铜铟镓硒

薄膜太阳能电池

铜铟镓硒（Cu（In，Ga）Se2， CIGS）太阳电池作为高转换效率薄膜电池，第三代太阳能电池就是铜铟镓硒CIGS（CIS中掺入Ga）等化合物薄膜太阳能电池及薄膜Si系太阳能电池。

定义

CIGS太阳能电池，利用铜铟镓硒（CIGS）的半导体层吸收太阳光并将其转化为电能的薄膜光伏器件，因其良好的电子和光学特性而被认为在太阳能电池中具有广阔的前景。实验室规模的电池效率已超过20%，但商用CIGS组件的效率通常在12%至14%之间。

产品特点

学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，铜铟镓硒薄膜太阳电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等显著特点，光电转换效率居各种薄膜太阳电池之首，接近于晶体硅太阳电池，而成本只是它的三分之一，被称为下一代非常有前途的新型薄膜太阳电池。

研发生产

由于铜铟镓硒薄膜太阳电池具有敏感的元素配比和复杂的多层结构，因此，其工艺和制备条件的要求极为苛刻，产业化进程十分缓慢。

仅在数年以前，薄膜光伏（Thin Film Photovoltaics，以下简称TF PV）技术在光伏产业中还只能用“微不足道”来形容，只是在诸如计算器这样一些简单的产品中得到应用。除非晶硅外，一些TF PV材料还只是刚刚走出实验室。

但在今天，TF PV已经是PV技术中最耀眼的一员，其生产份额不断扩张。起初，这一市场是由于晶硅的短缺而得以发展，但如今短缺现象已经结束，TF PV则以其低成本、低重量和灵活性而继续发展。而且，除了非晶硅外，铜铟镓硒（CIGS）具有TF PV的所有优点，能量转换效率也并不远逊于传统PV，碲化镉太阳能面板已经出现了繁荣局面。根据美国NanoMarkets公司2008年3月发布的白皮书《走向成功的薄膜光伏》及之前出版的《薄膜、有机、可印刷光伏市场：2007-2015》研究报告中的预测，由于采用简单印刷和roll-to-roll（R2R）制造工艺降低了成本，新产能的增加，以及通过技术改进提高了效率，这些都将使得薄膜光伏成为PV市场的主要角色，TF PV太阳电池将取代目前市场上由传统的晶硅制造的PV面板而成为主流技术。

产业发展

CIGS电池具有性能稳定、抗辐射能力强，光电转换效率目前是各种薄膜太阳电池之首，接近于目前市场主流产品晶体硅太阳电池转换效率，成本却是其1/3。正是因为其性能优异被国际上称为下一代的廉价太阳电池，无论是在地面阳光发电还是在空间微小卫星动力电源的应用上具有广阔的市场前景。

CIGS电池具有与多晶硅太阳能电池接近的效率，具有低成本和高稳定性的优势，并且产业化瓶颈已经突破，在晶体硅太阳能电池原材料短缺的不断加剧和价格的不断上涨背景下，很多公司投入巨资，CIGS产业呈现出蓬勃发展的态势。目前全球有30多家公司置身于CIGS产业，但真正进入市场开发的公司只有德国的Wuerth（伍尔特）、Surlfulcell，美国的Global Solar Energy，日本的Honda（本田）、Showa Solar Shell。2006年、2007年世界CIGS电池组件产能分别为17.5MW、60.5MW，在世界光伏市场上占据的份额很小。

南开大学以国家“十五”“863”计划为依托，建设0.3MW中试线，现已制备出30cm×30cm效率为7%的集成组件样品。2008年2月，山东孚日光伏科技有限公司宣布与德国的Johanna合作，独家引进了中国首条CIGSSe（铜铟镓硫硒化合物）商业化生产线。

当前全球大环境景气不佳，传统硅晶太阳能电池厂正面临售价跌破成本压力，但薄膜太阳能电池具成本优势，逐步崭露头角。全球经济衰退意味着投资风险的加大，而中外风投却在这时不惧风险，集体逆市投资太阳能薄膜电池。薄膜电池已成为国内光伏领域新的投资热点。其中CIGS转换效率足以媲美传统太阳能电池，加上稳定性和转换效率都已相当优异，被视为是相当具有潜力的薄膜太阳能电池种类。未来几年，CIGS（铜铟镓硒）薄膜太阳能电池的销售将会加速增长，到2015年，CIGS将占薄膜太阳能电池市场的43.3%。

市场前景

根据预测，TF PV市场将由2007年的10亿美元增加到2008年的16亿美元，在2010和2015年则将分别攀升到34亿美元和72亿美元。2005年TF PV占整个PV市场的份额还不到5%，但到2015年有望上升到约50%。较传统PV技术，TF PV将通过在很多应用中提供更有成本竞争力的解决方案去抢占市场，并凭藉其独有的特性（重量轻、灵活性、易于嵌入其他材料）开发出新的应用。

传统PV的最大弱点是高昂的电池制造成本。PV面板是以晶硅为原料，通过昂贵的步进重复批处理工艺制造。薄膜技术可以解决类似问题并开发太阳能的新应用。但TF PV的发展道路也并非一片阳光，这项技术还将面临诸多挑战，例如，近来晶硅原料的短缺由于替代材料的兴起而开始缓解，这样就消除了TF PV需求增长的一个主要动力。

成本性能

TF PV技术所涉及的材料主要包括非晶硅（α-Si）、碲化镉（CdTe）、铜铟镓硒（CIGS）、铜铟硒（CIS）以及有机和有机-无机混合材料，每种材料都各有利弊。下表列出了主要TF PV材料及其利用状况。

表1 PV材料及利用状况

能源价格的波动对向替代能源技术的转移起着重要的推动作用。太阳能因其取之不尽、用之不竭的特性对人类有着巨大的吸引力，但传统的PV有其弱点：面板较重，生产成本高，不够灵活，而且硅原料的供应不稳定。因此，PV大多只能针对相对狭窄的市场或其应用必须具备特定的条件，例如可以获得补贴或其他电力来源匮乏的地方。

薄膜技术的机遇倚赖于减少这些制约因素的影响以及扩大PV可发生作用的市场。尽管这是大势所趋，但直到最近，较低的效率和技术上的不够成熟仍妨碍着TF PV及时捕捉这一机遇。

发展态势

随着近年来能源价格如火箭般上窜，加之PV价格的滑落，PV领域的成长非常显著，有些观察家声称PV最终可满足美国能源需求达20%之多。

与传统PV比较，TF PV因用于制造薄膜电池的材料较少，因而成本更为低廉。TF PV的制造是将由光电材料构成的薄层沉积于衬底，这就大大减少了原料的使用。新生产工艺的出现，包括roll-to-roll和印刷技术，又可以进一步降低成本。

性能方面，在不久的将来薄膜技术效率的显著提高已成为大势所趋。例如，CIS/CIGS的效率已经可以和传统PV相提并论。但尽管已取得某些进展，薄膜技术和传统PV的效率之间仍存在一定差距，且在某些情况下差异明显。其结果是：TF PV必须与传统PV在成本基础上竞争，或者TF PV需要在性能基础上创造出新的应用。铜铟镓硒太阳能电池板也可做成柔性，其均匀的颜色和稳定的性能，更加适合与建筑一体化的应用。

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