CIGS薄膜太阳电池的发展趋势

CIGS薄膜太阳电池的基础物性、薄膜技术及制造工艺的研发方面已经取得很大的进展，国外部分企业也已经商业化生产，但还有一些关键技术需要解决：①高性能的薄膜材料制备工艺复杂，投资成本高；②缓冲层CdS潜在毒害，需要开发新材料和新工艺；③关键原材料的供应；④光伏组件的良品率和稳定性等。

当前高效率CIGS太阳电池的关键技术是硒化处理工艺，该工艺采用剧毒、易燃、易爆的H2Se气体作为硒源，需要昂贵的硒化炉，以及复杂的尾气处理系统，增加了CIGS太阳电池制备成本，因此可开展廉价的液态硒源硒化工艺。

缓冲层目前大多数采用CBD制备的CdS，然而化学水浴法在电池制备工艺上的连续性极为不便，处理废水、废液会提高电池的制备成本；且Cd为重金属有毒的元素，不符合环保型薄膜太阳电池的要求。因此，可开展对废液的再利用，开发原子层沉积、真空蒸发或者溅射无Cd的缓冲层，例如ZnS，ZnSe，In2S3，In2Se3，ZnInxSey，Zn1－xMgxO，In（OH）3以及In（OH）xSy等。

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图8．17　CZTS太阳电池的TEM图［90］

CIGS太阳电池中In，Ga等稀有金属的利用将限制CIGS太阳电池的大规模生产，因此可开展减薄吸收层厚度以及CIGS吸收层的替代材料研究，开发其他I－IIIVI2族化合物，以廉价且资源丰富的材料（例如Zn，Sn，S）替代稀有金属元素（In，Ga），开展铜锌锡硫（CZTS）薄膜太阳电池的研究，太阳电池结构［90］如图8．17所示。其中比较有代表性的是IBM开发CZTSS电池，光电转换效率达到11．1%［1］，2013年日本第60回应用物理学会春季学术讲演会上报道了Solar Frontier采用多元蒸发法制备CZT薄膜，采用H2S钝化后形成CZTS薄膜，以CdS作为缓冲层的太阳电池效率达到9．2%，Toyota［1］采用CZTS作为光吸收层制备的太阳电池效率达到8．5%。