薄膜电池技术趋势（一）

　　摘要：清华大学材料科学与工程系教授庄大明在接受记者采访时说道：“薄膜太阳能电池技术代表了光伏技术的发展方向。在今后一段时间里，会出现薄膜太阳能电池与晶硅电池共存的局面，但是薄膜光伏产品终将很快会在市场上扩大份额，并快速增长。”清华大学教授的一番话道出了薄膜电池在现在和未来光伏行业的重要性。本文从国内外两个方面阐述了硅基薄膜电池和铜铟镓硒电池的研究进展。

　　硅基薄膜太阳能电池研究进展

　　(1)国内研究进展

　　南开大学从材料设计出发，设计并合成了一种多空氧化铝空心六角对称蜂巢状绒面结构，使材料的陷光性得到了很大的提成，这种材料合成的非晶硅太阳能电池的效率达到了8.3%，相较于普通的铝掺杂的氧化锌（AZO）衬底的效率6.7%，效率提升了23.88%，是我国非晶硅电池领域研究重要的突破。

　　湖南共创光伏科技有限公司利用低压化学气相沉积法(LPCVD)在玻璃衬底上沉积了氧化铟锡(ITO)薄膜，在此基础上合成了硼掺杂氧化锌(BZO)薄膜，合成的ITO/BZO薄膜在非晶硅薄膜电池上的应用表明，复合薄膜使得分晶硅薄膜太阳能电池的转化率提高了0.2%。除此之外，ITO的缓冲层利于BZO晶粒尺寸的生长，并且明显可以提高其导电性。

　　浙江正泰太阳能科技有限公司，在以聚亚酰胺(PI)为衬底上，利用传统硅基薄膜太阳能电池的生产设备，制备了n-i-p型的单结非晶硅薄膜太阳能电池。该电池组件经过封装后，转化效率达到了5.13%。虽然转化率不高，但是这是在柔性基底上制备非晶硅薄膜电池领域内的一项重要突破。

　　(2)国际研究进展

　　Eric Johlin等在2016年设计并合成了一种三维立体结构的非晶硅太阳能电池。这种非晶硅太阳能电池的制备主要分为三个步骤，第一步，在N型掺杂非晶硅上沉积厚度为1000mm的本征非晶硅;第二步，在本征非晶硅上刻蚀深度为850mm、底部直径为80nm，开口直径为150nm的纳米孔，第三步，沉积P型非晶硅和ZnO电极。这种三维结构型的非晶硅电池相较于平面型结构的非晶硅电池，陷光性有了很大的改善，其电流密度提高了45%，转化率高达10.4%。

　　Sourav Mandal等人通过在微晶硅和非晶硅之间加入1.0nm厚的纳米晶硅，有效的减弱了微晶硅和非晶硅之间的界面失配，这种微晶硅/非晶硅的双层结构使得制备的非晶硅电池在500nm之后波长的太阳能电池量子转化效率明显提高。转化率高达9.46%,相较于只采用非晶硅制备的薄膜电池，效率提升了14.3%。

　　Ishizaki,K 等人在2015年研究了基于光子晶体在超薄微晶硅表面对转化率的影响，得到了8.7%的转化率;O.Vetterl 等人，通过调变硅烷和氢气混合气体的比例，再过渡到无定型生长的过程中找到了最佳比例，这个方法合成的微晶硅薄膜太阳能电池的效率高达12%.

　　铜铟镓硒薄膜太阳能电池研究进展

　　(1)国内研究进展

　　四方创能光电技术有限公司和清华大学合作研究研究了玻璃基和柔性不锈钢衬底的GICS电池。利用CIGS四元靶材溅射后进行热处理，利用不同含量的Ga的四元靶材进行溅射，在预制膜中形成Ga含量的梯度差，然后，在H₂Se气体中进行高温退火处理，最后，使光吸收层形成U形带隙。经中科院太阳能光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心的认证，玻璃基的CIGS薄膜电池的转化率为20.33%，柔性不锈钢CIGS薄膜电池的转化率为19.24%。这是我国在CIGS领域内的重要突破。

　　中国建材集团收购的Avancis在2016年刷新了CIGS电池封装效率的世界纪录，转化率高达17.9%，该项研究得到了弗劳恩霍夫太阳能系统研究所的认证。

　　汉能旗下德国的Solibro在2015利用磁控溅射制备的CIGS薄膜太阳能电池的转化率已经达到18.4%;汉能与2012收购的美国GSE研发了一种新型的ICI封装技术。ICI封装技术提高了电池的转化效率，降低封装成本，为量产提供了重要得依据。

　　(2)国际研究进展

　　德国的氢能和可再生能源研究中心(ZSW)对CIGS薄膜电池的研究一直处于领先地位。ZSW在2010年CIGS薄膜电池的转化率达到20.3%;在之后几年内，铜铟镓硒电池的转化效率也一直被ZSW打破，到2016年，其使用共蒸发法制备的小面积铜铟镓硒电池转化率达到了22.6%，这个记录获得了弗劳恩霍夫太阳能系统研究所的认证。目前，CIGS薄膜电池的最高纪录由日本太阳能前沿公司创造，转化率达到了22.9%。

　　结语

　　目前，我国非晶硅薄膜电池的研究相对较少，南开大学将非晶硅电池的效率做到了8.3%，而国际上最高效率已经达到了10.4%，在非晶硅领域转化率研究方面，我国和国际仍然存在一定的差距;四方创能和清华大学联合研发的转化率为20.33% CIGS电池和目前世界的最高转化率22.9%仍然存在一定的差距。