太陽能電池因具有替代現(xiàn)有化石能源而解決能源環(huán)境問題的前景越來越得到全世界的一致認(rèn)可和推動。然而，目前太陽能電池的光電轉(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：

一是光的吸收;

二是光生電子空穴對的分離與傳輸;

三是電荷的收集。光伏材料是太陽能電池的關(guān)鍵部分，因此，提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的主要途徑是提高光伏材料對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)帶隙對太陽光譜響應(yīng)范圍的限制，實(shí)現(xiàn)VBMCBM，VBMIB，IBCBM三個光子激發(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)控中心離子配位場來實(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。相對于八面體場，四面體場具有較小的分裂能，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)換效率的新型太陽能電池提供了新思路。

瑞典開發(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)開發(fā)了高速制造CIGS太陽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)展中國家生產(chǎn)低成本高效率電池片的機(jī)會。

透過高速濺射技術(shù)，太陽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爭力。制造過程是在全真空狀態(tài)濺射沉積所有材料，因此對制造環(huán)境以及潔凈室等要求并不嚴(yán)格。

瑞典商Midsummer的執(zhí)行長—SvenLindstrom指出：“大多數(shù)的光伏專家認(rèn)為可撓性薄膜太陽能電池是太陽能能源的未來。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。”

薄膜銅銦鎵硒太陽能電池模組比傳統(tǒng)玻璃做的硅片電池模組更加輕薄，且完全無含毒鎘的成分，由于模組可無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，一般來說是化學(xué)氣相沉積技術(shù)或通過原子層沉積，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能電池所需要的長時間。

使用Midsummer先進(jìn)太陽能電池片生產(chǎn)線，電池片可在不銹鋼基板上制成，以便制造可撓性太陽能模組，緩沖層并無含毒鎘之成分。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)太陽能電池片過程中使用鎘成分。

Midsummer的先進(jìn)生產(chǎn)工藝技術(shù)帶給發(fā)展中國家制造低成本太陽能電池的絕佳機(jī)會，其原因在于：可從最小規(guī)模(5兆瓦)開始投入資本，且由于制造過程在全真空環(huán)境下，故對潔凈室的要求并不嚴(yán)格，高度自動化的生產(chǎn)線降低對作業(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DUO機(jī)臺。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能模組，其適用于土工模建筑物，垃圾填埋場或其他玻璃太陽能模組無法應(yīng)用之處。