銅銦鎵硒

CIGS太陽能電池，利用銅銦鎵硒（CIGS）的半導體層吸收太陽光並將其轉化為電能的薄膜光伏器件，因其良好的電子和光學特性而被認為在太陽能電池中具有廣闊的前景。實驗室規模的電池效率已超過20%，但商用CIGS組件的效率通常在12%至14%之間。 ^[1] 

學術界和產業界普遍認為太陽能電池的發展已經進入了第三代。第一代為單晶硅太陽能電池，第二代為多晶硅、非晶硅等太陽能電池，銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有生產成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等顯著特點，光電轉換效率居各種薄膜太陽電池之首，接近於晶體硅太陽電池，而成本只是它的三分之一，被稱為下一代非常有前途的新型薄膜太陽電池。

由於銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有敏感的元素配比和複雜的多層結構，因此，其工藝和製備條件的要求極為苛刻，產業化進程十分緩慢。

僅在數年以前，薄膜光伏（Thin Film Photovoltaics，以下簡稱TF PV）技術在光伏產業中還只能用“微不足道”來形容，只是在諸如計算器這樣一些簡單的產品中得到應用。除非晶硅外，一些TF PV材料還只是剛剛走出實驗室。

但在今天，TF PV已經是PV技術中最耀眼的一員，其生產份額不斷擴張。起初，這一市場是由於晶硅的短缺而得以發展，但如今短缺現象已經結束，TF PV則以其低成本、低重量和靈活性而繼續發展。而且，除了非晶硅外，銅銦鎵硒（CIGS）具有TF PV的所有優點，能量轉換效率也並不遠遜於傳統PV，碲化鎘太陽能面板已經出現了繁榮局面。根據美國NanoMarkets公司2008年3月發佈的白皮書《走向成功的薄膜光伏》及之前出版的《薄膜、有機、可印刷光伏市場：2007-2015》研究報告中的預測，由於採用簡單印刷和roll-to-roll（R2R）製造工藝降低了成本，新產能的增加，以及通過技術改進提高了效率，這些都將使得薄膜光伏成為PV市場的主要角色，TF PV太陽電池將取代目 前市場上由傳統的晶硅製造的PV面板而成為主流技術。

CIGS電池具有性能穩定、抗輻射能力強，光電轉換效率目 前是各種薄膜太陽電池之首，接近於目 前市場主流產品晶體硅太陽電池轉換效率，成本卻是其1/3。正是因為其性能優異被國際上稱為下一代的廉價太陽電池，無論是在地面陽光發電還是在空間微小衞星動力電源的應用上具有廣闊的市場前景。

CIGS電池具有與多晶硅太陽能電池接近的效率，具有低成本和高穩定性的優勢，並且產業化瓶頸已經突破，在晶體硅太陽能電池原材料短缺的不斷加劇和價格的不斷上漲背景下，很多公司投入巨資，CIGS產業呈現出蓬勃發展的態勢。目 前全球有30多家公司置身於CIGS產業，但真正進入市場開發的公司只有德國的Wuerth（伍爾特）、Surlfulcell，美國的Global Solar Energy，日本的Honda（本田）、Showa Solar Shell。2006年、2007年世界CIGS電池組件產能分別為17.5MW、60.5MW，在世界光伏市場上佔據的份額很小。

南開大學以國家“十五”“863”計劃為依託，建設0.3MW中試線，現已製備出30cm×30cm效率為7%的集成組件樣品。2008年2月，山東孚日光伏科技有限公司宣佈與德國的Johanna合作，獨家引進了中國首條CIGSSe（銅銦鎵硫硒化合物）商業化生產線。

當前全球大環境景氣不佳，傳統硅晶太陽能電池廠正面臨售價跌破成本壓力，但薄膜太陽能電池具成本優勢，逐步嶄露頭角。全球經濟衰退意味着投資風險的加大，而中外風投卻在這時不懼風險，集體逆市投資太陽能薄膜電池。薄膜電池已成為國內光伏領域新的投資熱點。其中CIGS轉換效率足以媲美傳統太陽能電池，加上穩定性和轉換效率都已相當優異，被視為是相當具有潛力的薄膜太陽能電池種類。未來幾年，CIGS（銅銦鎵硒）薄膜太陽能電池的銷售將會加速增長，到2015年，CIGS將佔薄膜太陽能電池市場的43.3%。

根據預測，TF PV市場將由2007年的10億美元增加到2008年的16億美元，在2010和2015年則將分別攀升到34億美元和72億美元。2005年TF PV佔整個PV市場的份額還不到5%，但到2015年有望上升到約50%。較傳統PV技術，TF PV將通過在很多應用中提供更有成本競爭力的解決方案去搶佔市場，並憑藉其獨有的特性（重量輕、靈活性、易於嵌入其他材料）開發出新的應用。

傳統PV的最大弱點是高昂的電池製造成本。PV面板是以晶硅為原料，通過昂貴的步進重複批處理工藝製造。薄膜技術可以解決類似問題並開發太陽能的新應用。但TF PV的發展道路也並非一片陽光，這項技術還將面臨諸多挑戰，例如，近 來晶硅原料的短缺由於替代材料的興起而開始緩解，這樣就消除了TF PV需求增長的一個主要動力。

TF PV技術所涉及的材料主要包括非晶硅（α-Si）、碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）、銅銦硒（CIS）以及有機和有機-無機混合材料，每種材料都各有利弊。下表列出了主要TF PV材料及其利用狀況。

表1 PV材料及利用狀況

能源價格的波動對向替代能源技術的轉移起着重要的推動作用。太陽能因其取之不盡、用之不竭的特性對人類有着巨大的吸引力，但傳統的PV有其弱點：面板較重，生產成本高，不夠靈活，而且硅原料的供應不穩定。因此，PV大多隻能針對相對狹窄的市場或其應用必須具備特定的條件，例如可以獲得補貼或其他電力來源匱乏的地方。

薄膜技術的機遇倚賴於減少這些制約因素的影響以及擴大PV可發生作用的市場。儘管這是大勢所趨，但直到最 近，較低的效率和技術上的不夠成熟仍妨礙着TF PV及時捕捉這一機遇。

隨着近 年來能源價格如火箭般上竄，加之PV價格的滑落，PV領域的成長非常顯著，有些觀察家聲稱PV最終可滿足美國能源需求達20%之多。

與傳統PV比較，TF PV因用於製造薄膜電池的材料較少，因而成本更為低廉。TF PV的製造是將由光電材料構成的薄層沉積於襯底，這就大大減少了原料的使用。新生產工藝的出現，包括roll-to-roll和印刷技術，又可以進一步降低成本。

性能方面，在不久的將來薄膜技術效率的顯著提高已成為大勢所趨。例如，CIS/CIGS的效率已經可以和傳統PV相提並論。但儘管已取得某些進展，薄膜技術和傳統PV的效率之間仍存在一定差距，且在某些情況下差異明顯。其結果是：TF PV必須與傳統PV在成本基礎上競爭，或者TF PV需要在性能基礎上創造出新的應用。銅銦鎵硒太陽能電池板也可做成柔性，其均勻的顏色和穩定的性能，更加適合與建築一體化的應用。