柔性襯底銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池以其生產(chǎn)成本低、光電轉(zhuǎn)化率高以及更多的應(yīng)用可能性等優(yōu)勢成為當(dāng)前最具發(fā)展?jié)摿Φ谋∧ぬ�陽能電池。對柔性襯底CIGS太陽電池的結(jié)構(gòu)、特性以及襯底材料作了簡單介紹。分析了多元共蒸發(fā)法、金屬預(yù)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(yōu)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(fā)與產(chǎn)業(yè)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(yōu)點。柔性襯底CIGS太陽能電池質(zhì)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(yīng)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(yīng)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(yè)生產(chǎn)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(dāng)大的潛在成本優(yōu)勢，使CIGS太陽電池組件批量生產(chǎn)成為現(xiàn)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(zhuǎn)換效率是至關(guān)重要的。不同的制備技術(shù)包括蒸發(fā)，濺射，電沉積，絲網(wǎng)印刷等制備出的CIGS模塊，如何更為協(xié)調(diào)的互連和封裝，也是至關(guān)重要的一個產(chǎn)業(yè)化課題。當(dāng)前全球超過20個機構(gòu)正在參與柔性襯底CIGS太陽能電池中試生產(chǎn)線的開發(fā)與建立，且各自具有不同的目標(biāo)。由于成分多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝中某一項參數(shù)略有偏差，則材料的電學(xué)性能和光學(xué)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(shù)處于真空和非真空并行發(fā)展的中試階段。本文對柔性襯底CIGS太陽能電池的結(jié)構(gòu)、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(fā)現(xiàn)狀，最后就柔性CIGS太陽能電池的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)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(jié)構(gòu)與襯底

　　典型的柔性CIGS太陽能電池結(jié)構(gòu)包括柔性襯底;背電極(Mo)，具有比較好的結(jié)晶度和表面電阻;光吸收層(CIGS)，為黃銅礦結(jié)構(gòu)的p型半導(dǎo)體薄膜;n型半導(dǎo)體緩沖層(CdS)，以及透明導(dǎo)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(zhì)結(jié)，是CIGS太陽能電池的核心層。最后用電子束蒸發(fā)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(wěn)定性，能承受制備吸收層時的高溫環(huán)境，同時要有與電池的吸收層材料相近的熱膨脹系數(shù);º化學(xué)穩(wěn)定性，制備吸收層時，不與Se反應(yīng)，在CBD法制備CdS時不會分解;»真空適應(yīng)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(lián)邦材料測試與開發(fā)研究所(EMPA)的Ayodhya教授及其所帶領(lǐng)的研發(fā)團隊制造出了轉(zhuǎn)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(tǒng)研究院的獨立認(rèn)證，居各種柔性襯底薄膜電池光電轉(zhuǎn)化效率之首�，F(xiàn)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(yōu)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(zhì)。目前，美國及歐洲國家的一些生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)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(chǎn)能力，如表1所示。但各企業(yè)產(chǎn)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(yōu)化，對組件級聯(lián)技術(shù)及封裝技術(shù)進行研究。

表1 柔性襯底CIGS太陽電池生產(chǎn)企業(yè)

　　以柔性金屬為襯底的CIGS太陽能電池為實現(xiàn)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(xué)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(jié)果表明，Cr阻擋層能夠部分阻擋Fe等雜質(zhì)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(jié)晶質(zhì)量，所得柔性不銹鋼襯底CIGS太陽能電池轉(zhuǎn)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(shù)(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(shù)和密度

4、結(jié)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(chǎn)業(yè)化方面都取得了很大的進步。伴隨著多家公司相繼實現(xiàn)柔性CIGS太陽能電池的中試生產(chǎn)，柔性CIGS太陽能電池的研發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用都已經(jīng)邁上了一個新的臺階，其光電轉(zhuǎn)化效率、產(chǎn)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(yè)化應(yīng)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(yīng)注重兩個方面。一是加緊研發(fā)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(zhì)量上的優(yōu)勢;二是系統(tǒng)化地研究rol-lto-roll制備工藝與裝備，促進其產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化進程。