2017年我國光伏技術發展報告(3)

3 薄膜太陽電池研究進展

3.1 薄膜太陽電池發展概況

自2011年以來，各種薄膜太陽電池的轉換效率不斷提高，新的世界紀錄頻頻出現；相應地，組件的轉換效率也不斷提高。表3中列出的是近幾年薄膜太陽電池和組件的年度最高效率。許多公司不僅擁有小面積電池研制的實驗室，還擁有大面積組件研發線，表3內的組件效率并非一定由產業化生產線制造。

國內進行薄膜太陽電池的課題組較多，研究工作不僅涉及所有主要的薄膜太陽電池，相關產業化技術的研發也得到了高度重視。近5年來，各種薄膜太陽電池和組件的轉換效率不斷提高，表4列出了當年的高值。

表3 國外幾種主要薄膜太陽電池及組件的年度最高效率

表3和表4主要顯示了薄膜太陽電池及組件發展的粗線條輪廓，表內的高效率有兩個含義：一是不涉及時間順序，是在1年內的高值；二是不涉及同一類電池間的細分區別，例如，不區分是否剛性或柔性，不區分是單結或多結，不區分關鍵技術的差別，不區分器件(電池、組件)面積的大小，不區分聚光電池測試光強的高低。

3.2 硅基薄膜太陽電池研究進展

3.2.1 硅基薄膜太陽電池研究的國際進展

由于基于“蜂巢(honeycomb)”周期性襯底的單結微晶硅電池效率達到了11.8%[38]，而且三結疊層電池的穩定效率也高達13.6%[39]。因此，Asman Tamang等[40]進一步研究了“蜂巢”周期性襯底的陷光性能與裂紋缺陷之間的相互作用，結果發現，當表面絨面的周期與微晶硅電池的厚度相近時，陷光性能達到最佳。為了在保持良好陷光性能的同時避免裂紋缺陷的形成，絨面的高度與周期尺寸的比例應不大于0.25。

表4 國內幾種主要薄膜太陽電池及組件的年度最高效率

Sourav Mandal等[41]在 n-μc-Si:H 與本征a-Si:H層之間加入1.0 nm的n-a-Si:H，明顯減弱了兩者之間的界面失配，這種n-μc-Si:H/n-a-Si:H雙層結構使得非晶硅電池在500 nm之后波段的QE響應顯著提升。未采用背反射的非晶硅電池效率達到9.46%，比單純采用n-a-Si:H的電池效率提升了14.3%。

Eric Johlin等[42]設計并實現了一種三維立體結構的非晶硅太陽電池，結構如圖6所示。首先，在n型摻雜非晶硅上面沉積1000 nm的本征非晶硅；然后，在本征非晶硅上刻蝕深度為850 nm、底部直徑為80 nm、開口直徑為150 nm的納米孔，再沉積p型非晶硅和ZnO電極。該類結構具有非常好的陷光效果，相比平面結構的電池，其電流密度提高了45%，高效率達到10.4%。

圖6 具有納米孔結構的a-SiL:H太陽電池的截面結構示意圖

目前在硅基薄膜太陽電池領域應用廣泛的襯底包括兩種：濺射后腐蝕的ZnO:Al和LPCVD制備的ZnO:B。Etienne Moulin等[43]研究了兩種襯底對a-Si:H/μc-Si:H疊層電池性能的影響。從光學角度來說，兩種襯底對光的散射有明顯的不同：濺射后腐蝕的ZnO:Al對短波光的散射值更高，但是對近紅外光散射較小，LPCVD制備的ZnO:B則正好相反，結果如圖7所示。以這兩種襯底獲得的a-Si:H/μc-Si:H疊層電池性能如表5所示。

由于其具有更好的導電性和適于薄膜生長的表面形貌，以濺射后腐蝕的ZnO:Al作為襯底的a-Si:H/μc-Si:H疊層電池有更高的Voc和FF，但是ZnO:Al的寄生吸收相對偏高，這對于底電池的電流密度不利，而且其表面形貌也限制了入射到電池表面的光耦合進入電池內部。因此，兩種襯底制備a-Si:H/μc-Si:H疊層電池時需要分別優化。

表5 以濺射后腐蝕的ZnO∶Al和LPCVD制備的ZnO∶B為襯底獲得的a-Si∶H/μc-Si∶H疊層電池性能

圖7 濺射后腐蝕的ZnO:Al和LPCVD制備的ZnO:B的光散射性能比較

3.2.2 硅基薄膜太陽電池研究的國內進展

南開大學設計并實現了一種多孔氧化鋁形成的空心六角對稱蜂巢狀絨面結構，陷光性能得到大幅提升，基于這種新型背反射襯底的非晶硅電池效率達到8.3%，而普通AZO襯底的電池效率只有6.7%[44]。研究者設計了用于a-Si:H/μc-Si:H疊層電池的新型隧穿復合結，由于沒有高吸收的n-μc-Si:H層，新型隧穿復合結具有更低的光學吸收。另外，當n-μc-SiOx:H中間反射層厚度達到70 nm時，促進了后續生長的微晶硅電池p型窗口層的晶化率，從而使兩者形成了良好的歐姆接觸，有利于使電池保持較低的串聯電阻。新型隧穿復合結使電池在獲得了良好電學性能的前提下提高了底電池的EQE響應，有利于獲得高效的疊層電池。通過優化，基于MOCVD技術生長的ZnO:B襯底獲得了效率為13.65%的a-Si:H/μc-Si:H疊層太陽電池[45]。

3.3 銅銦鎵硒薄膜太陽電池研究進展

3.3.1 銅銦鎵硒薄膜太陽電池研究概況

從2014年以來，世界電池效率紀錄6次被 打 破(ZSW 20.8%，Solar Frontier 20.9%，漢能Solibro 21%，ZSW 21.7%，Solar Frontier 22.3%，ZSW 22.6%)，從20.8%提高至目前的22.6%。在電池效率世界紀錄已經較高的水平上，還能在2年多時間獲得如此進步，在銅銦鎵硒發展歷史上是比較少見的。此外，基于黃銅礦類化合物(Cu(In, Ga)Se2)薄膜太陽電池的性能得到顯著改進。2013年，瑞士的EMPA在聚酰亞胺上研制出20.4%的CIGS電池。

2015年，德國的漢能Solibro在30×30 cm2組件上的電池開口效率達到18.4%，換算為全面積組件，效率為17.1%；若為小組件，效率達到18.7%。2015年，深圳先進技術研究院研發的小面積電池效率也已達到20%。

3.3.2 銅銦鎵硒薄膜太陽電池研究的國際進展

3.3.2.1 小面積銅銦鎵硒薄膜太陽電池研究進展

2016年，銅銦鎵硒太陽電池在基礎研究和產業化方面取得了較大突破。在實驗室研究方面，小面積電池效率再次被刷新，已達22.6%，此紀錄由德國ZSW實驗室取得[46]。此款新型電池的面積為0.5 cm2，使用共蒸鍍法制備，獲得弗勞恩霍夫太陽能系統研究所認證。這個效率高出日本Solar Frontier制造的電池0.3個百分點，這是ZSW第5次重新攬回世界紀錄。

德國的漢能Solibro于2016年完成第3代柔性產品的開發和認證，3001 cm2的柔性銅銦鎵硒組件轉換效率達到17.96%。

與轉換效率不斷提高相匹配，技術創新也取得了很好的進展。

1)電池效率紀錄能夠不斷被刷新的很大原因在于人們對堿金屬元素的重新認識與審視。堿金屬元素包括Na、K、Rb、Cs等。在CIGS發展歷史上，Na元素對CIGS性能的有利影響和作用機理被認為是具有里程碑意義的發現。雖然針對Na元素的作用機理仍存爭議，但是適當含量的Na元素摻雜的有利影響已經被廣泛認可。在過去很長一段時間內，關于堿金屬對CIGS性能影響的研究主要集中于Na，對于其他堿金屬元素的研究較少。新的研究成果表明，K、Rb、Cs等堿金屬元素在CIGS電池中也能夠起到提高電池性能的作用，現在高效率電池(22.6%)中就有Rb元素的摻雜。堿金屬的摻雜方式大多采用在吸收層上進行氟化物蒸發沉積的方式。研究表明，如果摻雜多種堿金屬，其濃度在膜內深度方向的分布將出現變化，原子質量較大的堿金屬元素將會部分替代原子質量較小的堿金屬原子，例如在原本含有Na和K的吸收層中摻雜Cs后，Na和K的濃度會普遍降低，Cs濃度會升高。這種離子互換機制對于電池內復合、缺陷的作用可能有較大的影響。

2)溶液法制備銅銦鎵硒吸收層。目前無論是在實驗室研究還是在商業化生產方面，真空方法都是制備銅銦鎵硒吸收層的主流方法。真空方法有利于獲得單一黃銅礦相、高結晶質量及電學性能良好的吸收層，從而取得高效率電池及組件。溶液法因其設備相對簡單，在減少吸收層制備成本方面有潛在優勢。2016年，采用肼溶液法獲得了17.3%的認證電池效率[47]，相比之前高溶液法取得的15.2%的電池效率，有了大幅提高。

3)寬禁帶銅銦鎵硒材料的開發及電池制備。目前高效率的銅銦鎵硒電池的禁帶寬度大約為1.15～1.20 eV，相比理想禁帶寬度1.40～1.50 eV仍有不足。更高禁帶寬度的吸收層材料可能帶來更高濃度的體缺陷，還可能造成與緩沖層CdS能帶結構不匹配的問題，因此，寬禁帶材料研發長期停滯。2016年，Solar Frontier利用銅銦鎵硫(禁帶寬度可達1.50 eV)制備獲得了15.5%的電池效率新紀錄[48]，比之前14.0%的世界紀錄有了大幅提高。實驗將緩沖層材料從CdS替代為ZnMgO，解決了緩沖層與吸收層能帶不匹配的問題。

4)無鎘環保緩沖層研究及電池制備。通常為獲得高效率電池，在銅銦鎵硒太陽電池制備中采用CdS作為緩沖層。雖然Cd以化合物形式存在，對環境的污染風險較小，但是對環境的潛在破壞仍然促使人們不斷對無Cd緩沖層進行研發。德國ZSW實驗室采用了Zn(O,S)緩沖層替代CdS[49]，研究中發現，采用硫代乙酰胺替代硫脲作為Zn(O,S)水浴沉積的硫源，可極大提高Zn(O,S)的沉積速率；為獲得25 nm厚度的Zn(O,S)，沉積時間可由25 min縮短為4 min。研究中還將窗口層材料i-ZnO替換為ZnMgO，獲得了21.0%的電池效率。

5)超薄吸收層電池制備。從理論上看，0.5 μm的銅銦鎵硒吸收層便能吸收利用太陽光譜的大部分光子，但是高效率銅銦鎵硒電池所使用吸收層厚度約為1.5～2.5 μm，這一情況的主要原因在于降低吸收層厚度將會增加吸收層與背電極Mo的界面復合。德國卡爾斯魯厄理工學院在吸收層與背電極Mo之間制備了一層厚度約為50～100 μm的Al2O3或MgF2薄膜，能夠極大降低界面復合，在0.5 μm吸收層厚度的情況下，可取得9.9%的電池效率[50]。如果電池效率能夠進一步突破，有望在未來電池制備中降低吸收層材料使用，減少吸收層材料成本，縮短吸收層工藝制備時間。

3.3.2.2 銅銦鎵硒薄膜光伏組件技術進展

在產業化研究方面，商業化生產組件效率獲得進一步突破，德國CIGS開發商Avancis(目前已被中建材收購)在30 cm×30 cm的基底上開發出效率為17.9%的光伏組件，刷新了之前16.6%的紀錄[51]。

3.3.3 銅銦鎵硒薄膜太陽電池研究的國內進展

2016年，國內多個研究單位在銅銦鎵硒薄膜太陽電池的研究中取得了進展。

3.3.3.1 四方創能光電技術有限公司與清華大學合作研究的進展

1)小面積CIGS太陽電池的研制。

①鈉鈣玻璃基底上的CIGS電池，效率為20.33%，有效面積為0.4 cm2，由中國科學院太陽能光伏發電系統和風力發電系統質量檢測中心于2016年11月24日測試。

該電池制備工藝：CIGS四元靶材濺射加后熱處理，利用不同Ga含量的四元靶材進行依次濺射，在預制膜中形成Ga含量的梯度，在含H2Se氣體的氣氛下進行高溫退火處理，使吸收層最終形成U形帶隙分布。

②柔性不銹鋼基底上的CIGS電池，效率為19.24%，有效面積為0.4 cm2，由中國科學院太陽能光伏發電系統和風力發電系統質量檢測中心于2016年11月24日測試。

該電池制備工藝：CIGS四元靶材濺射加后熱處理，在含阻擋層的不銹鋼襯底上沉積CIGS，利用不同Ga含量的四元靶材進行依次濺射，在預制膜中形成Ga含量的梯度，在含H2Se氣體的氣氛下進行高溫退火處理，使吸收層最終形成U形帶隙分布。

2) CIGS組件產業化開發：尺寸為1245 mm×635 mm的CIGS模組電池的效率高達12.6%。

該電池制備工藝：在1245 mm×635 mm的玻璃基板上沉積CIGS，同樣利用吸收層梯度帶隙方式制備預制膜，退火后形成Ga含量的U形分布來制備電池。模組采用全激光刻劃技術進行內聯，可將死區寬度控制在200 μm以內。

主要的技術路徑：采用不同Ga含量的四元靶材，通過磁控濺射工藝在預制膜中構建Ga含量的梯度分布，在含硒氣氛下對預制膜進行退火，從而在CIGS吸收層中形成U形分布的帶隙梯度。

3.3.3.2 漢能各下屬公司的進展

漢能各下屬公司在2016年取得的進展，如表6所示。

表6 截至2016年漢能各下屬公司在CIGS太陽電池所取得的效率進展

漢能各子公司在膜層制備、電池互聯、封裝性能測試、產品戶外性能等方面進行了深入的研究工作。具體研究內容如下：

1)膜層制備。

①Na摻雜與K摻雜技術：采用Soda lime玻璃襯底，Na離子可以由玻璃襯底通過Mo擴散至CIGS吸收層。在無Na襯底上，如金屬、塑料襯底，Na可以在CIGS沉積之前、沉積過程中或沉積之后加入。采用KF后沉積(Postdeposition Treatment，PDT)可進一步將電池效率提升至20.8%。在塑料襯底上，通過NaF和KF的后摻雜，可達到的電池效率為20.4%[52]。Solibro采用KF后摻雜技術，對設備進行升級改造，在現有產線中實現KF后摻雜，運行結果表明，可使效率提高約1%。

②Ga/(In+Ga)梯度分布：在CIGS膜層制備過程中，實現Ga/(In+Ga)的梯度分布，可以有效提高器件效率。MiaSolé的研究人員研究了PVD制備CIGS薄膜的工藝過程中Ga/(In+Ga)的梯度變化，并分析了溫度、硒化、Na組分等生長條件對Ga/(In+Ga)的影響，研究了Ga/(In+Ga)梯度分布對太陽電池性能的影響[53]。

2)新型封裝方式：漢能GSE開發了獨特的ICI封裝技術，如圖8所示。該技術首先利用光刻技術制備電極，再用激光焊接方式將前后電極連接起來，達到減少串聯電阻、提升組件轉換效率的目的。封裝材料包括前板復合膜、EVA及背板復合膜(見圖9)。ICI封裝技術不僅可以降低成本、提高轉換效率，還能夠降低工藝復雜度、提高組件可靠性。

圖8 GSE ICI組件

圖9 GSE CIGS電池結構及柔性組件示意圖

3)測試方法：MiaSolé的研究人員應用巴西圓盤測試技術(Brazilian disc test)測試了冷噴涂CIG沉積靶材的機械性能，如強度、剛度等。該測試方法的主要優勢在于其可對CIG靶材終產品中的形式進行測試[54]。

4)封裝材料及戶外性能：除了轉換效率，對光伏組件在實際使用過程中可產生的能量，以及其實際使用壽命的研究也具有重要意義。

Solibro研究了濕氣應力在實際應用過程中與加速老化測試中的關系。研究發現，在非熱帶區域，IEC標準的DH 1000 h測試是一種有效的測試手段。在熱帶區域，實際25年的應用，所承受的濕度荷載比DH 1000 h的測試更惡劣，因此研究認為，需要延長測試時間。此外，安裝方式對環境應力的作用也有一定的影響[55]。

MiaSolé的研究人員分別研究了剛性組件及柔性組件的水汽入侵情況，并在預測剛性組件邊緣封裝膠性能方面，提出了一種新的低成本測試方法，該理論模型經實驗驗證是有效的。同時在預測柔性組件的壽命方面，研究人員提出了一種基于測試TCO電阻的測試方法，并提出了一種基于水汽進入的壽命預測方法的經驗模型[56-58]。

MiaSolé的研究人員進行了戶外性能測試，在美國4個地點進行了相關的性能測試工作，分別為沙漠——Arizona、地中海氣候——California、大陸性氣候——Ohio、熱帶氣候——Florida，從3年的測試結果來看，所有的MiaSolé產品僅有較小的衰減[59-61]。

5)推廣應用方面：2016年8月，山東鄒城工業園區3 MW薄膜太陽能項目完成并網發電，總面積超過3萬m2。該項目中應用的銅銦鎵硒薄膜光伏組件，由德國Solibro GmbH使用漢能Solibro技術制造。該項目預計全年可發電400萬kWh以上，創造收益400多萬元。該項目也是目前全國單體規模最大的銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電站。

除此之外，在國內，漢能Solibro的薄膜光伏組件廣泛應用于如安徽首府別墅、四川科技館、河南王舉包裝有限公司廠房等戶用和工商業屋頂；在國外，德國哈勒ERDGAS體育場屋頂項目、德國阿摩爾蘭德地面電站、沙肯特哈爾工商業屋頂項目、法國貝恩布列塔尼戶用項目等也得到客戶好評。憑借轉換效率高、高溫及弱光條件下表現優異、外形美觀、安裝便捷、易于維護等突出優勢，漢能Solibro的薄膜光伏組件越來越受到市場青睞。

3.3.3.3 中國建材下屬公司Avancis取得的進展

2015年9月，中建材凱勝科技集團公司1.5 GW銅銦鎵硒薄膜太陽電池項目在安徽蚌埠開工建設，項目總投資達100億元，將建成10條生產線，形成1.5 GW以上的生產能力。其中，一期投資25億元，建設2條150 MW的太陽電池生產線。2016年5月，Avancis以17.9%的效率刷新了封裝CIGS薄膜組件的世界紀錄。該轉換效率是在尺寸為30×30 cm2、孔徑面積為622 cm2的無鎘CIGS組件上取得的，得到了弗勞恩霍夫太陽能系統研究所的權威認證。

3.3.4 銅銦鎵硒薄膜太陽電池發展趨勢展望

1)近幾年內，銦鎵硒薄膜電池的轉換效率可能達到25%。從長期發展來看，以CIGS作為底電池，與合適的寬帶隙吸收層材料結合形成疊層電池，可使太陽電池效率超過30%。

2)在產業化方面，隨著有實力的大型企業加大投入，帶動我國核心裝備的自主研發和設計制造，可望逐步形成GW級的產業規模。

3)從各企業及研究機構的數據來看，CIGS電池的組件量產效率與研發效率之間有一定差距，縮短量產效率與研發效率的差距，將是未來的一個重要發展方向。在產業化過程中，應解決量產中的技術難題包括：薄膜大面積均勻沉積、電池互聯中效率損失、產品良率、柔性襯底上劃線和封裝等。

4)成本持續下降的主要動因在于：組件效率由14%提升到18%；規模效應帶動的材料成本(BOM)下降，研發帶動的成本下降(超薄吸收層，利用較低純度的原材料)；設備投資的下降；下一代設備帶動的生產能力的改善(產能、良率及設備稼動率)；生產能耗的降低。綜合所有成本下降的因素，在GW級規模下，銅銦鎵硒生產成本會實現25%～40%的降低。

3.4 碲化鎘薄膜太陽電池研究進展

3.4.1 碲化鎘薄膜太陽電池發展概況

近幾年，美國第一太陽能(FS)以每年研發費用規模達到1.3億～1.4億美元的巨大投入，大幅促進了CdTe薄膜太陽電池技術的發展。實驗室電池效率自2011年打破NREL保持長達10年之久的16.7%的紀錄后，在短短5年中陸續取得了9次突破，并于2015年11月創造了22.1%的電池效率[62]。這些突破主要得益于短路電流密度(Jsc)的改進。

與之相比，近幾年顯現出的技術瓶頸，即開路電壓(Voc)的改進甚為緩慢的問題已受到了高度重視。在美國政府的支持下，以NREL為首的一個聯合研究組在2015年制備出Voc為1 V以上的單晶CdTe電池[63]。2016年，美國Arizona State University(ASU)也報道了在分子束外延沉積的單晶薄膜CdTe電池上，實現了Voc大于1 V[64]。ASU的Zhang Yong hang團隊采用MBE外延沉積的n型CdTe與p型氫化非晶硅碳薄膜(a-SiCy:H)的異質結結構(見圖10)，成功獲得了達20.3%的轉換效率，測得的Voc已達1.12 V。這種電池的a-SiCy:H窗口層厚度僅15 nm，CdTe單晶薄膜的厚度為1000～1500 nm，采用的結構為“p-a:SiCy:H/i-MgCdTe/n-CdTe/n-MgCdTe/n-CdTe/n-InSb襯底”。該電池在n-CdTe吸收層的兩面均采用了MgCdTe鈍化層，將CdTe吸收層的載流子壽命提高到了3.6 μs，超過了現有單晶GaAs薄膜的水平，如表7所示。

ASU以獨立于NREL的技術路線再一次表明，CdTe作為高效率光伏轉換材料，其本身沒有根本性限制。不同研究單位連續2年分別在CdTe單晶片和單晶薄膜上取得的高開路電壓電池的結果足以說明，適當提高CdTe吸收層的有效摻雜濃度(1016～1017/cm3)和采用寬帶隙II-VI鈍化層限制表面復合速率，是提高轉換效率的有效技術手段。從上述數據還可以看到，CdTe電池在Voc方面仍具有較大的提升空間，因此，CdTe電池效率仍可繼續提高。這將成為多晶CdTe薄膜電池進一步提升效率的一個重要方向。

圖10 ASU研制的碲化鎘薄膜太陽電池的結構示意圖及能帶圖

在產業化方面，美國第一太陽能在2015年已制備出開口面積為7038.8 cm2、效率為18.6%的CdTe組件。隨著生產線的技術進歩，特別是組件效率的大幅度提高，美國第一太陽能組件直接生產成本已低于0.4美元，使CdTe組件更具市場競爭力。

國內有近10所大學、研究所和企業從事CdTe薄膜太陽電池的研究。目前已發表制備較高效率電池的實驗室有：四川大學、中國科技大學、中科院電工所、龍焱能源科技。近幾年，國內的大學和研究機構正在加緊CdTe薄膜太陽電池的研究，尤其是在電池內部的缺陷、薄膜沉積的生長動力學、蒸汽輸運法沉積薄膜的機理、晶界鈍化及提高薄膜的少子壽命等基礎研究方面，獲得了一些新知識，并取得了一些新進展[65-68]。

企業方面，龍焱能源科技一方面努力提高小面積電池效率，另一方面則更多致力于大面積組件的研制；中建材已收購了德國的CTF公司，進行小面積碲化鎘薄膜太陽電池的研制和產業化技術開發，并將該公司的技術轉移到國內，于成都進行碲化鎘薄膜太陽電池生產線的建設。

3.4.2 碲化鎘薄膜太陽電池研究的國際進展

1)小面積CdTe電池研制：2016年2月，First Solar在其官方網站上宣布，其小面積碲化鎘薄膜太陽電池的效率提高到了22.1%[69]。

2) CdTe組件產業化開發：First Solar的CdTe組件(面積為1200 mm×600 mm)平均效率已達到了16.7%。

3.4.3 碲化鎘薄膜太陽電池研究的國內進展

3.4.3.1 小面積CdTe電池研制

四川大學在2016年6月研制出了效率為16.73%的碲化鎘薄膜太陽電池，面積為0.5 cm2，碲化鎘層用蒸汽輸運法沉積，由成都國家光伏產品質量監督檢驗中心于2016年7月15日檢測[70]。該電池具體的參數為：Voc為829 mV，Jsc為26.87 mA/cm2，FF為75.14%。

表7 幾種典型太陽電池材料的電子學參數與已實現的最高開路電壓

龍焱能源科技在2016年11月研制出了面積為0.554 cm2、效率達17.33%的碲化鎘薄膜太陽電池，由美國NREL于2017年1月測量。該電池具體的參數為：Voc為853.7 mV，Jsc為26.8 mA/cm2，FF為75.5%。

成都中國建材光電材料有限公司的碲化鎘技術團隊在德國德累斯頓的實驗室研制的碲化鎘薄膜太陽電池，于2016年5月上旬，在其自己的實驗室經75 ℃光煉老化48 h后進行測試，獲得了17.81%的轉換效率。該電池具體的性能參數為：Jsc為27 mA/cm2，Voc為850 mV，FF為77.7%，面積為1 cm2。

該電池采用的制備技術為典型的碲化鎘電池制備技術：1)標準TEC15導電玻璃；2) CSS沉積CdS/CdTe；3) 400 ℃氯化鎘退火；4)化學清洗表面；5) Cu型背接觸；6) Mo基背電極；7)背接觸退火。

迄今，國內各單位取得的效率提高主要是來自于Jsc的改進，主要的技術手段是采用了新型緩沖層和窗口層材料。目前，國內對提高CdTe電池Voc的研究，重視和投入程度遠遠不夠；碲化鎘電池的填充因子也有較大的提升空間。

3.4.3.2 CdTe組件產業化開發

龍焱能源科技自主開發的碲化鎘薄膜光伏組件生產線，在2015年組建效率達到13.1%(光闌面積效率，由中國計量科學院檢測)；在2016年通過對設備、工藝和管理的繼續優化，已實現連續生產9天9夜穩定量產的目標，生產線實際生產能力已超過20 MW/年(其中90%的生產設備已具備實際生產能力超過30 MW/年)；經自己生產線檢測，0.72 m2組件的平均效率達到13%，高組件效率超過13.5%。圖11為2016年的一次生產中，該生產線連續生產2298片組件，優品率達到99.7%，平均組件效率達13.0%。

圖11 連續生產2298片組件的效率分布圖

目前，龍焱能源科技的組件直接生產成本已降至2元/W，其標準碲化鎘薄膜光伏組件與多類定制的碲化鎘薄膜光伏BIPV組件已用于全國30個省市和出口到全世界37個國家和地區。2015年成立的龍瑞新能源工程公司(中外合資)，在2016年完成了紹興金盾4 MW分布式碲化鎘薄膜光伏電站等多個項目的建設，年總裝機容量超過16 MW。圖12展示了寧波興港貨柜MW級分布式碲化鎘薄膜光伏電站，已并網發電，運行良好。

圖12 寧波興港貨柜MW級分布式碲化鎘薄膜光伏電站

龍焱能源科技致力于大力開發新產品，擴大CdTe薄膜電池的應用，特別是應用于建筑光伏一體化(BIPV)、農業光伏和汽車光伏方面。在“建筑光伏”和“農業光伏”的光伏應用中，透光組件是一個重要的產品。CdTe電池具備溫度系數低、弱光效應好、熱斑效應小、發電能力高、可在垂直和水平方向應用、雙玻封裝、無PID、可做成多種彩色、可制備各種圖案、可做成異形組件、透光率可隨客戶要求定制、光影小、外觀均勻美觀、色差小、效率高、性價比高等優點。圖13、圖14分別展示了該公司碲化鎘薄膜透光組件在“建筑光伏”和“農業光伏”中的實際應用。

圖13 國家大劇院舞美中心藝術交流樓(超大CdTe薄膜透光組件的應用)

圖14 蘇州捷力惠3000 m2光伏農業大棚

3.4.4 碲化鎘薄膜太陽電池發展趨勢展望

小面積太陽電池的研制一直引領著組件技術的發展。如何提高小面積碲化鎘太陽電池的效率，是一個需要時刻思考的問題。在2011～2015年間，提高碲化鎘太陽電池的短波響應，從而提高短路電流，取得了很大的成效；但在2014～2016年出現了一個轉折，即提高載流子壽命，進而提高開路電壓，取得了令人矚目的進展；而在引入p型氫化非晶硅碳薄膜后，提高開路電壓外的另一個非常可喜的進展是，CdTe吸收層的厚度大幅減小。

目前已經取得的碲化鎘薄膜太陽電池的最佳參數如下：Voc為1.12 V，Jsc為31.69 mA/cm2，FF為80%。如果一個電池能兼有這些參數，其轉換效率將超過28%，這應是碲化鎘薄膜太陽電池近幾年追求的目標。在國內，一些研究機構加強了對碲化鎘太陽電池的基礎研究，都將轉換效率達到20%作為2020年前的目標。

組件制造技術也將在如下幾個方面取得進展：1)將單晶CdTe的高開路電壓技術移植到多晶CdTe薄膜電池中，以提高轉換效率和減少碲化鎘的使用量；2)擴大組件面積，使組件的技術指標達到同面積單晶硅組件的平均水平。美國First Solar的具體方案是：全面積2.16 m2(1.2×1.8 m2，是目前組件面積的3倍)，同時組件效率大于19%，組件輸出功率為400 W，成本則可降低到0.25美元/W。在國內，在大力開發組件制造技術的同時，生產線的數量、產能都將有成倍的增長。 (待續)