銅銦鎵硒太陽能電池及其產業化設備

肖旭東

(中國科學院深圳先進技術研究院 香港中文大學物理系)

　　摘要：薄膜太陽能電池因其材料用量大大少于常規的晶硅電池，被認為是大幅度降低清潔能源成本的發展方向之一。銅銦鎵硒(CIGS)光伏太陽能電池是目前光電轉化效率最高的薄膜太陽能電池，其實驗室效率已達到20.3%，大組件效率已達15.7%，十分接近單晶硅太陽能電池組件的效率。然而，銅銦鎵硒電池質量強烈依賴于生產設備，而且設備成本占生產成本的~30-50%，是成本組成的重要部分。

　　國外銅銦鎵硒電池生產設備已有十余年歷史積累，但價格昂貴，并對核心裝備例如線性蒸發器進行技術壟斷。 國內銅銦鎵硒電池研究單位的設備大多只是針對小尺寸樣片，缺少在核心裝備上的研發�；�于前期開發的面積為10×10 cm2銅銦鎵硒電池制備系統的經驗，采用真空共蒸發鍍膜法，針對大面積高效率銅銦鎵硒電池的制備進行生產設備與工藝的研究。共蒸發方法可控性高，工藝穩定，是實現高效銅銦鎵硒太陽能電池的最佳方案;它還具有效率高、材料利用率高、無需采用H2S，H2Se等有毒氣體的一系列優點。

　　我們通過解決高真空環境中玻璃襯底高溫加熱及變形，高溫和高真空環境中金屬蒸汽的產生、定向傳輸以及大空間尺度下的可控分布等諸多科學問題和技術難題，研制包括線型蒸發器等核心部件的能夠滿足大面積、高均勻性和高生長速率等要求的共蒸發中試設備，為大面積銅銦鎵硒薄膜生長設備的國產化和低成本提供技術支撐，使我國在銅銦鎵硒電池領域掌握核心裝備的設計和制造能力。通過該設備的研制，也為繼續探索大面積銅銦鎵硒薄膜電池的生長工藝提供必須的實驗條件。