柔性襯底銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池以其生產成本低、光電轉化率高以及更多的應用可能性等優勢成為當前最具發展潛力的薄膜太陽能電池。對柔性襯底CIGS太陽電池的結構、特性以及襯底材料作了簡單介紹。分析了多元共蒸發法、金屬預置層后硒化法以及非真空沉積法等CIGS光吸收層制備方法的優缺點，并簡要闡述了鈉的摻雜與絕緣層材料的使用。綜述了柔性襯底CIGS太陽能電池近年來的研究進展，最后就柔性襯底CIGS太陽能電池的研發與產業化過程中存在的問題作了分析與歸納。

　　與剛性玻璃基板襯底相比而言，柔性襯底銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池具有下述諸多優點。柔性襯底CIGS太陽能電池質量更輕，可以適用于不平坦的表面上，并可以在不使用時進行折疊放置。柔性襯底CIGS模塊靈活和輕便的打開方式也增加了其它在地面和空間新的應用可能性。并且在運輸，安裝，維修，拆卸方面，柔性襯底CIGS太陽能電池由于重量輕所以更具靈活性。但基于銦金屬資源的稀缺性，CIGS太陽能電池不能成為太陽能光伏的主體，而是更多的應用在軍工裝備等特殊情況，如單兵便攜式移動通信充電裝置。從工業生產的角度來看，制造CIGS太陽能電池模塊的roll-to-roll過程具有相當大的潛在成本優勢，使CIGS太陽電池組件批量生產成為現實。不同類型柔性基板的選擇以及具體制備工藝對CIGS太陽能電池轉換效率是至關重要的。不同的制備技術包括蒸發，濺射，電沉積，絲網印刷等制備出的CIGS模塊，如何更為協調的互連和封裝，也是至關重要的一個產業化課題。當前全球超過20個機構正在參與柔性襯底CIGS太陽能電池中試生產線的開發與建立，且各自具有不同的目標。由于成分多、結構復雜，工藝中某一項參數略有偏差，則材料的電學性能和光學性能變化很大，制備過程較難控制，因此，目前柔性襯底CIGS太陽能電池制備技術處于真空和非真空并行發展的中試階段。本文對柔性襯底CIGS太陽能電池的結構、特性以及襯底材料作了簡單介紹，綜述了柔性CIGS太陽能電池近年來的研發現狀，最后就柔性CIGS太陽能電池的研發與產業化過程中存在的問題進行了分析與歸納。

1、柔性CIGS太陽能電池結構與襯底

　　典型的柔性CIGS太陽能電池結構包括柔性襯底;背電極(Mo)，具有比較好的結晶度和表面電阻;光吸收層(CIGS)，為黃銅礦結構的p型半導體薄膜;n型半導體緩沖層(CdS)，以及透明導電的窗口層(高-iZnO與ZnO:Al薄膜)。p型CIGS和n型CdS及高阻n型-iZnO形成p-n異質結，是CIGS太陽能電池的核心層。最后用電子束蒸發制備Ni/Al電極，并在上面再覆蓋一層增透膜MgF2。圖1所示為聚酰亞胺(PI)襯底CIGS太陽能電池掃描電鏡(SEM)照片。作為CIGS太陽能電池的柔性襯底材料通常需要滿足以下基本條件:¹熱穩定性，能承受制備吸收層時的高溫環境，同時要有與電池的吸收層材料相近的熱膨脹系數;º化學穩定性，制備吸收層時，不與Se反應，在CBD法制備CdS時不會分解;»真空適應性，真空中加熱時不放氣;¼適合卷繞工藝。目前使用的柔性襯底材料有聚酰亞胺和金屬襯底(主要有鈦、鉬、不銹鋼、銅和鋁等金屬箔材料)。

圖1 聚酰亞胺襯底CIGS太陽能電池SEM照片

　　瑞士聯邦材料測試與開發研究所(EMPA)的Ayodhya教授及其所帶領的研發團隊制造出了轉化效率18.7%的柔性CIGS太陽能電池，并獲得了德國佛朗霍恩斯太陽能系統研究院的獨立認證，居各種柔性襯底薄膜電池光電轉化效率之首。現階段柔性襯底CIGS太陽能電池的研究熱點是通過改進工藝條件或流程提高光吸收層的附著性，優化摻Na工藝，抑制高溫沉積條件下金屬襯底中Fe等元素對器件性能的影響，以及改善在襯底上低溫沉積的CIGS薄膜性質。目前，美國及歐洲國家的一些生產企業已經實現了柔性CIGS薄膜電池組件的rol-ltoroll制備，并具備了兆瓦級的中試生產能力，如表1所示。但各企業產品的成品率還有待于提高，還需要對roll-to-roll工藝條件進行優化，對組件級聯技術及封裝技術進行研究。

表1 柔性襯底CIGS太陽電池生產企業

　　以柔性金屬為襯底的CIGS太陽能電池為實現單片集成的大面積光伏組件，需要在金屬襯底和背電極Mo之間制備絕緣阻擋層;研究表明，絕緣的氧化物Al2O3和SiOx等是較好的材料。絕緣的氧化層除了在單片集成電池和金屬襯底之間作為電絕緣層，同時還是金屬襯底和電池之間的擴散阻擋層。南開大學張力研究了柔性不銹鋼襯底CIGS太陽能電池中的Cr擴散阻擋層。其實驗結果表明，Cr阻擋層能夠部分阻擋Fe等雜質從不銹鋼襯底熱擴散進入CIGS光吸收層中，同時可以顯著降低CIGS光吸收層的粗糙度，提高薄膜結晶質量，所得柔性不銹鋼襯底CIGS太陽能電池轉換效率達到10.7%。幾種柔性襯底及絕緣的氧化物的熱膨脹系數(CTE)和密度見表2所列。

表2 幾種柔性襯底及絕緣的氧化物的熱膨脹系數和密度

4、結束語

　　柔性襯底CIGS太陽能電池近幾年來無論是在研究方面還是在產業化方面都取得了很大的進步。伴隨著多家公司相繼實現柔性CIGS太陽能電池的中試生產，柔性CIGS太陽能電池的研發、生產及應用都已經邁上了一個新的臺階，其光電轉化效率、產品的成品率以及單片電池面積都不斷獲得提升。柔性CIGS太陽能電池正在逐步從實驗室走向廣闊的商業化應用。就目前柔性襯底CIGS太陽能電池的狀況來分析，柔性CIGS太陽能電池的研究應注重兩個方面。一是加緊研發與試制柔性封裝材料，提升柔性CIGS太陽能電池在柔性和輕質量上的優勢;二是系統化地研究rol-lto-roll制備工藝與裝備，促進其產業化和商業化進程。