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产综研CIGS型太阳能电池模块 “转换效率媲美结晶硅,实现15.9%”




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  日本产业技术综合研究所(产综研)利用CIGS(Cu-In-Ga-Se)型太阳能电池的量产型子模块,实现了15.9%的光电转换效率。此次开发出了可大面积均匀制造高质量CIGS光吸收层薄膜的技术。另外,还开发出了利用光吸收层特性的集成化技术。使得采用10cm见方玻璃底板的子模块的转换效率超过了15%。该子模块与市售的CIGS型太阳能电池模块结构相同。与目前最普及的多晶硅型太阳能电池相比,在成本及性能两方面均显示出了竞争性。
  CIGS型太阳能电池是在玻璃底板上形成由各种材料组成的多层膜制作而成。虽然CIGS型太阳能电池在研究阶段的小面积(0.5cm2左右)单元上实现了高达19.9%的最大转换效率,但投产后的模块转换效率仅为11~12%左右。产综研表示,只要小面积单元能够实现18~19%左右的转换效率,集成型模块就应该能够实现15%以上的转换效率。产综研认为,研究阶段的小面积单元与市售的大面积模块存在差别的主要原因是CIGS光吸收层的结晶质量不同,因此,此次开发了可制成大面积高质量CIGS光吸收层薄膜的技术。
  作为CIGS光吸收层的制膜方法,此次产综研采用了多元蒸镀法。通过加热铜(Cu)铟(In)镓(Ga)硒(Se)坩锅来制成薄膜。可制成缺陷少且结晶粒径大的CIGS薄膜。此次产综研改进了坩锅的形状和对底板加热的机构。另外,还采用了可根据时间改变照射元素及温度的3步蒸镀法。采用3步蒸镀法制造的光吸收层可实现较高的转换效率。此次,该所已验证能够在10cm见方的底板上均匀制膜,因此“可证明3步蒸镀法还可应用于大面积模块的量产”(产综研)。
  集成型模块需要有制图工序(在同一底板上形成串联的多个单元而制成模块),不过制图工序会造成整个面积的5~10%变成无法作为太阳能电池工作的死区。此次,通过控制制图用激光的强度及硬质材料针的针压,使其能够制成准确的图案。
  今后,产综研将通过优化太阳能电池结构及制造工艺,使CIGS型太阳能电池性能更高,面积更大,成本更低。另外,还将探讨CIGS模块的长期可靠性,通过实现不低于结晶硅太阳能电池的可靠性,来发展技术转让业务。
  此次研究属于新能源产业技术综合开发机构的委托业务“太阳能发电系统未来技术研发”项目。


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