太陽(yáng)能電池因具有替代現(xiàn)有化石能源而解決能源環(huán)境問(wèn)題的前景越來(lái)越得到全世界的一致認(rèn)可和推動(dòng)。然而，目前太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率依然不高。影響光電轉(zhuǎn)換效率的因素主要有三個(gè)：

一是光的吸收;

二是光生電子空穴對(duì)的分離與傳輸;

三是電荷的收集。光伏材料是太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵部分，因此，提升太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的主要途徑是提高光伏材料對(duì)光的吸收和抑制光生載流子的復(fù)合，而實(shí)現(xiàn)這兩者的研究主要集中在能帶調(diào)控上。如何制備能帶位置匹配的新型光伏材料依然是目前研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

最近，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員黃富強(qiáng)帶領(lǐng)的光電轉(zhuǎn)換材料與器件研究課題組與北京大學(xué)化學(xué)系合作對(duì)黃銅礦結(jié)構(gòu)電池材料CuInS2和CuGaS2合理地進(jìn)行Sn在In/Ga位的摻雜，成功地在禁帶中間引入半充滿的中間能帶(Sn摻雜CuGaS2帶隙減小至1.8eV，而吸收范圍延伸至1.0eV即近紅外區(qū)域，Sn摻雜CuInS2薄膜則將帶隙減小至1.0eV左右)，作為小能量光子躍遷的跳板，克服了材料光學(xué)帶隙對(duì)太陽(yáng)光譜響應(yīng)范圍的限制，實(shí)現(xiàn)VBMCBM，VBMIB，IBCBM三個(gè)光子激發(fā)電子躍遷的通道，從而實(shí)現(xiàn)了覆蓋大部分太陽(yáng)能光譜的響應(yīng)，大大提高了光電流，從而有望大幅提高電池轉(zhuǎn)換效率。

該合作團(tuán)隊(duì)基于調(diào)控中心離子配位場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)材料禁帶寬度的降低，探索制備了一種新型窄帶隙鐵電光伏材料：KBiFe2O5。相對(duì)于八面體場(chǎng)，四面體場(chǎng)具有較小的分裂能，從而能夠有效地降低材料的禁帶寬度，樣品結(jié)構(gòu)是由四面體配位的FeO4四面體層通過(guò)Bi2O2鏈連接而成的三維骨架結(jié)構(gòu)，禁帶寬度為1.59eV，為目前已知高溫多鐵材料中禁帶寬度最窄的，由于本征極化場(chǎng)的存在，有效降低光生載流子的復(fù)合率，樣品表現(xiàn)出明顯的光伏響應(yīng)，產(chǎn)生突破材料帶隙限制的光生電壓，電壓高達(dá)8.8V，光生電流為15mA/cm2，高于已知最佳鐵電光伏材料性能。

這一研究結(jié)果的意義在于：一方面成功制備了一類新型中間帶太陽(yáng)能電池材料，并實(shí)現(xiàn)了寬光譜響應(yīng)及光電流的大幅提升;另一方面實(shí)現(xiàn)了鐵電光伏材料中結(jié)構(gòu)調(diào)控帶隙寬度的設(shè)想，為開(kāi)發(fā)新一代具有可控微結(jié)構(gòu)及高光電轉(zhuǎn)換效率的新型太陽(yáng)能電池提供了新思路。

瑞典開(kāi)發(fā)高效不銹鋼基板CIGS薄膜電池制造技術(shù)

瑞典斯德哥爾摩，2014年1月27日。Midsummer是一家制造低成本和可撓性CIGS薄膜電池設(shè)備的領(lǐng)先供應(yīng)商。Midsummer的研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了高速制造CIGS太陽(yáng)能電池片在真空狀態(tài)濺射沉積所有材料，這將提供許多發(fā)展中國(guó)家生產(chǎn)低成本高效率電池片的機(jī)會(huì)。

透過(guò)高速濺射技術(shù)，太陽(yáng)能電池的制造周期可大大縮短。Midsummer應(yīng)用不銹鋼為基板材料且電池片無(wú)含毒鎘成分，其生產(chǎn)高效率薄膜銅銦鎵硒電池片之制程能力極具競(jìng)爭(zhēng)力。制造過(guò)程是在全真空狀態(tài)濺射沉積所有材料，因此對(duì)制造環(huán)境以及潔凈室等要求并不嚴(yán)格。

瑞典商Midsummer的執(zhí)行長(zhǎng)—SvenLindstrom指出：“大多數(shù)的光伏專家認(rèn)為可撓性薄膜太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能能源的未來(lái)。我們獨(dú)特的生產(chǎn)線系統(tǒng)使可少量生產(chǎn)CIGS電池并達(dá)到低成本、高速及高效率產(chǎn)品?！?br/>
薄膜銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池模組比傳統(tǒng)玻璃做的硅片電池模組更加輕薄，且完全無(wú)含毒鎘的成分，由于模組可無(wú)框制造并且任意彎曲，因此非常適合應(yīng)用在城市里的建筑物和其他交通工具上。Midsummer研發(fā)團(tuán)隊(duì)的努力證明了再生能源技術(shù)的潛能，成功研發(fā)15.0%孔徑面積轉(zhuǎn)換效率的無(wú)鎘CIGS電池片，并采用0，3毫米厚度，尺寸225平方毫米之不銹鋼基板。透過(guò)沖壓含鐵的不銹鋼作為基材，使用濺射技術(shù)沉積緩沖層，一般來(lái)說(shuō)是化學(xué)氣相沉積技術(shù)或通過(guò)原子層沉積，而銅銦鎵硒層是利用合金靶材以短周期濺射沉積，其制程改善一般硒化太陽(yáng)能電池所需要的長(zhǎng)時(shí)間。

使用Midsummer先進(jìn)太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)線，電池片可在不銹鋼基板上制成，以便制造可撓性太陽(yáng)能模組，緩沖層并無(wú)含毒鎘之成分。鎘具有很強(qiáng)的毒性，可致癌以及導(dǎo)致其它疾病。為了生產(chǎn)線人員安全健康著想，應(yīng)避免在生產(chǎn)太陽(yáng)能電池片過(guò)程中使用鎘成分。

Midsummer的先進(jìn)生產(chǎn)工藝技術(shù)帶給發(fā)展中國(guó)家制造低成本太陽(yáng)能電池的絕佳機(jī)會(huì)，其原因在于：可從最小規(guī)模(5兆瓦)開(kāi)始投入資本，且由于制造過(guò)程在全真空環(huán)境下，故對(duì)潔凈室的要求并不嚴(yán)格，高度自動(dòng)化的生產(chǎn)線降低對(duì)作業(yè)人員的依賴。使用Midsummer生產(chǎn)線所制造的模組，既耐用又具可撓性，非常適合應(yīng)用在不穩(wěn)供電國(guó)家以及離網(wǎng)電的領(lǐng)域。

Midsummer的turn-key生產(chǎn)線–DUO，提供市面上最小單機(jī)生產(chǎn)規(guī)模，單機(jī)年產(chǎn)能為5兆瓦，若客戶需要擴(kuò)充產(chǎn)能，只須加購(gòu)DUO機(jī)臺(tái)。Midsummer的光伏核心技術(shù)是在真空中濺射沉積所有薄膜層。Midsummer的DUO設(shè)備為最具成本效益的銅銦鎵硒電池片生產(chǎn)線。

Midsummer的銅銦鎵硒電池具有與晶硅太陽(yáng)能電池的外觀一致，區(qū)別于采用不銹鋼作為底材，故其電池片不但能用于生產(chǎn)傳統(tǒng)玻璃模組，且可以制成為質(zhì)量輕薄，彈性耐用的可撓性太陽(yáng)能模組，其適用于土工模建筑物，垃圾填埋場(chǎng)或其他玻璃太陽(yáng)能模組無(wú)法應(yīng)用之處。