時(shí)下的中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè),多晶硅與薄膜太陽能電池的爭(zhēng)論不絕于耳,關(guān)注度最高的不外乎是轉(zhuǎn)換效率、規(guī);赡苄浴⒔M件可靠性及系統(tǒng)成本等。當(dāng)硅基薄膜電池在轉(zhuǎn)換效率上一直處于被動(dòng)地位時(shí),薄膜陣營(yíng)的CIGS(銅銦鎵硒)太陽能電池似乎大有后來居上的勢(shì)頭。
“CIGS太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率比硅基薄膜電池高,目前量產(chǎn)的電池轉(zhuǎn)換效率約為10%。實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)則更高,且未來提升的空間非常大。”Veeco大中華區(qū)總經(jīng)理王克揚(yáng)表示,“CIGS可制造出柔性襯底的太陽能電池,實(shí)用性將是其另一優(yōu)勢(shì)。”CIGS顧名思義,就是銅、銦、鎵、硒四種元素的縮寫,也就意味著這種電池的制造與四種元素材料的來源息息相關(guān)。中國(guó)地大物博,銦和硒在中國(guó)的儲(chǔ)量超過全球總量的60%,也就是說,中國(guó)在發(fā)展CIGS電池方面有著先天的優(yōu)勢(shì)。
那么,資源豐富為何沒有促使CIGS出現(xiàn)“井噴式”的發(fā)展呢?“技術(shù)和環(huán)保是CIGS的兩大攔路虎。”王克揚(yáng)坦陳,“CIGS電池的技術(shù)較為復(fù)雜,其中的吸收層是影響效率的關(guān)鍵,而且不易控制。長(zhǎng)期來看,我們有足夠的銦可用。銦主要是鋅礦石處理的副產(chǎn)品,目前提煉銦主要受設(shè)施和工藝經(jīng)濟(jì)性的限制。另外,CIGS電池中的緩沖層CdS是有毒的,對(duì)它的環(huán)保控制以及尋找可替代性技術(shù)也是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。許多含Zn以及In的薄膜,如ZnO、ZnS、ZnInxSey等都極有希望使得CIGS擺脫‘環(huán)保能源不環(huán)保’的尷尬境地。”
眾所周知,CIGS的制造是在Soda-Lime玻璃基片或柔性背底上先鍍Mo底電極。電池的制備是將Cu、In、Ga金屬和Se源在真空腔室內(nèi)進(jìn)行多元共蒸發(fā),或是將金屬Cu、In、Ga通過濺射、蒸發(fā)或電沉積按配比成膜,再在Se氣氛中硒化。目前,Veeco的CIGS太陽能設(shè)備有兩大產(chǎn)品線:FastLine與FastFlex,分別用于玻璃與柔性襯底的太陽能電池制造。FastLine是采用蒸鍍技術(shù),利用直線型噴嘴將化學(xué)原料噴灑于基板上,可極大提高原料利用率和降低鍍層厚度的不均勻性。傳統(tǒng)的濺射方法中,只有約45%的In被利用,大部分被損失掉。而Veeco的蒸鍍法則將In的利用提升到75%,成本得以降低。
2008年,CIGS電池的產(chǎn)量在40MW左右。雖然與多晶硅和硅基薄膜電池還無法相提并論,但CIGS電池組件在日光曝曬下性能穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換效率提升空間大、可淀積在柔性襯底上等諸多優(yōu)點(diǎn)還是頗具吸引力。有分析人士認(rèn)為,CIGS組件的市價(jià)有可能超過晶體硅,潛力不亞于多晶硅電池。“CIGS是直接能隙材料,比非晶硅具有更高的吸光系數(shù),高轉(zhuǎn)換效率和低材料成本的優(yōu)勢(shì)非常明顯。”王克揚(yáng)說,“基于CIGS的太陽能電廠、建筑一體化(BIPV)和便攜設(shè)備等終端市場(chǎng)應(yīng)用非常廣闊,CIGS在每瓦成本上的競(jìng)爭(zhēng)力是可以預(yù)見的。”
CIGS電池最常被人詬病的劣勢(shì)是應(yīng)用面積。理論上來說,在維持CIGS電池的成本及外觀優(yōu)勢(shì)前提下,這一弱點(diǎn)將被克服,即在相同面積下,CIGS電池的發(fā)電量將不比多晶硅電池低,這是薄膜電池陣營(yíng)的一個(gè)重大突破。市場(chǎng)普遍預(yù)估當(dāng)商業(yè)化薄膜光伏模塊轉(zhuǎn)換效率達(dá)到12%時(shí),薄膜光伏電池的市場(chǎng)滲透率將大幅提升。
1977年,美國(guó)Maine大學(xué)率先開始了CIGS太陽能電池的研究。經(jīng)過逾30年的發(fā)展,CIGS贏得的關(guān)注似乎正在穩(wěn)步增加。也許未來它與其它熱門太陽能電池的博弈還會(huì)持續(xù)上演,但是技術(shù)進(jìn)步將推動(dòng)CIGS向前發(fā)展已無需再懷疑。
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