2005年度铜铟硒(CIS)薄膜太阳能电池研究的一些进展

铜铟硒太阳能电池（CIS）是从20世纪80年代初发展起来的多晶薄膜电池。CIS电池以其廉价、高效、接近于单晶硅太阳电池的稳定性和较强的空间抗辐射性而成为本世纪最具有前途的太阳能电池之一，是目前国内外众多科研机构及行业专家的研究热点^[1]。

制造

德国太阳能技术研究所（简称IST）历经10年开发成功一种新型薄膜太阳能电池技术，该项技术采用连续电沉积工艺，制备出在铜箔上形成CuInSe2薄膜太阳能电池的带卷（简称CISCuT），然后通过特殊的封装工艺组装成柔软的太阳能电池组件。目前，CISCuT电池的实验室效率已达到9.2%，理论效率高达30%，并且由于材料消耗少、工艺简单，预期最终成本将低于0.6欧元/Wp^[2]。

德国CIS SOLARTECHNIK GMBH（DE10247402）发明的薄型CIS太阳能电池底基主要由柔软的金属承载层、阻隔层和电接触层组成，阻隔层位于金属层和电接触层之间并不完全覆盖金属层，空留区域用作电接触层制作。

德国HAHN MEITNER INST BERLIN GMBH和TRIBUTSCH HELMUT（WO2005007932，DE10332570）发明的光电系统利用太阳光能制造氢，其中在产生氢的水房（WKK）中所使用的主动光电结构就是以CIS太阳能电池方式实现的。

日本NAT INST OF ADV IND & TECHNOL（JP2004022897）发明了一种低成本，安全耐用的复合物半导体薄膜作为吸收层，用于CIS电池基，通过一般难以加以利用的太阳光谱频宽实现高能转换效率（大约为1.5eV），替代原来的稀有金属实现方法；窗口层中使用ZnO还能获得更高效率。

日本松下电器产业株式会社（CN1577899，JP2005019742，JP2004327849）发明了一种具有高转换效率的CIS基太阳能电池，其通过省略窗口层降低成本。该太阳能电池包括：具有半透明性和导电性的第一层，靠近第一层设置的p型半导体层，通过第一层和p型半导体层形成结，其中p型半导体层包括具有含Ib族元素、IIIb族元素和VIb族元素的黄铜矿结构的半导体，所包含的不锈基板起码有一个表面具有氧化膜涂覆。

华南理工大学（CN1547260）发明的薄膜太阳能电池依次由衬底、电极、p型铜铟硒层、n型硫化镉层、p型多晶硅层、n型多晶硅层和电极叠层构成。制备方法依下列步骤进行：(1)采用磁控溅射加真空硒化退火方法在衬底上制备p型铜铟硒膜；(2)用真空蒸发方法在p型CIS膜上生长n型硫化镉 (CdS)层形成CIS/CdS复合结构；(3)在CIS/CdS复合结构上采用PCVD工艺和金属诱导固相晶化方法制备p型多晶硅层、n型多晶硅层；(4)成形。　

中试生产

自90 年代初起，以Simens Solar为代表的许多公司一直在努力实现CIS薄膜电池的商业化生产，该电池目前仍处在1MW以下的中试生产阶段^[3]。

由天津南开大学孙云教授主持的《铜铟硒薄膜太阳能电池试验平台与中试线》项目，日前被科技部列为国家863计划新立项课题，并获得1557万元的滚动经费支持。该项目实现了电池光电转换效率高于12%，一举跻身于世界该研究领域前四名。该项目计划于2006年底完成后，将使我国化合物薄膜太阳能电池这一高新技术居于国际先进水平^[4]。

衍生品

美国加州一家公司表示，已经开发出一种依靠CIS薄膜太阳能电池集中发电装置，这种装置比目前在世界各地通用的硅电池效率高13%左右。光电集中装置可以制造成较大尺寸，其功率从20kW到35kW不等，而且它们可以在一天中追踪太阳方位的变化，更适合于大规模安装。通常传统的扁平太阳能电池其阳光接收表面被硅电池覆盖，而且被安装在一个固定角度，而CIS新型太阳能电池所使用的是塑料镜头，经过聚焦后的太阳光强度大概是原来的250倍。这种装置完全可以同目前主流的发电系统进行竞争。随着多节太阳能电池的出现，在未来几年将出现生产成本低至3元/W的新型太阳能发电装置^[5]。

附表格 2004～2005年度公开CIS薄膜太阳能电池相关专利情况

专利（申请）人	专利（公开）号	发明名称	公开日
NAT INST OF ADV IND & TECHNOL	JP2004022897	COMPOUND SEMICONDUCTOR FILM AND SOLAR CELL USING SAME	2004-01-22
CIS SOLARTECHNIK GMBH (DE)	DE10247402	Substrate for copper indium sulfide thin layer solar cell has blocking layer with gaps for connection between carrier and contact layer	2004-04-22
SHOWA SHELL SEKIYU	JP2004186547	METHOD FOR RECOVERING COMPONENT OF CIS THIN-FILM SOLAR CELL MODULE	2004-07-02
华南理工大学	CN1547260	一种薄膜太阳能电池及其制备方法	2004-11-17
MATSUSHITA ELECTRIC IND CO LTD （2项）	JP2004327849	SOLAR CELL AND ITS MANUFACTURING METHOD	2004-11-18
MATSUSHITA ELECTRIC IND CO LTD （2项）	JP2005019742	SOLAR CELL	2005-01-20
HAHN MEITNER INST BERLIN GMBH (DE); TRIBUTSCH HELMUT (DE)	WO2005007932	PHOTOVOLTAIC SYSTEM FOR DIRECT HYDROGEN PRODUCTION AND COLLECTION	2005-01-27
松下电器产业株式会社	CN1577899	太阳能电池	2005-02-09

　　传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于目前世界上能耗的40倍。
　　当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。2004年世界太阳能电池生产企业总产能达到1000MW以上，同比增长35%。2005年，世界太阳能电池总产量1656MW，其中日本仍居首位，762MW，占世界总产量的46％，欧洲为464MW，占总产量的28％，美国156MW，占总产量的9％，其他274MW，占总产量的17％。
　　与国际上蓬勃发展的光伏发电相比，中国落后于发达国家10-15年，甚至明显落后于印度。但是，中国光伏产业正以每年30%的速度增长，2005年中国太阳能电池生产总量达到139MW，较2004年猛增了179%，2006年达到400MW，从而超过美国成为全球第三大生产国，产能则达到惊人的1180MW。以3年产量增长45倍，产能增加125倍而成为全球发展最快的国家。在今后的十几年中，太阳电池的市场走向将发生很大的改变，到2010年以前中国太阳电池多数是用于独立光伏发电系统，从2011年到2020年，中国光伏发电的市场主流将会由独立发电系统转向并网发电系统，包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。在国家各部委立项支持下，目前中国实验室太阳能电池的效率已达21%，可商业化的光伏组件效率达14-15%，一般商业化电池效率10-13%。目前中国太阳能光伏电池生产成本已大幅下降，太阳能电池的价格逐渐从2000年的40元/瓦降到2003年的33元/瓦，2004年已经降到27元/瓦。这对国内太阳能市场走向壮大与成熟起到了决定作用，对实现与国际光伏市场接轨具有重要意义。

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