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第三节化合物薄膜太阳能电池
一、化合物半导体材料基础
常用于太阳能电池的半导体材料有一些典型特点。
首先半导体材料的禁带不能太宽,用作薄膜材料的必须在太阳能光谱范围内有高的光吸收系数;其次材料电性能优秀,缺陷态较低,能保证一定的载流子寿命和扩散长度,载流子复合率尽可能低以保证较高的光电转换效率,当然材料便于工业化生产且性能稳定,对环境无污染等也很重要。
图4-16是截取的元素周期表中几种常用于太阳能电池的半导体材料,以四族为中心,集中在二~六族,以三、五族元素最多。
四族元素的价电子数刚好为4,可以自己配对形成稳定的共价键结构,这种由单一元素形成的是元素半导体。
其他族的元素则可以几种元素配合,形成总的价电子数为8的稳定共价键结构,这种结构的半导体被称为化合物半导体。
图4-17给出了各种半导体材料的禁带宽度(能隙)同理想和实际太阳能电池光电转换效率的关系。
从理论上讲,能隙在1.4eV~1.5eV的材料具有最高的理论转换效率,Si显然不能满足,而化合物半导体材料却是能隙可以在1.1eV到1.7eV之間变换的直接半导体材料,光吸收系数非常大,适合薄膜化,不仅是禁带宽度,还可以通过对化合物组分的精确控制来调整材料的基本参数,例如晶格常数、带隙宽度等,也可以改变材料折射率、载流子迁移率、跃迁类型等等。
化合物半导体是非常优秀的薄膜太阳能电池材料。
图4-16光伏电池中常用的半导体元素
图4-17光伏材料禁带宽度同变换效率的关系
总之,相当于Si系列的太阳能电池,化合物半导体薄膜电池有以下特点:
▪禁带宽度在1~1.7eV,与太阳光谱匹配较好。
▪直接带隙材料,对阳光的吸收系数大,只要几个微米厚就能吸收阳光的绝大部分,因此是制作薄膜太阳电池的优选活性材料。
▪对温度不敏感,可在较高温度下使用;
▪电子迁移率高,扩散长度大;
▪重量轻、可在柔性基片上制作;
▪无光电效率衰退效应。
化合物半导体可以通过掺杂和成分调整,改变导电类型。
化合物半导体也分为n型和p型,掺杂原理同Si半导体是一样的,例如化合物GaAs中掺Te,六价的Te替代五价的As可形成施主能级,成为n型GaAs杂质半导体。
化合物GaAs中掺Zn(Mg),二价的Zn替代三价的Ga可形成受主能级,成为p型GaAs杂质半导体。
最为特殊的是化合物半导体的自掺杂作用,调整多元化合物半导体的成分,可以形成p型或n型半导体,不用外部掺杂,例如CIGS。
根据材料种类,化合物半导体薄膜电池主要分为三类。
分别是:
▪III-V族:
以GaAs、InP太阳能电池为代表,抗辐射能力强,主要用于空间和聚光电池;
▪II-VI族:
目前转换效率最高的是n型硫化镉(CdS)和p型碲化镉(CdTe)组成的太阳能电池。
性能稳定,可印刷制造,量产产品转换效率可达13%左右,但镉(Cd)有毒;
▪多元:
铜铟硒(CuInSe2)太阳能电池,又叫CIS电池。
引入元素Ga后可自由调整禁带宽度。
铜铟镓硒(CIGS)该电池目前处在兆瓦级中试生产阶段;
二、几种典型的化合物薄膜太阳能电池特性及制备技术
下面介绍几种已经商品化的化合物薄膜太阳能电池。
(一)II-VI族太阳能电池:
CdS/CdTe薄膜太阳能电池
CdTe因为其独有的四个特性非常适用于光吸收层(活性层)材料。
▪禁带宽度为1.45eV,对太阳能光谱非常匹配
▪CdTe是直接带隙半导体材料,,光吸收系数很高
▪强烈地趋向于生长成为符合化学匹配且为P型的半导体薄膜,同自然N型的CdS形成p-n异质结)
▪目前正发展廉价生产的简单沉积技术,可快速大面积成膜:
从pn结到电极全部可以用丝网印刷和烧结制成,制造方法简单,制造成本控制的很低,转换效率可达13%左右
除此之外,CdTe电子迁移率高,对多结晶膜中晶粒大小要求低,在使用过程中没有光致衰降,稳定性好,如果采用50~100nm的N-CdS作为窗口层(2.4eV),理论效率可到30%,目前实验室可达开路电压0.88V,效率~19%,商业化电池效率平均~11%,最高可到13%。
但最大的问题镉(Cd)引起的公害,虽然CdTe是稳定化合物,而且薄膜化后用量少(1MWCdTe组件250kg),但仍然被很多国家限制。
掺入后导致CdTe成n-型的元素有:
In、Cl,导致其成p-型的元素有:
Li、Na、Cu、N、P、Se等。
CdTe薄膜电池的经典结构如图4-18所示。
图4-18CdTe薄膜电池的经典结构和能带结构
CdTe电池制备时,首先在作为透明衬底的玻璃上沉积透明导电层(一般是In2O3或SnO2或两者结合。
然后沉积n型CdS膜,再沉积p型CdTe薄膜(通常3-7微米足够光吸收了),并进行特殊处理来改善CdS和CdTe之间p-n结的性能,例如在含氯(CdCl2)的气氛中400~500℃下退火数分钟等,最后在CdTe上沉积不透明低阻电极,例如Ni-Al,ZnTe:
Cu等。
可以看出,生产过程中有含Cd物质的泄露等问题还是影响了该类电池的普及生产。
电池工作时,光通过玻璃衬底进入电池,光子穿过TCO膜和CdS膜,CdS是宽禁带半导体材料,禁带宽度为非常高2.42eV,因此虽然有光损失,同Si薄膜电池不同,在CdS薄膜中并没有光生载流子过程,CdTe薄膜才是电池的光吸收层。
这种仅仅用于构成pn结而本身不具备光吸收或光生载流子产生功能的部分被称为窗口层,在薄膜太阳能电池中经常采用。
光吸收后在p-n结附近产生电子-空穴对,在内建电场作用下电子穿过CdS/CdTe界面漂移到n型CdS薄膜中,空穴仍留在CdTe并聚集,最后经由背电极离开电池。
上图4-18显示了CdTe电池的能级结构示意图,CdS和CdTe有非常好的能级匹配。
电子在CdTe中有数ns的寿命,但由于电子迁移率高,有利于电子进入到CdS膜层中。
同非晶硅薄膜太阳能电池不同,由于CdS窗口层不产生光生载流子,因此是n-CdS作为面光面。
可以看出,三个界面是影响载流子收集率的关键所在:
CdS/TCO界面、CdTe/CdS界面以及CdTe/背接触界面,目前的研究结果表明后两者存在的问题较多。
CdTe/CdS界面可通过退火来改善,降低CdS和CdTe之间的晶格失配导致的缺陷态。
另一方面,能隙较高的低掺杂p型半导体同金属很难形成欧姆接触,由于金属的功函数和CdTe半导体费米能级的不匹配,界面处总有势垒(肖特基势垒)存在形成阻挡层接触,接触电阻较大。
改善的方法是形成一个高p掺杂的表面p+,利用隧道效应空穴穿过肖特基势垒,例如图4-18中在电极和CdTe之间插入的ZnTe层。
CdS/CdTe薄膜是少有的可低成本大面积制备的半导体薄膜,这也导致了尽管Cd有非常大的毒性,生产企业宁愿承担全部Cd回收的任务也进行规模化生产的原因。
CdTe太阳能电池常用制备方法主要有下列几种:
▪气相传输沉积法(VaperTransportDeposition;VTD)
不需真空,利用传输气体导入受热蒸发的CdTe源,将CdTe颗粒带入下方的基板上进行沉积。
沉积速度相当快,每分钟可达20微米,利于高速生产,是目前主流技术,流程如下图4-19所示。
图4-19气相传输沉积法示意图
▪近距离升华(Close-Spaced-Sublimation:
CSS)
可以同时进行自掺杂,容易制备性能均一的小厚度CdTe膜层。
但大规模效率不如VTD。
▪丝网印刷,然后烧结:
最高13%,规模生产光电转换效率低
CdS/CdTe组件的结构和制备同Si薄膜电池类似。
需要注意的是在刻痕分割单元电池(子电池)时,宽度越大串联电阻增加,填充因子下降,但过密的划痕导致其占有面积增大,影响光利用率。
单元电池的宽度同电池电流密度有关。
电流密度越大,电池宽度就可以越窄。
CdS/CdTe单元电池宽度约在9~10mm,而非晶硅薄膜电池宽度可到10~20mm,后面讲述的CIS电池电流密度高,电压低,宽度仅6mm即可。
Cd的全球储量:
600万t;Te全球储量:
5.3万t,1MW、厚度3微米、效率9.3%的CdTe光伏电池消耗Cd94Kg,由于高毒性,虽然目前应用不错,但是很容易被其他电池取代的。
下图4-20是美国firstsollar公司屋顶CdS/CdTe光伏电池组件阵列外观。
图4-20美国firstsollar公司屋顶CdS/CdTe光伏电池组件阵列外观
(二)III-V族薄膜太阳能电池的代表:
GaAs系列太阳能电池
因为非常优秀的高温性能和抗辐射能力,GaAs太阳能电池是作为可替代Si的空间太阳能电池登上应用舞台的。
随着宇宙空间技术的发展,AlGaAs/GaAs单结空间电池的效率(AM0,4m2)也达到了21.7%。
同时GaAs也是聚光太阳能电池的最好选择,AM0,100倍聚光AlGaAs/GaAs单结太阳能电池效率可达24.6%。
多结级联GaAs太阳能电池的效率可以更高,双结GaAs太阳能电池的极限效率为30%,三结GaAs太阳能电池的极限效率为38%,四结GaAs太阳能电池的极限效率为41%。
高效率的GaAs太阳能电池不论多结还是单结都选用了AlGaAs作为窗口层,下图4-21是一个典型的单结AlGaAs/GaAs的结构示意图,在该电池中,pn结由p型和n型掺杂的GaAs构成,AlGaAs是一个宽禁带材料,为p型半导体,基本不吸收光能产生光生载流子,而作为钝化窗口层。
图4-21单结AlGaAs/GaAs的结构示意图
对化合物薄膜太阳能电池来说,窗口层非常重要。
对窗口层的首要要求是禁带宽度要大,没有光生载流子过程,可以透过所需要的光。
窗口层的作用在于它具有表面钝化作用,一是避免真正的光吸收层同金属电极直接作用,降低表面复合。
窗口层大多同光吸收层的半导体材料出于同类,在晶格匹配上有优势,因此对半导体表面缺陷有缓解作用,二是可以减小电极同半导体材料之间的能级差,降低电极和光吸收半导体直接的接触电阻,提高短路电流和填充因子。
第三,窗口层还可以通过更重的掺杂,例如上图中的窗口层AlGaAs比p-GaAs层掺杂高,记为p+,起到表面钝化作用,将电子反射回体内,阻挡光吸收层产生的电子扩散到表面复合掉,同时促进空穴扩散到电极处流出。
也有时窗口层兼有形成pn结的任务,例如CdS/CdTe薄膜太阳能电池中的n型CdS窗口层。
另外,薄膜太阳能电池也可以形成重掺杂的背电场层,作用同晶体硅电池中一样,如上图4-21中的n+层。
作为空间用聚光太阳能电池,光的利用率更加重要,所以某些GaAs太阳能电池还具有聚光太阳能电池的特有结构:
内部Bragg反射器。
Bragg反射器常用在半导体激光及其他半导体光学器件中,通过两种不同折射率材料的组成,在一个比较严格的光谱范围内,接近100%的光谱可以得到反射。
每种材料对于给定波长可以选择的厚度为四分之一波长厚度。
这种折射率交互的周期性重复结构可以反射未被吸收的光子以便于活性层再一次吸收,增大了光电流。
Bragg反射器可以作为背反射层,对GaAs太阳能电池来说,反射器的基本材料是AlxGa1-xAs和GaAs对,一般采用多层Bragg反射对,例如N=12对,反射率可到96%,特别增加了长波长光的吸收。
对于空间太阳能电池来说,由于长期辐照会增加材料缺陷,降低载流子的扩散长度,采用Bragg反射器后可以减少光吸收区(基区)厚度,减少载流子被收集前需要的扩散距离。
一个典型的带有Bragg反射器的AlxGa1-xAs/GaAs电池,从光入射面开始:
电极/p+-GaAs(电极下方重掺杂)/ARC(减反膜)/p-AlGaAs(50nm)/p-GaAs(500nm)/n-GaAs(1~1.5μm)/n-AlxGa1-xAs/GaAs对(周期N=12BR反射器)/n-GaAs基片/背电极,其中Bragg反射器在750~900nm波长范围内最佳化,AlxGa1-xAs厚度72nm,GaAs厚度59nm,循环周期12个,电流密度可达32.7mA/cm2(AM0,25℃,一个太阳)。
AlGaAs/GaAs薄膜电池还可以做成多结叠层结构,或沉寂在柔性衬底上。
由于化合物半导体材料的禁带宽度调节自由度较大,例如AlxGa1-xAs可通过调节x改变禁带宽度。
对于叠层太阳能电池来说,级间的电流匹配是非常重要的,否则会产生失配现象造成额外的功率损失。
可以通过计算来设计最佳的各级禁带宽度,然后通过调整半导体组分来实现,达到效率和输出功率最大化。
同非晶硅电池不同,化合物半导体在晶体状态也不存在光吸收问题,可以薄膜化。
当然单晶的薄膜制备是非常困难的,以多晶薄膜为主,也必须要避免多晶晶界所带来的各种问题。
GaAs薄膜电池的制备一直的难点在于:
如何在晶格不匹配的基板上成长多晶GaAs薄膜。
目前应用最多的是液相外延技术(LPE)和金属有机物化学沉积技术(MOCVD),特别是20世纪晚期开始的MOCVD技术逐渐得到了更广泛的认可。
MOCVD是半导体镀膜工艺中的常见技术之一,是利用金属有机物在衬底表面的热分解沉积金属。
在GaAS成膜中,利用Ⅲ族金属有机物和Ⅴ族氢化物为原料,其优点在于可以制造具有特殊组分和精确厚度的结构,并可以大量制备多层结构。
除了上述电池结构,利用Ge衬底,采用MOCVD技术形成单结和双结GaAs基太阳能电池也是一个很好的选择,因为Ge和GaAs有非常好的晶格匹配,此时的GaAs膜质非常好,电池效率高。
还有InGaP/GaAs结构的太阳能电池,或者沉积在柔性基片上,等等。
最后总结GaAs基电池的性能优点如下:
▪光电转换效率高,开路电压高。
单结可大于0.76V;
▪带隙宽度为1.43eV,是禁带宽度最为匹配的太阳能电池用材料;
▪电子迁移率高。
理论效率30.8%(AM1.5);
▪直接带隙材料,光吸收系数很高,3~5微米即可吸收95%的可见光;利于可制成薄膜太阳电池和超薄太阳电池;
▪高温性能好。
由于带隙宽,本征载流子浓度低,电池最大功率温度系数比Si太阳电池低一倍,200度仍能工作;
▪抗辐照性能好,多用于空间和聚光太阳能电池;
▪可制成异质衬底太阳电池和多结级联太阳电池;
(三)多元化合物半导体薄膜太阳能电池:
CIS和CIGS太阳能电池。
1、Cu(In,Ga)Se2的基础性能
Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池根据组分不同简写为CIS(Cu,In,Se)和CIGS((Cu,In,Ga,Se),后者中部分的In被Ga取代,也可以认为CuInSe2和CuGaSe2形成了Cu(In,Ga)Se2合金。
CulnSe2(CIS)是Ⅰ一Ⅲ一Ⅵ族化合物,室温下黄铜矿结构,与Ⅱ一Ⅵ族化合物的闪锌矿类似。
CIS是直接带隙半导体材料,带隙约为1.04eV,在至今报道过的半导体中光吸收系数最高,缺点是禁带宽度较低。
CuInSe2具有自掺杂性能,甚至可以直接由化學組成的调整直接得到P-type(Cu-rich),或者是N-type(In-rich)的導電形式而不需藉助外加杂质(doping)。
Cu(lnGa)Se2(CIGS)中部分In位置被Ga取代,常用的Ga/(Ga+In)比值在20%~30%。
可以通过调整Ga的含量改变薄膜的禁带宽度,使其范围覆盖1.04~1.7eV,高效电池带隙宽度范围为1.4~l.6eV,因此利于多层叠加,另外,以CIS为基础的还有Cu(lnGa)(SeS)2,CIGSS中部分Se被S取代,节省材料成本。
更广范围的Ⅰ一Ⅲ一Ⅵ族化合物材料也被称为黄铜矿相Cu(In,Ga,Al)(Se,S)2拥有一个非常宽的禁带宽度范围,从CulnSe2的1.04eV,到CuGaS2的2.4eV,甚至CuAlS2的2.7eV。
其中,作为薄膜太阳能电池,In被少量Ga所取代的CIGS是性能最好的,是目前效率最高的。
Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池的实验室转换效率实验室已到19.5%,小型组件(20cm2)已到了16.6%,1998年Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池首先实现商业化应用,目前处在兆瓦级中试生产阶段,商品组件效率9.4~12%,发展非常迅速。
虽然高效率的Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池中仍采用了CdS作为缓冲层,但相比CdTe薄膜电池,Cd用量非常少。
同时,CIGS系列薄膜电池也不存在光衰问题,大面积制备方式也较为简单,在所有薄膜太阳能电池中是非常被看好的方向。
我国也将该薄膜电池的开发列入了“863”重点项目,实验室目前效率12.1%。
相对于Si基薄膜太阳能电池,基于Cu(In,Ga)Se2的薄膜太阳有以下优点。
▪光电转换效率高。
小面积CIGS薄膜太阳电池光电转换效率已达到19.9%,是当前各类薄膜太阳电池的最高记录。
▪电池稳定性好,使用过程中性能基本无衰降。
▪抗辐照能力强,用作空间电源有很强的竞争力。
▪弱光特性好。
▪用Ga替代部分In是一个重要改进,禁带宽度可在1.04~1.67eV范围内连续可调,光吸收系数高,适合薄膜化,下图4-22比较了CIS同Si光吸收的区别(右边为对数坐标图),可见在可见光范围内光吸收相差尤其大。
技术成熟后,电池制造成本和能量偿还时间均低于晶体硅太阳电池。
CIGS薄膜光伏组件大规模生产时,它必将在光伏市场上占据重要位置。
图4-22CIS同Si光吸收的区别(右边为对数坐标图)
2、Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池的典型结构
下面2个图(图4-23,4-24)给出了Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳的典型结构。
图4-24还给出了具体的可能成膜方式。
具有代表性的Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳的从光入射面开始的结构设计是:
Na玻璃衬底/(Mo)背电极层/(p-CIGS)吸收层/(n-CdS)缓冲层/双层结构的ZnO窗口层(本征ZnO(n-ZnO)层和掺Al低阻透明ZnO(AI:
ZnO)层)/MgF2/铝电极.其中作为主要异质结电池的薄膜功能层是ZnO/CdS/Cu(In,Ga)Se2。
这里ZnO的禁带宽度是3.2eV,对于太阳光谱基本透明,因此把它表示为他太阳能电池的窗口层。
下面对各层的功能做一个说明。
1)Soda-limeglass(钠玻璃):
在成长CIGS薄膜时因基板温度接近玻璃软化点温度,纳离子会透过钼扩散至CIGS膜中,使薄膜晶粒变大,减少晶格缺陷,使薄膜稳定性增加;
图4-23,4-24Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳的典型结构
2)Mo(钼金属):
钼金属薄膜同CIGS具有非常良好的欧姆接触,且具有高度光学反射、低电阻、高的收缩应力。
在吸收层沉积过程中,形成MoSe2的p型层,对少子(电子)起到了降低表面符合的背电场的作用;
3)CIS或CIGS:
光吸收层,可以通过化学成分调节在膜层中形成pn结,或者同n-CdS缓冲层形成pn结。
形成异质结需要富In的吸收层,但晶粒尺寸要求富Cu的结构,因此沉积时先富Cu后富In;
4)CdS(缓冲层和结的形成):
降低CIGS和ZnO之间的晶格失配和带隙台阶,也能防止溅射ZnO对电池的损伤等作用,同时缓解CIGS膜的表面不平整问题,消除CIGS表面氧化,表面钝化;
值得注意的是,在ZnO/CdS/CI(G)S异质结形成时,处于光吸收层和缓冲层之间的表面态情况非常复杂,对能带的弯曲有非常大的影响。
实验观察表明,表面形成了一层有序空缺化合物(OVC,OrderedVacancyCompound),主要是由于Cu的缺失,形成的Cu(In,Ga)3Se5或Cu(In,Ga)2Se3.5的富Se过渡层。
体Cu(In,Ga)3Se5显示n型导电,因此也有研究认为表面的这层VOC也显示弱n-型特性,形成一个掩埋结(p-CIGS与n-OVC构成的反型异质结;另一个是n-OVC与n-CdS构成的同型异质结)。
虽然这种掩埋结的推论还有争议,但该VOC层在CIGS与CdS两个禁带宽度之间形成一个过渡,减小了彼此之间的禁带宽度台阶,从而减小了晶格失配,减小界面态密度。
5)i-ZnO/ZnO:
Al(透明电极兼窗口层):
ZnO的光透过率虽然很高,但本身是高阻抗材料,因此掺杂Al来提高电性能,但为了避免影响光透过率,必须取得一个最适值;同时包含一个50-100nm的i-ZnO层作为窗口层。
6)MgF2/Al(Ni)(上电极):
MgF2可降低界面电位,Al(Ni)是电池输出端
下图4-25是Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳的能带结构示意图。
可以看出ZnO和CIGS禁带宽度的巨大差异导致了界面势垒的产生,CdS的存在降低了界面势垒尖峰值,VOC层的出现更缓解了禁带宽度相差过大而造成的台阶。
图4-25Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳的能带结构示意图
3、CIGS吸收层的制备技术
正是因为CIGS制备技术的发展,使人们看到了成本大幅度降低的可能性。
目前主流的制备技术有两种,还有一种是正在开发中的廉价方法:
丝网印刷法。
三种方法的流程示意图如下图4-26所示。
第一种主流技术是共蒸发方法,用单质源共蒸发的方法来制备。
CIGS有Se,Cu,In,Ga四种蒸发源,根据薄膜的生长特性,设计合理的蒸发步骤,例如好的制备顺序总是包含一个生产过程中富Cu的阶段和以全部成分富In为结束,并调节每段的蒸发速度和衬底温度。
最著名的的是三步法工艺,成功制备了目前效率最高的CIGS薄膜电池。
三步法工艺大致是在相对低温下开始沉积In、Ga和Se,然后提高温度蒸发过量Cu形成一个富Cu的生长阶段,最后再沉积In、Ga和Se确保薄膜的成分为富In。
第二种技术是硒化方法,沉积金属预制膜和化合物形成在两个不同的过程。
首先一个Cu、In和Ga的金属预制膜被溅射沉积在镀Mo的玻璃衬底上,然后再H2Se气体中硒化,为了提高薄膜质量,可进行多次热处理。
如果进一步在H2S中热处理,还可以制备GIGSS膜。
第一个大面积组件就是10多年前该方法实现的(ShellSolar)。
由于H2Se有毒,也可以在金属预制膜上蒸发Se层后进行硒化。
目前日本ShellSolar规模化生产时的多源共蒸发硒化法避免了蒸发过程中的材料浪费,大大降低了成本。
实际上CIGS薄膜电池的厚度不超过1微米,原料价格非常低(粗略估计US$0.03/W,而晶体硅电池目前硅材料成本约US$0.2/W)。
丝网印刷等廉价方法可以采用硒化方法,先印刷含有各种金属元素的浆料,烧结后硒化,后者直接印刷比例合适的单体或部分化合物再进行热处理。
目前该方法效率也有13%了。
图4-26CIGS吸收层的制备技术,左:
共蒸法;右:
硒化法
4、薄膜电池片组件一体化流程
薄膜太阳能电池组件制备过程都基本相似,下面图4-27是一个模块形成的例子。
也可以将CIGS和CdS缓冲层作为一组进行沉积然后刻蚀,但这样ZnO和Mo电极之间接触,腐蚀问题更严重。
图4-27薄膜太阳能电池组件制备过程示意图
5、CIGS薄膜太阳电池的研究方向
Ø无Cd化
Ø少In、Ga技术(图4-28)
Ø衬底柔性化
Ø制作过程非真空化、原材料损耗低减化
Ø制作工艺适用大面积均一、低缺陷化
Ø多结化
图4-28CIGS中In用量的发展预测
CIGS薄膜太阳能电池也可制备在柔性衬底上,CIGS薄膜电池的商品化主要在美国和日本,下图4-29是美国的CIGS薄膜电池使用的一个图片,第二个图是柔性衬底CIGS图片。
图4-29CIGS电池使用实例。
左:
玻璃衬底;右:
柔性衬底
三、小结
到此已经介绍了硅基和化合物薄膜太阳能电池,具体电池种类繁多,到目前为止都具有各种的优缺点,未来的发展还不确定。
从材料来说,硅基薄膜储存量大,无毒;而化合物薄膜电池中常用到稀有元素(例如In等)且毒性大(例如Cd等),但性能上化合物薄膜还是领先的。
目前主要商品化的薄膜太阳能电池有三大类薄膜Si太阳能电池
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