铜铟镓硒电池光电材料设计I:吸收层晶体结构和能带

杨卫明,吴美平,杨元琪

(1.中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司,蚌埠233010；2.中国建材国际工程集团有限公司,上海200063)

近年来,经过单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜等硅材料太阳能电池,及碲化镉等化合物太阳能电池的高速发展,太阳能电池技术日臻成熟,产业链培育日趋完善。铜铟镓硒薄膜太阳能电池作为目前公认的第二代太阳能电池,以其转化率高、光谱响应范围宽、温度系数低、适于建筑一体化(BIPV)应用、可制作柔性产品等一系列技术特点和低成本优势,得到了广大科研工作者及产业界的高度关注,并且通过规模化产品制造和应用,促进了CIGS产业的蓬勃发展。2016年中国建材集团旗下德国AVANCIS公司位于慕尼黑的研发中心在30×30 cm2玻璃基封装组件上首创转化率达17.9%的世界纪录[1]。同时,中国建材集团在德国、韩国和中国积极展开了吉瓦级CIGS模组的规模化工业生产。与AVANCIS公司取得的成就相呼应的是:据NREL的公开数据,2019年日本Solar Frontier公司在1 cm2CIGS电池上获得23.35%的光电转化率世界纪录[2],其最新研制的模组转化率也达到了19.2%[3]。由于CIGS技术的重大突破,其转化率已经达到目前硅基太阳能电池相当的转化率水平,使薄膜太阳能电池取代硅基太阳能电池成为可能。

为进一步提高CIGS电池的转化率、有针对性的控制工艺过程和降低实用组件的制造成本,有必要深入研究CIGS 电池的材料特性,开发新材料和优化电池结构,从而开发出新的工艺技术路径。该文通过对CIGS材料的晶体结构、能带和缺陷理论的阐述,探讨了CIGS光电材料设计的方向及面临的相关问题,指出了改善CIGS电池性能的尝试路径。……