薄膜太阳能电池工艺、材料是规模化生产*大瓶颈

      薄膜太阳能电池因为廉价的衬底材料(如玻璃、不锈钢、聚酯膜)，有柔性，材料禁带宽度可调控，组件温度系数低等优点很受瞩目，在光伏市场的应用规模逐渐扩大，2010年已经占13%以上的市场份额。各种薄膜电池都有一些瓶颈问题尚未解决。

      目前硅基薄膜太阳能电池，无论单结、双结还是三结电池，制造工艺都是采用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)方法，真空腔的清洗基本是氟化物 (SF6或NF3)，排出物是含氟气体。荷兰科学家Rob van der Meulen等在2011年第19期的Progress in photovoltaics：Research and Applications上发表文章称，这种含氟气体对环境造成的温室效应比CO2高17200～22800倍。太阳能光伏发电一直以来被认为是绿电，那 么在制造环节中也应该采用绿工艺。对于硅基薄膜电池厂商来说，有寻找新的清洗气体替代当前的氟化物的方案，降低温室气体排放。另一种方案是尽快提高电池的 转换效率，当稳定效率达到12%～16%，才有可能补偿排放的温室气体对环境的影响。此外由于硅薄膜组件效率低(5%～7%)，在光伏系统应用中单位发电 功率占地面积几乎是晶体硅组件(效率为13%～15%)的2倍，相应地，BOS的成本也要增加，可见提高硅基薄膜组件的光电转换效率是赢得市场的重要条 件。

      *近几年，更多的人开始关注CIGS薄膜太阳能电池，量产化成功的案例是日本的SolarFrontier(前身是Showa Shell)，技术和设备是自主开发的。其CIGS薄膜的技术路线是溅射加后硒化处理，核心就是后硒化处理。由于硒化过程采用有毒气体，硒化设备的设计非 常重要，而市场上没有专业的硒化设备供应商。此外采用蒸发技术制备CIGS薄膜遇到的问题是如何做到大面积薄膜的均匀性和可靠性，包括薄膜的微结构、光 学、电学和厚度等的均匀性和可靠性。除了上述技术上的难题，原材料In也是人们议论的焦点之一。In是贵金属，地球上材料丰度小，可能会限制这类电池的大 规模生产。这就对新材料的开发提出了高的要求。PV-tech.com网站2011年5月报导瑞士科学家在柔性塑料衬底上制备出18.7%转换效率的 CIGS电池，柔性电池的主要优点是可以采用卷对卷工艺来降低制造成本。上图给出了美国Global Solar公司的产品示意图。柔性电池产业化道路上的主要障碍是如何在低温条件下制备性能优良的薄膜。

      美国**太阳能对CdTe薄膜电池技术严密封锁，其他欲进入该领域的企业在量产化过程中困难重重。

      目前中国的薄膜电池企业大部分在硅基薄膜领域，也有一些企业开始进入CIGS和CdTe薄膜电池领域。这些企业比较普遍的做法是关键设备和原材料从 国外进口，由于缺少核心技术，遇到的问题是整条生产线各种设备的兼容性不理想，设备与工艺的集成度不高，导致产品良品率低，成本难以下降，市场竞争力弱。

三类薄膜电池齐头并进各有千秋

      当前普通晶体硅太阳能电池光电转换效率约为16%～18%，实验室**效率是25%(面积4cm2)。双结硅基薄膜太阳能电池的实验室**效率为 11.9%(1.227cm2)，产品效率8%～9%；CIGS电池和CdTe电池的实验室**效率分别为20.1%(面积0.503mm2)和 16.7%(面积1.032cm2)，这两种化合物电池产品效率分别为7%～11%和8%～11%。

      我们知道太阳能电池在应用时都要封装成组件。当晶体硅电池封装成光伏组件后，由于受封装材料(如玻璃、EVA等)限制，有光学损失和电学损失，组件 的光电转换效率还要降低1～3个百分点左右。而薄膜电池因其工艺的集成度高，从电池到组件几乎是同步完成的，转换效率几乎没有损失。可见高品质的薄膜光伏组件可以达到晶体硅光伏组件的性能。晶体硅电池中硅材料占总成本的30%～50%，电池成本严重受限于产业链上游材料的质量和数量。相较而言薄膜电池因使用原材料少、工艺集成度高、成本低、柔性可弯曲等特点有独特的发展空间。