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太阳能铜铟镓硒薄膜电池市场分析

2013-11-12 16:12
flinay
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  学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅太阳能电池,第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池,第三代太阳能电池就是铜铟镓硒CIGS(CIS中掺入Ga)等化合物薄膜太阳能电池及薄膜Si系太阳能电池。

  铜铟镓硒薄膜太阳能电池是多元化合物薄膜电池的重要一员,由于其优越的综合性能,已成为全球光伏领域研究热点之一。本文阐述了铜铟镓硒薄膜太阳能电池的特性和竞争优势;介绍了国内外在铜铟镓硒薄膜太阳能电池领域的研究现状;最后探讨了铜铟镓硒薄膜太阳能电池的应用展望。

  关键词:太阳能电池;薄膜;铜铟镓硒;展望

  近几年,世界各国加速发展各种可再生能源替代传统的化石能源,以解决日益加剧的温室效应、环境污染和能源枯竭等全球危机。作为理想的清洁能源,太阳能永不枯竭,正成为当今世界最具发展潜力的产业之一。目前,太阳能电池市场主要产品是单晶硅和多晶硅太阳能电池,占市场总额的80%以上。由于晶硅电池的高成本和生产过程的高污染,成本更低、生产过程更加环保的薄膜太阳能电池得到快速发展。现阶段,有市场前景的薄膜太阳能电池有3种,分别是非晶硅、碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒(CuInGaSe2,一般简称CIGS)薄膜太阳能电池。作为直接带隙化合物半导体,铜铟镓硒吸收层吸收系数高达105cm-1,转化效率是所有薄膜太阳能电池中最高的,已成为全球光伏领域研究热点之一,即将成为新一代有竞争力的商业化薄膜太阳能电池。

  1、铜铟镓硒薄膜太阳能电池的特性和竞争优势

  太阳能电池的材料一般要求主要包括:半导体材料的禁带宽度适中;光电转化效率比较高;材料制备过程和电池使用过程中,不存在环境污染;材料适合规模化、工业化生产,且性能稳定。经过数十年电子工业的研究发展,作为半导体材料硅的提炼、掺杂和加工等技术已经非常成熟,所以,现在的商品太阳能电池主要硅基的。但是,硅是间接带隙半导体材料,在保证电池一定转化效率前提下,其吸收层厚度一般要求150~300微米以上,理论极限效率为29%,按目前技术路线,提升效率的难度已经非常巨大。同时考虑到加工过程近40%的材料损耗,材料成本是硅太阳能电池的最主要构成。另外,其材料生产过程的高温提炼、高温扩散导致其制备过程能耗高,这使其能量偿还周期长,整体成本高。尽管经过近几年的规模化发展,市场价格得到大幅下降,其每瓦成本仍高于2美元。如果再考虑到其制备过程的高污染,更增加了其环境治理社会成本,这些都严重制约了其竞争优势。相比较,薄膜太阳能电池具有较大的成本下降空间,同时它能够以多种方式嵌入屋顶和墙壁,非常适合光电一体化建筑和大型并网电站项目。在这种情况下,薄膜太阳能电池引起了人们的重视,近几年成了科技工作者的研究重点。从全球范围来看,光伏产业近期仍将以高效晶体硅电池为主。但向薄膜太阳能电池和各种新型太阳能电池等低成本、低能耗、低污染的方向过渡已经成为光伏产业发展的必然趋势。目前,国际主要光伏企业已经放缓了对晶体硅太阳能电池产能的扩张,我国已经出台相应政策,抑制晶硅行业的盲目扩张。

  技术比较成熟,且有发展潜力的薄膜太阳能电池有3种,分别是非晶硅(a-Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟硒(CuInSe2,一般简称CIS)/铜铟镓硒(CuInGaSe2,一般简称CIGS)。经过几年的快速发展,单结非晶硅薄膜电池的效率达到7%左右,但是,其光致衰减现象还一直没能解决,相同功率条件下,需要更大的安装面积和成本。在此情况下,近年发展的微晶硅多结电池效率已经达到了10%,同时也部分克服了其衰减问题,所以,其必将在未来太阳能市场占有重要地位。CdTe薄膜电池的实验室效率可以达到16%,组件效率达到10%,缺点是Cd是重金属元素,会对环境和人体带来危害。但是,它的制备工艺简单,成本很低,可以满足一定区域的实际利用,也会在未来光伏市场占有一定的份额。

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