薄膜电池应用加速设备瓶颈需要突破-新能源专业论文(1)

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翻新时间：2013-12-18

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薄膜电池应用加速设备瓶颈需要突破-新能源专业论文(1)

光伏产业是新能源产业，是环境友好的零碳能源。与晶体硅电池相比，CIGS（铜铟镓硒）和CdTe（碲化镉）薄膜太阳能电池具有成本低、产能高、可靠性高、光电转换效率高、稳定性好、能量回收期短、组件应用多样性等诸多优势，具有极大的成长空间，但同时也面临着很大的挑战。

材料供应不会成为瓶颈太阳能电池是一种能够将太阳光能转换成电能的器件，基本结构是p型半导体和n型半导体结合后形成pn结，高转换效率的太阳电池对材料有特殊的要求。CIGS和CdTe半导体材料是直接带隙半导体，光学吸收系数高于晶体硅1到2个数量级，并且具有合适的禁带宽度，这决定了这两种化合物是制造太阳电池的理想材料。

目前在CIGS和CdTe太阳能电池领域保持冠军纪录的是美国国家可再生能源实验室，其CIGS电池的转换效率为19.9%，CdTe电池的转换效率为16.5%。理论上这两种电池的转换效率可以达到33%，可见化合物薄膜电池的效率还有很大的提升空间。

从材料的角度考虑，金属铟是稀有元素，就目前的工艺技术和器件结构而言，金属铟对CIGS电池大规模生产而言是最重要的材料。据估计，如果CIGS电池光电转换效率为10%，CIGS吸收层厚度为3μm，1MW的组件需要约50kg的铟；随着工艺技术的改进，CIGS吸收层厚度有可能从现在的3μm减薄到1μm，光伏电池中铟的用量会大大减少。

此外，铟可以有效回收，现在日本和一些其他亚洲国家能有效地回收铟，从而可以稳定铟的价格，降低与铟相关半导体器件的生产制造成本；而且中国是铟储量最多的国家，这使得国内CIGS薄膜电池的生产具有一定的优势。对于CdTe薄膜电池，Cd和Te是确保连续性生产最重要的材料。

众所周知，Cd是有毒的元素，Te是地球中的稀缺元素，用CdTe材料做太阳能电池，材料来源与安全性是被关注的焦点。一般情况下Cd元素是有毒的，当Cd与Te形成稳定的化合物时会失去毒性。

据报道蓄电池中Cd的含量远远高于CdTe电池，所以化合物CdTe在光伏组件正常工作期间几乎没有危险。Cd材料对于CdTe薄膜光伏组件并不是一个限制因素，据统计，生产1MW、CdTe厚度为3μm、光电转换效率为9.3%的CdTe光伏组件大概需要94kg的Cd材料。

随着电池光电转换效率的提高和CdTe吸收层厚度的减小，Te的使用量在逐渐减小，当吸收层厚度达到1μm、电池效率达到13%时，Te的用量接近20kg/MW。可见Te的材料供应也不会成为CdTe光伏电池的材料瓶颈。

创下最低成本纪录 2010年4月，美国国家可再生能源实验室(NREL)证实，由SoloPower公司实验性生产线生产的柔性铜铟镓硒(CIGS)光伏组件已通过该实验室测试，其光电转换率已达到11%，是迄今为止业内全尺寸柔性模块所能达到的最高转换率。该公司在制造过程中利用其专利电镀技术，使用柔性金属薄片制造CIGS太阳能电池。

NREL之前曾证实该公司11.8cm2的实验室太阳能电池的转换率高达13.4%。该公司表示，在对其柔性组件进行内部测试后，已将该产品送至独立实验室进行UL1703标准认证，UL认证有望于近期完成。

Avancis属于圣戈班集团的一个子公司，该公司于2008年10月开始进行铜铟硒的生产。一年之后，该公司称其生产能力已经达到了极限。

NREL证实其30cm×30cm的铜铟硒太阳模块转换效率达到15.1%，Avancis是在德国慕尼黑研发实验室研制出此结果的。近日德国Avancis公司与Donauer公司宣布双方结成伙伴关系，就Avancis生产的PowerMax铜铟硒薄膜太阳组件开展合作。

Avancis组件功率为100W～120W，组件效率高达12%，成为首批纳入Donauer公司产品组合的铜铟硒薄膜组件。比利时稀有金属(铟、镓、硒、碲等)生产商MCPGroup目前正将其制造工厂并入旗下子公司AtluminEnergy，以精简操作流程，压缩其材料供应链，满足日益增长的薄膜光伏产业的