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非常低的吸收系数,尤其是在8⑴11TOnm的波长范围，对 光子的吸收长度达到10Um3mm，远超出了薄膜太阳能电 池中核心吸收层(硅薄膜）的厚度，因此在此光谱范围对光子 的吸收系数不高。当前大规模产业化的薄膜硅太阳能电池 转换效率只有5 %■ ~ 8%.，其中硅材料在近红外波段的吸收系 数不高是一个重要因素,这在一定程度上限制了薄膜硅太阳 能电池的应用范围，也增加了光伏发电系统的发电成本。因 此对薄膜硅太阳能电池开展持续的研究，利用新的技术与工 艺降低薄膜硅太阳能电池的成本,从而进一步降低薄膜硅太 阳能电池的发电成本显得非常必要和迫切。

 

 

 

2. 1碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池

 

CdT e薄膜太阳能电池具有成本低、转换效率高且性能 稳定的优势，一直被光伏界看重，是技术上发展较快的一种 薄膜太阳能电池。

 

制备C dT e薄膜太阳能电池主要的工艺有丝网印刷烧结 法、近空间升华法(CSS)、真空蒸发法、电沉积法、溉射法等。

 

目前小面积CdTe薄膜太阳能电池的光电转换效率已经 达到了 16. 5%.[17]。美国 South Florida 大学 S. Erra 等[18]报 道向CdTe薄膜太阳能电池的制备材料中掺Cu可以大大提 高太阳能电池组件的稳定性能。2⑴9年M . H3/«lrich等[191采 用CSS技术使得CdTe薄膜太阳能电池的吸收层厚度从 11Lm降到4Um而转换效率却从9. 0%提高到了 10%.。欧洲 和美国生产出的CdTe薄膜太阳能电池组件的年产量在 100~ 2⑴MW。亚洲有望紧随其后，研究出太阳能组件的转换 效率已经达到了 9%.。

 

我国对CdTe薄膜太阳能电池的研究工作始于20世纪 80年代初。北京太阳能研究所采用电沉积技术(ED)制备出 的CdTe薄膜太阳能电池的转换效率达到了 5. 8%.。近期四 川大学采用CSS技术制备的CdTe薄膜太阳能电池的转换 效率已达13. 3%.[201。

 

虽然20世纪90年代CdT e薄膜太阳能电池就已实现了 大规模商业化生产,但市场发展的速度缓慢,所占的市场份 额一直不大。影响CdTe薄膜太阳能电池发展的原因是Cd 有剧毒、Te为稀有元素。

 

由于C dT e有剧毒这一致命缺点，直接影响了 CdT e薄 膜材料类太阳能电池的研发价值和应用范围。

 

2.2铜铟砸CIS(CIGS)薄膜太阳能电池

 

铜铟硒(CuInSe2,简称CIS)薄膜是在玻璃或其它廉价衬 底上沉积的半导体薄膜，其厚度为23Lm,具有成本低、性 能稳定、无光诱导衰变且抗辐射能力强等特性。

 

20世纪70年代人们开始关注CIS作为太阳能电池吸收 材料的研究。20世纪70年代中后期,波音公司用真空蒸发 方法制备的CIS薄膜太阳能电池,其效率达到9%.。2009年 日本昭和石油公司开发出了面积为8TOcm2、转换效率为 15%.的CIS薄膜太阳能电池[21]。目前，CIS薄膜太阳能电池 的实验室转换效率接近20%[22]，大面积集成组件的效率超

我国南开大学采用蒸发硒化法制备的CIS薄膜太阳能 电池,其转换效率目前已达到9. 1%.。CIS薄膜太阳能电池 被列为国家能源战略性高科技发展项目，我国目前已自主建 成了 0. 3MW中试生产线,光电转换效率达到14%.[23]。

 

研究表明，往CIS薄膜太阳能电池里掺Ga会大大提高 其性能，即得到以铜铟镓硒(CIGS)为吸收层的高效薄膜太阳 能电池。这种电池的优势体现在:吸收系数高；晶粒尺寸大； 工作寿命长;原材料消耗少;输出电流大。

 

由于CIGS薄膜太阳能电池的诸多优点，使得世界各国 争先对其进行研究。德国的S. Spiering等[24]利用MOCVD 工艺在300°C的条件下制备出的CIGS光电池，其转换效率 为12. 3%.。美国NREL[22]采用真空蒸镀法制备的CIGS薄 膜太阳能电池，其光电转换效率达19.5%.。与此同时，德国 和日本已经进行了一定规模的民用产业化生产，电池模块的 转换效率达13%.~ 14%.。

 

与国际上研究开发的力度和规模相比，国内对CIGS薄 膜太阳能电池的研究非常少。近年来由于其极高的转换效 率和一些新的研究成果引起了国内薄膜太阳能电池研究者 的极大兴趣,加之国家在此方面的投资力度逐年加大，相信 不久的将来我国在这方面的研究将会取得突破性的进展。

 

CIGS薄膜太阳能电池除了其自身的优点外，还存在一 些不足之处:（1)材料的性质易变；（2)目前常用的制备方法 是真空蒸发法和溉射法，这2种方法都易造成原材料的浪 费;（3) In为稀有元素。

 

为获得高性能的电池和组件，理想的CIGS电池的生产 技术应选择合适的沉积CIGS薄膜的技术路线和解决柔性 CIGS组件的防潮问题。

 

2. 3砷化镓(GaA s)薄膜太阳能电池

 

1954年首次发现GaA s材料具有光生伏特效应。1962 年Gobata. R等[25]利用扩散法研制成第一块GaAs太阳能电 池,转化效率为9% ~ 10%.。在此之后的近10年中,GaAs太 阳能电池的效率一直提高不大。研究发现,主要原因是其表 面复合速率很高,严重影响了短波响应。20世纪70年代，以 IBM公司和前苏联Ioffe技术物理所为代表，采用LPE技 术,引入GaAlAs异质窗口层，降低了 GaAs表面复合速率， 使得其转换效率达16%[26]。进入20世纪80年代，美国的 HRL(H ughes research lab)及其后的 Sped ro lab 改进了 LPE 技术,实现了批量生产,使电池的平均转换效率达到了 18%。 尽管LPE技术使得GaA s太阳能电池的效率达到了很高的 水平,但难以实现浅结，因此不能有效地解决抗辐照问题，同 时GaAs单晶机械强度低、易碎，难以制成大而薄的电池。为 此，20世纪80年代中后期,美国的ASEC放弃了 LPE技术， 改用MOVPE技术制备GaAs/GaAs太阳能电池，并于1987 年成功地用Ge单晶代替GaAs作为外延衬底，制备出 GaAs/ Ge太阳能电池。目前,其最高的效率超过20%.，生产 水平已经达到了 19%. ~ 20%.。2009年荷兰的G. J. Bauhuis 等[27]使GaAs单结电池转换效率已达到26. 1%.。