柔性衬底薄膜太阳电池技术简介

1.柔性衬底薄膜太阳电池的特点

柔性衬底薄膜太阳电池是指在柔性材料（如不锈钢、聚酯膜）上制作的电池，以美国uni-solar公司采用不锈钢作衬底为例，不锈钢的厚度仅为127μm，且具有极好的柔软性，可以任意卷曲、裁剪、粘贴，即使弯成很小的半径，作数百次卷曲，电池性能也不会发生变化。而以高分子聚合物聚酰亚胺为柔性衬底制备的非晶硅太阳电池，器件总厚度约100μm（含封装层），功率质量比达到500W／kg以上，比不锈钢衬底非晶硅电池高出近十倍，是世界上最轻的太阳电池。从制备工艺上看，由于此结构电池采用卷对卷（roll to roll）工艺制造，便于大面积连续生产，降低成本的潜力很大，具有很强的竞争力。

2.柔性衬底薄膜太阳电池的结构

柔性衬底太阳电池可采用单结或多结结构。单结结构因其稳定性差、效率低已较少采用，而稳定性好、效率高的多结、叠层太阳电池是柔性衬底太阳电池的发展方向，目前多采用三结太阳电池结构。三结太阳电池中，每一个电池都是由三个半导体结相互叠加而成的：底电池吸收红光；中间电池吸收绿光；顶电池吸收蓝光。对阳光光谱的宽范围响应是提高电池效率的关键。美国uni-solar公司的不锈钢衬底、三结非晶硅锗太阳电池结构，其小面积电池效率目前达到14.6％。(www.xing528.com)

柔性衬底薄膜太阳电池与平板式晶体硅、玻璃衬底的薄膜电池等硬衬底电池相比，其最大的特点是质量轻、可折叠、不易破碎，并具有较高的功率质量比（＞500W／kg），故能够安装在流线型汽车的顶部、房屋等建筑物的楼顶与外墙面以及对地观测的平流层飞艇表面，应用前景广阔。

我国柔性衬底薄膜电池的研究进展较慢。哈尔滨chrona公司在20世纪90年代中期曾研制出柔性聚酰亚胺衬底上的非晶硅单结薄膜电池，电池初始效率为4.63％，功率质量比为231.5W／kg，但此后进展不大。近年来南开大学在柔性衬底非晶硅薄膜电池方面的研究取得了一定的进展，他们在0.115cm²的聚酰亚胺衬底上获得单结薄膜电池的初始效率为4.84％，功率质量比为341W／kg。柔性衬底电池的产业化方面，天津津能电池有限公司建有6MW非晶硅柔性电池生产线，30MW生产线已经开始了项目论证；新疆天富光伏光显有限公司在建1MW非晶硅柔性电池生产线，未来准备建立8MW生产线。这两家公司由于设备及技术从国外进口，预计电池成本偏高。总的来说，国内在柔性衬底方面的研究还处于刚刚起步的阶段，和国外的差距较大。

柔性CIGS薄膜太阳电池多沉积于金属箔（不锈钢、金属鈦等）或高分子聚合物（多为聚酰亚胺）薄膜基底上，具有质轻、可卷曲折叠、不怕摔碰、抗辐射能力强等特点，而且允许以卷带方式连续化沉积，其材料成本和生产成本具有更大的下降空间，无论是军事还是民用，都具有广阔的市场前景和巨大的需求背景。美国NREL和日本松下电器公司在不锈钢衬底上制备的CIGS电池效率均超过17.5％，美国环球太阳能（Global Solar）公司0.4MW中试线[1ft（1ft=0.3048m）宽、卷到卷技术］，生产不锈钢衬底电池小面积效率为12.5％，德国HMI研究所采用共蒸发法在钛箔衬底上制备CIGS薄膜电池效率为16.2％。聚酰亚胺薄膜（PI）是发展高功率质量比的轻质柔性太阳电池首选衬底材料。目前，由瑞士联邦技术研究院研制的PI衬底小面积铜铟硒电池效率达到13.0％，是目前PI衬底太阳电池的世界纪录。德国HMI研究所、ZSW中心和美国特拉华大学能源转换学院（IEC）等机构制备的PI衬底CIGS电池效率达到了10％～12％。