摘要：清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授莊大明在接受記者采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)道：“薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)代表了光伏技術(shù)的發(fā)展方向。在今后一段時(shí)間里，會(huì)出現(xiàn)薄膜太陽(yáng)能電池與晶硅電池共存的局面，但是薄膜光伏產(chǎn)品終將很快會(huì)在市場(chǎng)上擴(kuò)大份額，并快速增長(zhǎng)。”清華大學(xué)教授的一番話(huà)道出了薄膜電池在現(xiàn)在和未來(lái)光伏行業(yè)的重要性。本文從國(guó)內(nèi)外兩個(gè)方面闡述了硅基薄膜電池和銅銦鎵硒電池的研究進(jìn)展。

　　硅基薄膜太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展

　　(1)國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

　　南開(kāi)大學(xué)從材料設(shè)計(jì)出發(fā)，設(shè)計(jì)并合成了一種多空氧化鋁空心六角對(duì)稱(chēng)蜂巢狀絨面結(jié)構(gòu)，使材料的陷光性得到了很大的提成，這種材料合成的非晶硅太陽(yáng)能電池的效率達(dá)到了8.3%，相較于普通的鋁摻雜的氧化鋅（AZO）襯底的效率6.7%，效率提升了23.88%，是我國(guó)非晶硅電池領(lǐng)域研究重要的突破。

　　湖南共創(chuàng)光伏科技有限公司利用低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)在玻璃襯底上沉積了氧化銦錫(ITO)薄膜，在此基礎(chǔ)上合成了硼摻雜氧化鋅(BZO)薄膜，合成的ITO/BZO薄膜在非晶硅薄膜電池上的應(yīng)用表明，復(fù)合薄膜使得分晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化率提高了0.2%。除此之外，ITO的緩沖層利于BZO晶粒尺寸的生長(zhǎng)，并且明顯可以提高其導(dǎo)電性。

　　浙江正泰太陽(yáng)能科技有限公司，在以聚亞酰胺(PI)為襯底上，利用傳統(tǒng)硅基薄膜太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)設(shè)備，制備了n-i-p型的單結(jié)非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池。該電池組件經(jīng)過(guò)封裝后，轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了5.13%。雖然轉(zhuǎn)化率不高，但是這是在柔性基底上制備非晶硅薄膜電池領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)重要突破。

　　(2)國(guó)際研究進(jìn)展

　　Eric Johlin等在2016年設(shè)計(jì)并合成了一種三維立體結(jié)構(gòu)的非晶硅太陽(yáng)能電池。這種非晶硅太陽(yáng)能電池的制備主要分為三個(gè)步驟，第一步，在N型摻雜非晶硅上沉積厚度為1000mm的本征非晶硅;第二步，在本征非晶硅上刻蝕深度為850mm、底部直徑為80nm，開(kāi)口直徑為150nm的納米孔，第三步，沉積P型非晶硅和ZnO電極。這種三維結(jié)構(gòu)型的非晶硅電池相較于平面型結(jié)構(gòu)的非晶硅電池，陷光性有了很大的改善，其電流密度提高了45%，轉(zhuǎn)化率高達(dá)10.4%。

　　Sourav Mandal等人通過(guò)在微晶硅和非晶硅之間加入1.0nm厚的納米晶硅，有效的減弱了微晶硅和非晶硅之間的界面失配，這種微晶硅/非晶硅的雙層結(jié)構(gòu)使得制備的非晶硅電池在500nm之后波長(zhǎng)的太陽(yáng)能電池量子轉(zhuǎn)化效率明顯提高。轉(zhuǎn)化率高達(dá)9.46%,相較于只采用非晶硅制備的薄膜電池，效率提升了14.3%。

　　Ishizaki,K 等人在2015年研究了基于光子晶體在超薄微晶硅表面對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響，得到了8.7%的轉(zhuǎn)化率;O.Vetterl 等人，通過(guò)調(diào)變硅烷和氫氣混合氣體的比例，再過(guò)渡到無(wú)定型生長(zhǎng)的過(guò)程中找到了最佳比例，這個(gè)方法合成的微晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的效率高達(dá)12%.

　　銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展

　　(1)國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

　　四方創(chuàng)能光電技術(shù)有限公司和清華大學(xué)合作研究研究了玻璃基和柔性不銹鋼襯底的GICS電池。利用CIGS四元靶材濺射后進(jìn)行熱處理，利用不同含量的Ga的四元靶材進(jìn)行濺射，在預(yù)制膜中形成Ga含量的梯度差，然后，在H₂Se氣體中進(jìn)行高溫退火處理，最后，使光吸收層形成U形帶隙。經(jīng)中科院太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)質(zhì)量檢測(cè)中心的認(rèn)證，玻璃基的CIGS薄膜電池的轉(zhuǎn)化率為20.33%，柔性不銹鋼CIGS薄膜電池的轉(zhuǎn)化率為19.24%。這是我國(guó)在CIGS領(lǐng)域內(nèi)的重要突破。

　　中國(guó)建材集團(tuán)收購(gòu)的Avancis在2016年刷新了CIGS電池封裝效率的世界紀(jì)錄，轉(zhuǎn)化率高達(dá)17.9%，該項(xiàng)研究得到了弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所的認(rèn)證。

　　漢能旗下德國(guó)的Solibro在2015利用磁控濺射制備的CIGS薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)達(dá)到18.4%;漢能與2012收購(gòu)的美國(guó)GSE研發(fā)了一種新型的ICI封裝技術(shù)。ICI封裝技術(shù)提高了電池的轉(zhuǎn)化效率，降低封裝成本，為量產(chǎn)提供了重要得依據(jù)。

　　(2)國(guó)際研究進(jìn)展

　　德國(guó)的氫能和可再生能源研究中心(ZSW)對(duì)CIGS薄膜電池的研究一直處于領(lǐng)先地位。ZSW在2010年CIGS薄膜電池的轉(zhuǎn)化率達(dá)到20.3%;在之后幾年內(nèi)，銅銦鎵硒電池的轉(zhuǎn)化效率也一直被ZSW打破，到2016年，其使用共蒸發(fā)法制備的小面積銅銦鎵硒電池轉(zhuǎn)化率達(dá)到了22.6%，這個(gè)記錄獲得了弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所的認(rèn)證。目前，CIGS薄膜電池的最高紀(jì)錄由日本太陽(yáng)能前沿公司創(chuàng)造，轉(zhuǎn)化率達(dá)到了22.9%。

　　結(jié)語(yǔ)

　　目前，我國(guó)非晶硅薄膜電池的研究相對(duì)較少，南開(kāi)大學(xué)將非晶硅電池的效率做到了8.3%，而國(guó)際上最高效率已經(jīng)達(dá)到了10.4%，在非晶硅領(lǐng)域轉(zhuǎn)化率研究方面，我國(guó)和國(guó)際仍然存在一定的差距;四方創(chuàng)能和清華大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的轉(zhuǎn)化率為20.33% CIGS電池和目前世界的最高轉(zhuǎn)化率22.9%仍然存在一定的差距。