薄膜PV工艺产业化的一些关键问题
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能 一致性 不好 就 不 奇怪 了 。 印刷法是将两种前体 “ 墨水 ”涂敷到两种不同的衬底上，再把它们 “ 粘合”在一起 ，快
速加热这种 “ 三明治”就可形成致密 的有着所希望纳米结构 的 ＣＧ 膜 。快速热退火可使扩 ＩＳ 散减至最小，两种前体膜分开制备又易于控制。 这种方法所制 电池效率较高，对衬底的选择
性 也强 。
（ 邓志杰
摘译 ）
薄膜 Ｐ Ｖ工 艺产业 化 的一些关键 问题
薄膜 Ｐ （ Ｖ 光伏，太 阳电池 ）在美国所 占市场份额持续急剧增长 （ ２０ 从 ０３年的 ｌ％到 ０ ２ ０ 约 ４％） 全球 计 划到 ２ １ ， 膜 Ｐ 电池 生产 能力 ＞ ７０Ｗ 德 国正在 安装 一 ４Ｍ ０６年 ４ ， ００年 薄 Ｖ ３ ０Ｍ 。 ０Ｗ 的 Ｃ Ｔ 薄 膜太 阳 （ ｄｅ 电池 ）电站 ，耗 资 １３亿 欧元 ，相 当于平 均 电价 ３ ２ ． ．５欧元／ ，这 是 全球 ｗ 目前 已安装 Ｐ Ｖ系统中价格最低的 。但对薄膜 ＣＧ 铜铟镓硒）和 ＣＴ 太 阳电池的研究开 ＩＳ（ ｄｅ
薄膜 Ｐ Ｖ的产业化 美国和全球的一些薄膜 Ｐ 公司正集 中精力进行 ａ ｓ （ Ｖ ＿ ｉ 非晶 Ｓ ） ＣＧ 、 ｄｅ ｉ 、 ＩＳ ＣＴ 等薄膜 Ｐ Ｖ 工艺的产业化 。例如在美国进行薄膜 ｓ 和 ａｓ Ｖ ｉ ＿ ｉＰ 研发生产 的有 Ｕ ｉＳ ｌｒ ｌ 家公司， ｎ— ｏ ａ 等 ６ ＣＴ 电池有 Ｆｒ ｔ ｏａ 等 ８ ｄｅ ｉｓ ｌｒ Ｓ 家公司， Ｉ Ｓ电池的有 Ｇ ｏ ａ ｏ ａ 等 ｌ 家公司。 ｎ—ｏ ａ ＣＧ ｌｂ ｌ ｌｒ Ｓ ５ Ｕ ｉＳ ｌｒ
收层。
Ｆｒ ｔＳ ｌｒ是世 界上主 要 的薄膜 Ｐ ｉ ｓ ｏａ Ｖ厂家 ，他 们 己在 俄 亥俄 州建成 了生产能 力为 ９ Ｍ ０Ｗ
பைடு நூலகம்
以上的生产厂。 主要生产 ＣＴ 组件， ｄｅ 该公司最近在德国建立了新生产线， 生产能力为 １０Ｗ ２Ｍ ， 并 计划 在 马来西 亚建立 生 产 能力为 ２ ０Ｗ的生 产厂 （ ２ ０ 建成 ） ４Ｍ 在 ０ ９年 。该 公 司 Ｃ Ｔ ｄｅ电池组
件的生产成本随生产规模扩大而不断下降， 由 ２ ０ 年的 ６ Ｗ ．４ ０４ Ｍ ，２９ 美元／ 下降到 ２ ０ 年 ｗ ０６ 的 １２ 美元／ （０Ｗ 。到 ２ １ 年 的 目 ．５ ｗ ９Ｍ ） ０２ 标是通过提高生产效率、提高电池组件转换效率和 成品率使生产成本下降到 ０ ７ ． 美元／ 。在价格上可与常规电力竞争。 ｗ 全球范围内有 ５家公司目前正在进行 ＣＧ ＩＳ电池组件的产业化，他们是德国的 Ｗｒ ｈ ｕｔ Ｓ ｌ 、Ｓ ｌｕ ｃ ｌ ，美国的 Ｇｏ ａ ｏ ａ ，日本的 Ｈ ｎａ Ｓ ｏａＳｅ ｌ公司；其生产能 ｏａ ｒ ｕｆｒ ｅ ｌ ｌｂ ｌＳ ｌｒ ｏ ｄ 和 ｈｗ ｈ ｌ 力为 ５ ７ ｖ年， 同 时，全球 有 ３ 公司 正在 “ ～２Ｍ、／ ４家 积极 地 ”开发 薄膜 Ｃ Ｇ Ｖ 工 艺，这 些 Ｉ ＳＰ 公司使用着大约 ｌ 种不同的沉积技术生长 ＣＧ ０ Ｉ Ｓ吸收层 （ 有溅射／ 硒化、蒸发、共蒸发、溅 射 陕速热处理，“ 墨水 ” 硒化、纳米墨水印刷／ ／ 快速热处理等 ） 。商业化产品常利用共蒸发法 或 两步加 工法 （ 如先 溅射 沉积 随后进 行 硒化 ）来 制备 吸 收层 。所有 公 司都是 用 Ｍｏ作 背接 例 触 （ 通过溅射沉积 ） ，对于前接触多数公司则用 Ｚ Ｏ （ ｎ 采用溅射法或 Ｃ Ｄ法 ） Ｖ 。 研发重点和工艺问题 对于 Ｃ Ｇ Ｉ Ｓ薄膜 Ｐ ，为生产可靠性高、成本低的产品要着重关注 以下 ６方面 ：①生长 Ｖ ＣＧ Ｉ Ｓ吸收层的设备标准化。②提高组件效率 。③防止可弯 曲 ＣＧ Ｉ Ｓ组件受潮 。④用适 当技 术沉积圆柱形 ＣＧ Ｉ Ｓ结构以制备高效率 电池和组件。⑤沉积较薄 （ ｍ 的吸收层。⑥制 ≤ｌ ） ｕ 备 出符合 化学 计 量 比的 ＣＧＳ吸 收层 ，且 具有 良好 的大面 积均 匀性 。 Ｉ
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２０ 年 第 ７ ０８ 期
池。 似乎在相同条件下所制 电池， 其性能却差别很大，许 多公司试 图生产 出性能一致的电池
产品遇到 了麻烦。 许多研究人员把这种易变性 归因于材料系统的复杂性并认为其解决办法是 更精确地控制工艺条件和膜 的组份 。 但也有人认为解决这一问题的办法是要弄清楚材料 的基 本结构 。对 结构较简单的 Ｃ Ｓ（ ｕ Ｓ２ Ｉ Ｃ Ｉ ｃ）进行 了大量深入 的研 究。（ ａ可 “ ｎ Ｇ 自由地”替代 Ｉ） ｎ 。最好的 Ｃ Ｓ电池 “ Ｉ 处于 ”四元相 图的两相区，在该 “ 区”范围内，Ｃ ＩＳ￣ 相和 Ｂ ｕ ｅａ ｎ 相 共存， 每一相所 占份额随整个膜组份而变而不随单个相的组份而变。有人提 出，ａ 相是 ｐ型 的半导体， Ｂ 相是 ｎ型半导体，而 电池性能取决于这两相之 间的作为内吸收层的结 （ ） ， 按照这一模型，理想 电池结构是：两相形成两个连续的相互贯穿的网络 。 模型可 以解释 某些 （ Ｉ Ｓ电池 ）性能之 “ ：只要少子 “ ＣＧ 谜” 相”形成载流子的连续通道，那么 ａ 相和 Ｂ 相 的相对份数和膜 的组份就不那么重要了。另一方面 ， 膜的性能与 “ 纳米级 ” 组份有关——它 驱动着相分凝，与结构特 征 （ 晶界）无关。 如 ＣＧ 则与 Ｃ Ｓ ＩＳ Ｉ 情况不同，添加 Ｇ 以后 ，有助于产生所希望 的纳米结构。Ｇ 可使 ａ ａ ａ 相 产生分凝，Ｉ ｎ可使 Ｂ相产生分凝，而每种相的带隙都与其组份有关 。如果膜 中的 Ｇ 的浓度 ａ 超过 ３ ％，则 ａ相和 Ｂ相之 间带 隙差别 太 大而 不能 形成 有用 的结 。 ５
在 ＣＧ 膜 中形成纳米级相结构实际上是相当复杂的，在大多数加工方法中，不论是基 ＩＳ 于真空的 Ｐ Ｄ 法、蒸发法还是非真空 的粉末法，所制膜都要进行热退火处理，以便使金属 Ｖ （ 或金属氧化物 ）前体与 Ｓ 发生反应，高温退火还有助于扩散和相分凝 。退火后的膜结构 ｅ 也不必与金属前体所产生的结构完全相同，但起始的金属结构很难控制，因此，所得材料性
２
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是美 国 的主要 “ 家 ” ２０ 年 可累 计安 装 １０Ｗ Ｕ ｉＳ ｌｒ在 多结 电池 开发方 面 受到 Ｎ Ｅ 玩 ， ０７ ２Ｍ 。 ｎ－ｏ ａ ＲＬ
（ 国国家可再生能源实验室 ）的支持 。应用材料公司承接 了单结和迭层 、 ｓ ／ 美 ａ ｉ纳米 ｓ ＿ ｉ （ｍ ｃｏｏｐ ” 太阳电池组件工程 ，到 目前为止，该公司己向中国、印度、德国、西班牙 “ ｉｒ ｍｒ ｈ ） 等国家销售了 ２ ０多 Ｍ ０ ｗ的组件。 美国 ｌ 家 ＣＧ ５ ＩＳ电池公司利用多次沉积法生长薄膜 ＣＧ 吸 ＩＳ
发 仍 未停 止 。
２０ ０ ６年全球薄膜 Ｐ Ｖ所 占市场份额不到 ６ ，但在美 国，它却急剧增长，２ ０ ％ ０ ６年市场份 额超过 了 ４％ ４ ，估计 ２０ 年将达到 ５％ ０７ ５ ，其主要生产厂家是俄亥俄州的 Ｆｒ ｔ ｏ ａ 和密执 ｉｓ ｌｒ Ｓ 安州 的 Ｕ ｉＳ ｌｒ两家 公 司 。 ｎ－ ｏ ａ
速加热这种 “ 三明治”就可形成致密 的有着所希望纳米结构 的 ＣＧ 膜 。快速热退火可使扩 ＩＳ 散减至最小，两种前体膜分开制备又易于控制。 这种方法所制 电池效率较高，对衬底的选择
性 也强 。
（ 邓志杰
摘译 ）
薄膜 Ｐ Ｖ工 艺产业 化 的一些关键 问题
薄膜 Ｐ （ Ｖ 光伏，太 阳电池 ）在美国所 占市场份额持续急剧增长 （ ２０ 从 ０３年的 ｌ％到 ０ ２ ０ 约 ４％） 全球 计 划到 ２ １ ， 膜 Ｐ 电池 生产 能力 ＞ ７０Ｗ 德 国正在 安装 一 ４Ｍ ０６年 ４ ， ００年 薄 Ｖ ３ ０Ｍ 。 ０Ｗ 的 Ｃ Ｔ 薄 膜太 阳 （ ｄｅ 电池 ）电站 ，耗 资 １３亿 欧元 ，相 当于平 均 电价 ３ ２ ． ．５欧元／ ，这 是 全球 ｗ 目前 已安装 Ｐ Ｖ系统中价格最低的 。但对薄膜 ＣＧ 铜铟镓硒）和 ＣＴ 太 阳电池的研究开 ＩＳ（ ｄｅ
薄膜 Ｐ Ｖ的产业化 美国和全球的一些薄膜 Ｐ 公司正集 中精力进行 ａ ｓ （ Ｖ ＿ ｉ 非晶 Ｓ ） ＣＧ 、 ｄｅ ｉ 、 ＩＳ ＣＴ 等薄膜 Ｐ Ｖ 工艺的产业化 。例如在美国进行薄膜 ｓ 和 ａｓ Ｖ ｉ ＿ ｉＰ 研发生产 的有 Ｕ ｉＳ ｌｒ ｌ 家公司， ｎ— ｏ ａ 等 ６ ＣＴ 电池有 Ｆｒ ｔ ｏａ 等 ８ ｄｅ ｉｓ ｌｒ Ｓ 家公司， Ｉ Ｓ电池的有 Ｇ ｏ ａ ｏ ａ 等 ｌ 家公司。 ｎ—ｏ ａ ＣＧ ｌｂ ｌ ｌｒ Ｓ ５ Ｕ ｉＳ ｌｒ
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Ｆｒ ｔＳ ｌｒ是世 界上主 要 的薄膜 Ｐ ｉ ｓ ｏａ Ｖ厂家 ，他 们 己在 俄 亥俄 州建成 了生产能 力为 ９ Ｍ ０Ｗ
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以上的生产厂。 主要生产 ＣＴ 组件， ｄｅ 该公司最近在德国建立了新生产线， 生产能力为 １０Ｗ ２Ｍ ， 并 计划 在 马来西 亚建立 生 产 能力为 ２ ０Ｗ的生 产厂 （ ２ ０ 建成 ） ４Ｍ 在 ０ ９年 。该 公 司 Ｃ Ｔ ｄｅ电池组
件的生产成本随生产规模扩大而不断下降， 由 ２ ０ 年的 ６ Ｗ ．４ ０４ Ｍ ，２９ 美元／ 下降到 ２ ０ 年 ｗ ０６ 的 １２ 美元／ （０Ｗ 。到 ２ １ 年 的 目 ．５ ｗ ９Ｍ ） ０２ 标是通过提高生产效率、提高电池组件转换效率和 成品率使生产成本下降到 ０ ７ ． 美元／ 。在价格上可与常规电力竞争。 ｗ 全球范围内有 ５家公司目前正在进行 ＣＧ ＩＳ电池组件的产业化，他们是德国的 Ｗｒ ｈ ｕｔ Ｓ ｌ 、Ｓ ｌｕ ｃ ｌ ，美国的 Ｇｏ ａ ｏ ａ ，日本的 Ｈ ｎａ Ｓ ｏａＳｅ ｌ公司；其生产能 ｏａ ｒ ｕｆｒ ｅ ｌ ｌｂ ｌＳ ｌｒ ｏ ｄ 和 ｈｗ ｈ ｌ 力为 ５ ７ ｖ年， 同 时，全球 有 ３ 公司 正在 “ ～２Ｍ、／ ４家 积极 地 ”开发 薄膜 Ｃ Ｇ Ｖ 工 艺，这 些 Ｉ ＳＰ 公司使用着大约 ｌ 种不同的沉积技术生长 ＣＧ ０ Ｉ Ｓ吸收层 （ 有溅射／ 硒化、蒸发、共蒸发、溅 射 陕速热处理，“ 墨水 ” 硒化、纳米墨水印刷／ ／ 快速热处理等 ） 。商业化产品常利用共蒸发法 或 两步加 工法 （ 如先 溅射 沉积 随后进 行 硒化 ）来 制备 吸 收层 。所有 公 司都是 用 Ｍｏ作 背接 例 触 （ 通过溅射沉积 ） ，对于前接触多数公司则用 Ｚ Ｏ （ ｎ 采用溅射法或 Ｃ Ｄ法 ） Ｖ 。 研发重点和工艺问题 对于 Ｃ Ｇ Ｉ Ｓ薄膜 Ｐ ，为生产可靠性高、成本低的产品要着重关注 以下 ６方面 ：①生长 Ｖ ＣＧ Ｉ Ｓ吸收层的设备标准化。②提高组件效率 。③防止可弯 曲 ＣＧ Ｉ Ｓ组件受潮 。④用适 当技 术沉积圆柱形 ＣＧ Ｉ Ｓ结构以制备高效率 电池和组件。⑤沉积较薄 （ ｍ 的吸收层。⑥制 ≤ｌ ） ｕ 备 出符合 化学 计 量 比的 ＣＧＳ吸 收层 ，且 具有 良好 的大面 积均 匀性 。 Ｉ
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在 ＣＧ 膜 中形成纳米级相结构实际上是相当复杂的，在大多数加工方法中，不论是基 ＩＳ 于真空的 Ｐ Ｄ 法、蒸发法还是非真空 的粉末法，所制膜都要进行热退火处理，以便使金属 Ｖ （ 或金属氧化物 ）前体与 Ｓ 发生反应，高温退火还有助于扩散和相分凝 。退火后的膜结构 ｅ 也不必与金属前体所产生的结构完全相同，但起始的金属结构很难控制，因此，所得材料性
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维普资讯
２０ 年 第 ７ ０８ 期
是美 国 的主要 “ 家 ” ２０ 年 可累 计安 装 １０Ｗ Ｕ ｉＳ ｌｒ在 多结 电池 开发方 面 受到 Ｎ Ｅ 玩 ， ０７ ２Ｍ 。 ｎ－ｏ ａ ＲＬ
（ 国国家可再生能源实验室 ）的支持 。应用材料公司承接 了单结和迭层 、 ｓ ／ 美 ａ ｉ纳米 ｓ ＿ ｉ （ｍ ｃｏｏｐ ” 太阳电池组件工程 ，到 目前为止，该公司己向中国、印度、德国、西班牙 “ ｉｒ ｍｒ ｈ ） 等国家销售了 ２ ０多 Ｍ ０ ｗ的组件。 美国 ｌ 家 ＣＧ ５ ＩＳ电池公司利用多次沉积法生长薄膜 ＣＧ 吸 ＩＳ
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２０ ０ ６年全球薄膜 Ｐ Ｖ所 占市场份额不到 ６ ，但在美 国，它却急剧增长，２ ０ ％ ０ ６年市场份 额超过 了 ４％ ４ ，估计 ２０ 年将达到 ５％ ０７ ５ ，其主要生产厂家是俄亥俄州的 Ｆｒ ｔ ｏ ａ 和密执 ｉｓ ｌｒ Ｓ 安州 的 Ｕ ｉＳ ｌｒ两家 公 司 。 ｎ－ ｏ ａ