽電池組件輔助材料供應(yīng)充足，晶體硅電池背膜TPT 由于有美國杜邦的專利限制，市場供應(yīng)緊張，價(jià)格畸高。CIGS薄膜太陽電池組件不使用TPT 背膜，同時(shí)EVA 膠膜的使用量也降低一半，即降低了成本，又規(guī)避了原料緊缺問題。2.3.2 CIGS產(chǎn)業(yè)與其余薄膜電池產(chǎn)業(yè)的比較CdTe 太陽電池是從七十年代后期研制并發(fā)展起來的，電池結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝較為簡單。但作為核心層的CdTe半導(dǎo)體薄膜主要成分是“特別有毒”的重金屬鎘，可能造成環(huán)境污染。因此，此項(xiàng)技術(shù)市場前景不佳。僅有的幾家公司生產(chǎn)的組件效率一般在6%9.5%之，該類產(chǎn)品目前的市場占有率約1.1

23、%。根據(jù)專業(yè)光伏市場研究報(bào)及市場調(diào)研告可以發(fā)現(xiàn)，非晶硅薄膜電池技術(shù)獲得的評價(jià)很低，原因在于它的轉(zhuǎn)換效率低而且穩(wěn)定性不好。雖然非晶硅/微晶硅疊層技術(shù)顯示了令人興奮的發(fā)展前景，但該技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室階段向產(chǎn)業(yè)化階段轉(zhuǎn)化的過程中遇到了很大的困難，例如無法徹底解決太陽電池的光致衰退現(xiàn)象、大面積鍍膜不均勻等問題，且目前光伏市場上尚無采用此技術(shù)的成熟產(chǎn)品。而CIGS薄膜太陽電池是光伏市場上目前唯一能達(dá)到多晶硅和單晶硅電池效率的薄膜電池產(chǎn)品，市場接受度很高。目前，由于缺少高效率薄膜電池產(chǎn)品，部分用戶被迫選擇了具有高污染風(fēng)險(xiǎn)的CdTe太陽電池產(chǎn)品。各種薄膜太陽電池產(chǎn)品的比較如圖3所示。圖3 各種薄膜太陽電池技術(shù)比較

24、CIGS電池的主要優(yōu)勢是高效率、高穩(wěn)定性、低能耗，外表美觀。 缺點(diǎn)在于技術(shù)難度高、設(shè)備昂貴、電池面積較小。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)。存在的問題是原材料In儲量有限，2050年以后可能出現(xiàn)原料緊張，另外電池結(jié)構(gòu)中部分材料有毒。CIGS產(chǎn)業(yè)能否降低成本取決于以下五個(gè)因素21：1、CIGS吸收層沉積設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化；2、高效率；3、柔性襯底的防潮性能；4、減薄吸收層至1um及以下；5、大面積均勻性。2.3 CIGS產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀表3給出世界范圍內(nèi)CIGS的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀222324.從表中我們可以看出，CIGS商業(yè)化生產(chǎn)幾乎都集中在歐州、美國和日本，分別有12家、16家、2家，而歐洲又幾乎都集

25、中在德國，主要是由于德國的政策扶持和技術(shù)優(yōu)勢。雖然有30幾家公司置身于CIGS產(chǎn)業(yè)，但到目前為止，真正進(jìn)入市場開發(fā)的只有德國的Wuerth、Surlfulcell，美國的Global Solar Energy，日本的Honda、Showa Solar Shell，美國的Shell Solar在06年已實(shí)現(xiàn)3MW的中試開發(fā)并投放市場，目前市場開發(fā)暫時(shí)停止，正與加拿大Saint-Gobain合作建設(shè)30MW生產(chǎn)線。06年、07年世界CIGS電池組件產(chǎn)能分別為17.5MW、60.5MW,與晶體硅相比差距巨大，在世界光伏市場上占據(jù)的份額很小。但隨著晶體硅太陽電池原料短缺的不斷加劇和價(jià)格的不斷上漲，很多

26、公司投入巨資，CIGS產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢，到2010年，CIGS組件產(chǎn)能將達(dá)到969MW，其中歐、美、日本和中國分別貢獻(xiàn)173MW、688MW、88MW、60MW，很多公司將于08年和09年投入生產(chǎn)，CIGS產(chǎn)業(yè)化的瓶頸已被突破。從表中也可以發(fā)現(xiàn)，每個(gè)公司的產(chǎn)能基本都在30MW左右，與晶體硅和非晶硅電池廠家動(dòng)輒幾百M(fèi)W的產(chǎn)能形成了鮮明的對比，凸顯了CIGS產(chǎn)業(yè)高技術(shù)、高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)的特點(diǎn)。從表3的工藝一列可以看出，目前商業(yè)化生產(chǎn)的主流技術(shù)仍是蒸發(fā)法和硒化法，分別以Wuerth和Shell為代表。幾乎所有公司的前電極和背電極材料都分別為ZnO和Mo，Global Solar的前電極

27、材料為ITO。在所有采用堿石灰玻璃襯底的廠家中，綜合面積和平均效率來看，Wuerth、Shell、Honda、Johanna、Showa Shell Sekeyi、Sulfurcell走在了前列，面積為120×60cm2時(shí)平均效率在1012，Johanna公司采用濺射后硒化再硫化工藝，100×30cm2襯底包含60片CIGS電池，組件效率達(dá)到14.7±1.2 18,是目前為止采用濺射后硒化工藝獲得的效率最高的CIGS組件。在柔性襯底方面，Global Solar Energy當(dāng)仁不讓地走在了前面。中國的CIGS產(chǎn)業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美和日本等國，令人振奮的是08年2月，

28、山東孚日光伏科技有限公司（Sunvim Solar）宣布與德國的Johanna合作，獨(dú)家引進(jìn)了中國首條CIGSSe商業(yè)化生產(chǎn)線，年產(chǎn)能60MW，預(yù)計(jì)09年第三季度投產(chǎn)，使中國加入了CIGS商業(yè)化生產(chǎn)的大家庭。該項(xiàng)目所采用的濺射后硒化生產(chǎn)工藝，技術(shù)先進(jìn)，設(shè)備投資小。硒化爐一次可以放入數(shù)十片電池，相比共蒸發(fā)法一次一片的生產(chǎn)方式，“濺射金屬預(yù)制層再硒化、硫化”法能源消耗很小，更適合大規(guī)模生產(chǎn)，符合國家減排降耗的產(chǎn)業(yè)政策。此外中國銦儲量約占世界2/3，是世界主要的原生銦出口國。目前我國大部分銦材料出口至日本和韓國，僅有少量被國內(nèi)使用。由于銦材料的特殊性質(zhì)和稀有性，我國已從2007 年6月開始正式施行銦

29、材料出口配額制，并計(jì)劃實(shí)施銦材料的國家戰(zhàn)略儲備。那么原來用于出口的銦材料必須要有國內(nèi)的企業(yè)來使用，因此有理由相信，孚日光伏未來的銦材料供給是有保障的，即使產(chǎn)能擴(kuò)大到500MW 也不存在任何制約因素。南開大學(xué)光電子所在CIGS產(chǎn)業(yè)化方面走在了中國的前列，以國家863計(jì)劃為依托，建成了0.3MW中試線，成立了泰陽科技公司。最近安泰股份公司已與德國的一家公司簽約，在德國公司所用有在金屬帶材上采用電鍍法制備銅錮嫁硫太陽能電池技術(shù)的基礎(chǔ)上共同合作開發(fā)相關(guān)的技術(shù)。安泰股份以此為契機(jī)介人太陽能電池生產(chǎn)領(lǐng)域。廣西地凱股份有限經(jīng)過多年的調(diào)研和分析，決定與清華大學(xué)合作研究開發(fā)CIGS太陽能電池，并最終生產(chǎn)CIGS

30、薄膜太陽能電池，已經(jīng)投入具有一定強(qiáng)度的研究經(jīng)費(fèi)和設(shè)備費(fèi)用。表3 CIGS產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀公司名稱生產(chǎn)時(shí)間產(chǎn)能(2010)06年產(chǎn)能07年產(chǎn)能market工藝襯底面積（cm2）效率max/mean德國Wuerth 2006年冬18M1.5M15M是蒸發(fā)法玻璃120×6013/11.5%Johanna 2007年中期30M硒化后再硫化玻璃121×51(-)/9.4AVANCIS 2008夏季20M濺射/RTP玻璃90×6013/(-)25Solibro2008下半年30M120×60Sulfurcell 2006年2月5M1.5M*是濺射后硫化125×6

31、58.6%26CIS Soalrtechnik計(jì)劃中30M電沉積后硒化柔性金屬帶120×6010.41cm2Globar Solar30M蒸發(fā)法Odersun5M電沉積后硒化銅帶11<1cm2Shell Solar120×6013.1/12.2Scheuten Solar5M中試玻璃珠5/cellSolarion蒸發(fā)法10×106.5/cellPvflex 2008中期總量173M3M1.5M美國Shell Solar30M3M硒化法玻璃120×3013/11Asent Solar25M2M蒸發(fā)法柔性塑料Solo Power20MED/(RTP)不

32、銹鋼NanoSolar430MPrint/RTP不銹鋼14.527Daystar10M2M2M濺射/蒸發(fā)玻璃/金屬片10×1016.9<1cm2Global Solar Energy60M1.7M2M是蒸發(fā)法不銹鋼11.1/10Miasole50M5M5M濺射玻璃/不銹鋼9.3<1cm2ISET3MInk/硒化柔性11.9%28Heliovolt20MFASST玻璃/柔性EPV濺射/蒸發(fā)玻璃120×30(-)/7.5ITN/ESSolyndraRESILight SolarDow ChemicalsStion總量648M11.7M11M日本Honda28M2.8

33、M28M是玻璃142×8011.15%/1029Showa Shell Sekeyi60M20M是玻璃120×3014.2/13.8總量88M2.8M48M中國Sunvim60M硒化后再硫化玻璃南開泰陽2.4 CIGS產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)和前景 由于CIGS電池具有與目前主流產(chǎn)品多晶硅太陽能電池接近的效率，具有低成本和高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，并且產(chǎn)業(yè)化的瓶頸已經(jīng)突破，迎來了其發(fā)展的黃金時(shí)期。對于CIGS產(chǎn)業(yè)，短期內(nèi)應(yīng)將目標(biāo)放置于以下幾個(gè)方面如：降低成本、擴(kuò)大產(chǎn)能、提高組件性能和質(zhì)量、在生產(chǎn)過程及產(chǎn)品中減小對環(huán)境的影響，而在中期內(nèi)應(yīng)致力于將大面積組件效率提升至1415。圖4給出20062010

34、年實(shí)際和預(yù)計(jì)的CIGS產(chǎn)量，從圖中可以看出，CIGS產(chǎn)業(yè)正沿著短期內(nèi)目標(biāo)飛速前進(jìn)。圖5是SRA分析的CIGS產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景，20082013年期間，CIGS的產(chǎn)量將達(dá)到50100MW，效率達(dá)到14，而價(jià)格低于1.2歐元/瓦；20202030年，CIGS組件效率將達(dá)到1618，而價(jià)格將低于0.4歐元/瓦，接近常規(guī)電力水平。無庸置疑，CIGS薄膜太陽電池在世界光伏市場這個(gè)大舞臺上將扮演著越來越重要的角色。圖4 2006年2010年實(shí)際和預(yù)計(jì)的CIGS產(chǎn)量30圖5 SRA（stratigic research agenda）分析的CIGS發(fā)展前景31參考文獻(xiàn)：1 徐知之，夏文建，黃文良等。CIS薄膜太

35、陽電池研究進(jìn)展.真空，42（2），13（2006）.2 Ingrid Repins, Miguel A. Contreras, Brian Egaas, Clay DeHart, John Scharf, Craig L.Perkins,Bobby To and Rommel Noufi，Prog. Photovolt: Res. Appl. 2008 16:235239.3 Harin S. Ullal. Polycrystalline Thin-film photovoltaic technologies :progress and technical issues .The 19th E

36、uropean Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, P1843，June 7-11,2004, Paris, France.4 J.R.Tuttle,A.M.Gabor, et al. Proc.1st World Conf. on Photovoltaic Energy Conversion Waikoloa,HI ,1994 (IEEE) 1942.5 Contreras MA, Egaas B, Ramanathan K, Hiltner J, Swartzlander A, Hasoon F, Noufi R. Pr

37、ogress toward 20% efficiency in Cu(In,Ga)Se2 polycrystalline thin-film solar cells. Progress in Photovoltaics: Research and Applications 1999; 7:311316.6 Prog. Photovolt: Res. Appl. 2003; 11:225230.7 Prog. Photovolt: Res. Appl. 2005; 13:209216.8 Harin S. Ullal. Polycrystalline Thin-film photovoltaic

38、 technologies :progress and technical issues . The 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, P1843，June 7-11,2004, Paris, France.9 3rd World Conference on Phorovolroic Energv Conversion May 11-18, 2003 Osaka, Jopan, 325.10 John R. Tuttle, Aaron Szalaj and James Keane et al.

39、A 15.2% AM0 / 1433 W/KGTHINFILM CU(IN,GA)SE2 SOLAR CELL FOR SPACE APPLICATIONS J. 2000 28thPVSC proceedings, p 10421045.11 Kapur, V.K., Bansal, A., Le, P., et al. Nonvacuum processing of CIGS solar cells onflexible polymeric substrates C. Proceedings of the 3rd World Conference on PhotovoltaicEnergy

40、 Conversion, 2003, pp. 465468.12 Kampmann, A., Rechid, J., Raitzig, et al. Electrodeposition of CIGS on metal substratesC.Mater. Res. Soc. Symp.Proc. vol. 763, 2003, pp. 323328.13 D. Brémaud , D. Rudmann a, M. Kaelin et al. Flexible Cu(In,Ga)Se2 on Al foils and theeffects of Al during chemical

41、bath depositionJ. Thin Solid Films, 2007, 515: 58575861.14 C. Kaufmann, A. Neisser, R. Klenk, R. Scheer. Transfer of Cu(In,Ga)Se2 thin film solarcells to flexible substrates using an in situ process controlJ. Thin Solid Films 2005, 480481:515-519.15 M. Powalla etl. Thin Solid Films 431 432 (2003) 52

42、3533.16 Solar Energy Materials & Solar Cells 75 (2003) 3546.17 Thin Solid Films 480481 (2005) 526531.18 V. Alberts,et al. CIGSSe PILOT FACILITY RESULTS: DRAMATIC DEMONSTRATION OF COMMERCIAL SUCCESS. 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 4-8 September 2006, Dresden, Germany, 1810-18

43、13.19 Andrew M.Gabor, John R.Tuttle, Michael H.Bode,et al. Solar Energy Materials and Solar Cells, 41/42 (1996) 247-260.20 孫云等。CIGS薄膜太陽電池研究進(jìn)展。化合物半導(dǎo)體及空間用太陽電池及材料，227232。21 Harin S.Ullal and Bolko von Roedern. Thin-Film CIGS and CdTe Photovoltaic Technologies:Commercialization, Critical Issues, and Applications. 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 3-7 September 2007, Milan, Italy, 1926-1929.22 W.G.J.H.M van Sark et al. Analysis of the silicon market: Will