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1、全球薄膜太阳能电池部分国家及地区运行分析一、美国美国CIGS化合物太阳能电池研发状况GlobalSolar(亚利桑那州)GlobalSolar公司成立于1996年，以不锈钢板(StainleSS-SteeISUbStrateS)为基板，采同时蒸着法制作可挠式(Flexible)CIGS太阳电池与模块。CIGS太阳电池模块的接合构造为ZnO:Al/ZnO/CdS/CIGS/i/Mo/SS,其特征为太阳电池单元彼此相互重迭。目前受光面积8,709平方公分的大面积模块的转换效率为10.2%,输出电力为88.9瓦(W),开路电压(VOC)36.1V,短路电流(Isc)4.1A,FF(FieldFact
2、or)0.606o目前研究开发着重于太阳电池模块封装方式的开发，以对应户外使用环境下CIGS太阳电池模块性能的提升。Nanosolar(力口州)Nanosolar公司成立于2002年，累计投入1亿5千万美元于研究开发,该公司以不锈钢板为基板、CIGS奈米粒子(NanoPartiCIeink)为原料，采涂布印刷法制作可挠式(Flexible)CIGS太阳电池与模块，目前已从研发阶段进入到商业生产的阶段。目前NanoSoIar公司对于转换效率等产品性能数据相当保密，目前仅针对系统整合厂商(wholesalesystemintegrators)出货。2007年9月Nanosolar公司获得美国Sol
3、arAmericaInitiative(SAI)计划的研究经费支持，提升NanOSOIar产品的成本效益，降低系统端的安装成本，使得太阳光电的发电成本达到与市电价格相当的水准，可望在不久的将来被纳入市电的供电系统中。NanOSOlar本次取得的计划经费来自美国能源部(USDepartmentofEnergy)SBIRPhaseII与D0ENREL,研究经费规模达950万美元,近年来Nanosolar从DOE取得研究经费累计达2千万美元。AscentSolar(科罗拉多州)AFRL自1995年起即提供研究计划与经费给AscentSolar公司的前身ITNEnergySystemsInc.,用以发
4、展可挠式(Flexible)ClGS太阳电池，AscentSolar公司的CIGS太阳电池是以不锈钢板为采用卷筒式制造方式(continuousroll-to-rollmanufacturingprocess),力口上光吸收层(activelayer)厚度仅3微米(micrometers),减少材料使用，具低制造成本的优势。2007年1月美国空军(TheU.SAirForce)将原本给予ITNEnergySyStemSlne.公司的合约转移给AscentSolar公司。AscentSolar公司目前的研究重心一为开发可挠式(Flexible)CIGS太阳电池表面电极材料与制造技术，其次是发展迭
5、层结构的CIGS太阳电池TandemDevicesJo2007年5月美国空军给予AscentSolar公司一个中小企业创新研究(SBIR)计划合约。该计划目标为开发出以卷筒式(Rolkto-Roll)制程沉积可挠式(Flexible)CIGS太阳电池透明导电膜(TransparentConductiveC)Xide,TCO)的技术。ASCentSOIar公司预期新的透明导电膜材料与制造技术，将有助于降低成本及提升太阳电池的性能。2007年10月AscentSolar公司从美国空军实验室(U.S.AirForceResearchLaboratory,AFRL)取得74万9千美元的研究经费，计划目
6、标为开发以单晶整合的ClGS技术开发薄膜迭层太阳电池(thin-filmtandemphotovoltaicsbasedonmonolithicallyintegratedCIGStechnology）,研究期间为27个月。据AscentSolar估计，未来迭层结构的太阳电池的转换效率有达到20%的潜力。2007年8月AscentSolar公司从美国能源部所属的国家实验室（UlS-DepartmentofEnergyNationalLaboratory）取得16万5千美元的研究经费，计划目标为发展先进CIGS材料与制程以提高生产量，达到降低AscentSolar公司的ClGS制造成本的目的。金
7、安明邦调研中心美国AscentsolarTechnologies开发出了长度为5m的柔性ClGS（铜锢铉硒）型太阳能电池模块。模块宽度为32cm,重量为2kg。底板采用聚酰亚胺。开口部的发电效率为9.1%,输出功率为123W。AscentSolar将该模块定位为面向建材一体化（BlPV）太阳能电池的主要产品。利用年产能为isMW的卷对卷设备生产。目前正在建设中的年产能30MW的工厂预定导入生产设备。美国CIGS化合物太阳能电池厂商商业化动向全球薄膜太阳能龙头美国FirstSoalr计划到2014年其硅化镉（CdTe）薄膜太阳能电池模块每瓦制造成本将达到0.52-0.63美元，相比目前每瓦约0.
8、93美元的成本下降30-40%,转换效率由目前10.9%上升至12.5%,提升1.6个百分点。FirstSoalr在2008年出乎意料快速崛起后，就成了太阳能市场不可轻视的公司，尤其它宣布在2008年第4季末已达到每瓦成本1美元以下，产能在2009年超过10亿瓦(IGWp)规模量产化，若以一般传统煤的发电成本来看，其成本已与许多高电价地区的成本相当(Grid-Parity)。2009年太阳能市场受大环境影响需求急缩，很多薄膜厂都面临生存空间的打压，尤其是非晶硅薄膜7%的转换效率难与价格跌幅甚大的传统结晶硅太阳能模块相比，FirstSolar薄膜转换效率达10%以上，相对仍有竞争空间，促使多数薄
9、膜厂商竞相提升转换效率。若以投入众多的堆迭式微晶硅薄膜(Tandcm)来看，2010年转换效率会拉升到810%之间，与FirstSolar的转换效率差距缩小，值得观察的就是薄膜厂商投入转换效率大于11%的三结结构(Triple-junction)硅薄膜太阳能电池模块的时间点，若同样在2014年前完成，就有机会与FirStSolar正面迎战，另外，具高转换效率低成本的铜锢钱硒(ClGS)薄膜太阳能电池模块的成功发展时间，也会造就薄膜市场的重大改革。但最值得注意的还是传统结晶硅太阳能模块的成本结构变化，一旦它的成本下降的速度比预期来得大，还是有可能面临2009年非晶硅薄膜太阳能所面临的生存空间受打
10、压的问题。美国CIGS电池转换效率再创历史新高CIGS电池实验室转换效率再创新高，美国再生能源实验室(NREL)2008年3月28日公布其CIGS电池的实验室转换效率再度刷新其原先缔造的19.5%的历史纪录，达到19.9%,使的CIGS电池的转换效率进一步逼近多晶硅电池的20.3%,NREL目前正与美国HelioVolt合作将其CIGS技术导入商业化量产，这样的讯息隐含出一个重要讯号：在维持CIGS电池的成本及外观优势前提下，CIGS电池理论上将突破在与晶体硅电池竞争时所被诟病的应用面积劣势，亦是在同样面积下，CIGS电池的发电量将不比多晶硅电池为低,这是薄膜电池阵营的一个重大突破。市场普遍预
11、估当商业化薄膜光伏模块转换效率达到12%时，薄膜光伏电池的市场渗透率将大幅提升。美国发布CIGS型太阳能电池玻璃底板成膜装置美国维易科精密仪器(VeeCoInStrUmentS)发布了CIGS(Cu、In、Ga、Se)型太阳能电池玻璃底板用蒸镀成膜装置“FastLine:该装置采用易于提高制造能力的系统，每小时可最多处理30块尺寸LlmXL4m的玻璃底板。并且，虽未公布具体数值，但该公司表示可量产高转换效率的太阳能电池模块。蒸镀源采用该公司的PV-Seriesv0基于蒸镀的成膜方法材料的使用量少，可降低单位输出功率的制造成本。此外,该公司还准备推出柔性底板使用的成膜装置FastFlex二、日本
12、太阳能是一种纯洁,环保,能量巨大的可再生能源,基于半导体的利用光伏效应把太阳能转换成电能的太阳能电池是最有潜力和希望的.近些年来,还出现了基于具有共辆结构的有机分子制作的电池,有机太阳能电池有重量轻,可弯折,制作工艺简单等优点,因而近些年来成为了一个热门的研究领域.而日本针对有机太阳能的研究较为多,技术比较领先.因而本文主要就有机太阳能电池原理,结构和影响能量转换率的因素以及目前日本有机太阳能电池研究的现状进行评述.1有机太阳能电池的工作原理有机太阳能电池是利用有机化合物的光生伏打效应把光能转变为电能的器件.有机太阳能电池的工作原理可以分为以下几个过程：首先是光的吸收,半导体吸收光之后产生的是
13、激子.第二个过程是激子的分离,也就是激子在扩散到受体和给体界面的时候由于给体与受体的能级不同从而产生了离化能和亲和能的差异从而实现了电子和空穴的分离.最后激子分离后变成载流子需要被有效的收集.2有机太阳能电池的结构太阳能电池的结构对于太阳能电池的性能影响也是显而易见的,从最早期的肖特基结,到现在广泛采用的异质结和体异质结,以及基于以上结构的层叠结构.3影响有机太阳电池性能的因素决定太阳能电池的能量转换率的主要参数就是:太阳能电池的短路电流,开路电压和填充因子.而影响这几个参数的因素主要有:材料的光谱响应特性,材料的能级特性,材料的迁移率等,因而我们从新材料的使用、分子改造、新的成膜工艺和膜的形
14、态结构的改进、缓冲层的采用、电极和界面的改善与掺杂、以及器件稳定性和寿命的改进等方面阐述了日本有机太阳能研究的各个方面的现状31新材料的使用和分子的改造材料的光谱响应一般是受到材料能级结构影响较大,一般能级和地面太阳辐射光谱匹配较好的材料有更好的表现.但大多数时候材料的响应光谱往往和太阳辐射谱没有很好的匹配,因而使用不同的材料光谱的响应特性就会不同.另外通过分子改造或者成膜过程的掺杂和退火工艺也可以改变材料的组织结构从而影响到材料的能级结构特性最终影响到材料的光谱响应特性.日本东京大学Yamakawa等合成了给体受体共聚物PICDTBT和PICDT2BT.分别用两种物质和PCBM制作的光伏器件
15、在AML5(AML5/OOmW/cm2)光照下开路电压可达0.9V,能量转换效率分别达到了1.47%和2.07%.Fujishima等研究者采用了一种全新的较高的光吸收给体材料DBP取得了较高的转换率3.6%(AM1.5,100mwcm2).除了寻找更好的材料之外还有许多其它的因素也能极大的影响到器件的性能.3.2口新的成膜工艺和膜的形态结构的改进材料的迁移率对于短路电流的提高有很大影响,因而选取迁移率较高的材料往往能提高器件的性能,而有机太阳能电池又往往受到材料迁移率的限制而无法提高光电转换率.材料的迁移率可以通过掺杂来改善,在合适条件下进行退火也有助于材料形成较为整齐的结构从而有利于迁移率
16、的提高,当然为了提高有机层迁移率可以做的工作也不止这些.工作都是围绕形成有利于器件性能提升的形态结构展开的.东京大学的OgaWa等研究者利用Iayerbylayer沉积技术(LbL)使载流子的迁移率高达41014cm2Vs大阪大学的Kittichungchit等研究者采用蒸汽成膜取得了较好的膜形态和结晶性,制成的ITOC60poly(3hexylthiophene)(PAT6)Au结构器件,开路电压,填充因子,和外量子效率都有提高.还有一些研究者是通过改进膜的成份比例和溶剂来实现有序结晶性的改进的.东京大学的Nishizawa等研究者通过改变给体受体的不同比例从而导致了器件性能的差异.日本产业技术综合研究所的COOk等研究者在氯苯溶液中加入乙醇从而使P3HT的结晶性提高了.综上所述,针对膜形态结构的改善工作主要是为了改善器件的有机层的分
