铜铟镓硒太阳能电池及其产业化设备

铜铟镓硒太阳能电池及其产业化设备

肖旭东

(中国科学院深圳先进技术研究院 香港中文大学物理系)

　　摘要：薄膜太阳能电池因其材料用量大大少于常规的晶硅电池，被认为是大幅度降低清洁能源成本的发展方向之一。铜铟镓硒(CIGS)光伏太阳能电池是目前光电转化效率最高的薄膜太阳能电池，其实验室效率已达到20.3%，大组件效率已达15.7%，十分接近单晶硅太阳能电池组件的效率。然而，铜铟镓硒电池质量强烈依赖于生产设备，而且设备成本占生产成本的~30-50%，是成本组成的重要部分。

　　国外铜铟镓硒电池生产设备已有十余年历史积累，但价格昂贵，并对核心装备例如线性蒸发器进行技术垄断。 国内铜铟镓硒电池研究单位的设备大多只是针对小尺寸样片，缺少在核心装备上的研发。基于前期开发的面积为10×10 cm2铜铟镓硒电池制备系统的经验，采用真空共蒸发镀膜法，针对大面积高效率铜铟镓硒电池的制备进行生产设备与工艺的研究。共蒸发方法可控性高，工艺稳定，是实现高效铜铟镓硒太阳能电池的最佳方案;它还具有效率高、材料利用率高、无需采用H2S，H2Se等有毒气体的一系列优点。

　　我们通过解决高真空环境中玻璃衬底高温加热及变形，高温和高真空环境中金属蒸汽的产生、定向传输以及大空间尺度下的可控分布等诸多科学问题和技术难题，研制包括线型蒸发器等核心部件的能够满足大面积、高均匀性和高生长速率等要求的共蒸发中试设备，为大面积铜铟镓硒薄膜生长设备的国产化和低成本提供技术支撑，使我国在铜铟镓硒电池领域掌握核心装备的设计和制造能力。通过该设备的研制，也为继续探索大面积铜铟镓硒薄膜电池的生长工艺提供必须的实验条件。