铟矿资源报道之二——铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池行业.docx

铟矿资源报道之二一 铟镓硒i( CIGS)薄膜电池行业一、薄膜电池行业概述由于晶体硅电池成本长期处于高位，业内一直通过提升电池转换 效率、降低硅片切割厚度等技术来降低成本与此同时，薄膜电池作 为第二代太阳能电池逐渐受到行业关注并增长迅速图1：光伏电池分类罗朮吐电理1化令杓半导体潯菠电;也5 11 1非晶皐E盘F目电迪Jr Eri ilk膜（CiS># 厂C A “关于光伏电池未来的发展趋势：晶体硅电池随着工艺的不断改进、 成本的持续下降，短期内依然处于主导地位而薄膜涂层电池由于其 低成本的特点，其在转换效率方面还有提升的空间，未来市场份额势 必会有明显的增长而从市场预测情况来看，未来薄膜电池中CIGS薄 膜电池的增速最为明显1 CIGS 薄膜电池概况CIS是CuInSe2的缩写，是一种I-M-VI族三元化合物半导体材 料由于它对可见光的吸收系数非常高，所以是制作薄膜太阳电池的 优良材料以P型铜铟硒(CuInSe2)和N型硫化镉(CdS)做成的异质结 薄膜太阳电池具有低成本，高转换效率和近于单晶硅太阳电池的稳定 性近年研究将Ga替代CIS材料中的部分In ,形成CuIn1- xGaxSe2(简称CIGS)四元化合物。

由Zn O/CdS/CIGS结构制作的太阳 电池有较高的开路电压，转换效率也相应地提高了许多CIGS电池在 实验室已经达到19.9%的转换率，远高于其他薄膜电池非届琏薛骐比帶酗半导休CIGSCdie主屡擀料侗、棚.撑*圧妣合沛嫌.3牝審轴0.2 0,5^<1)^11)1 yrnJt哑抚龍力I .菲宜儀能廉材+H可 哑收妁丸排有限2.嗫收光子陆童懸固 IJ-Uev1. JUU匕牌轲"+H哦肛 范圏广2, 喊说丸子龍-燮鉅专 l^-LGBevL九楼能摊村料.呢檢随国广2,圾脱无干能童葩圏1.45ev1 -档电枕驶雄疽此枚査戈Tandem叮敢甘世馥也itX-tt高.无光致發戎诞定艮商，无光致空戍珪蜿命宝妾斥材抖，国用1,蜡「如为猶片会篁少而憐庖宪足 申法庖付全面姓丈住妁帝跖畫求岂耀冲思琨化皤畀有洛 在帝凰L呻为旃宿金盛・唯皿 庖付室血性丈強时胃黑 N路.嫡％青会元索“ ■呈礪环倨法规及消护T 理障坯产业贰啊珪M現版热門无*难必社准控剧二元4•較UGS赫境制卅咸本高黑墟TCO城场ffr褂禹Jfc持匪本骨止崽鹹高村料咸轻妁占5成常孔杓应腹技辰1 .佬学气 象沉积渔 溅4：法I sjMJtter) I 、 莢城逊二、CIGS薄膜电池优势1 薄膜电池的低成本优势所在，相对于晶硅电池材料成本便宜薄膜电池相对于晶硅电池最大的优势在于成本，在前几年多晶硅价格处于高位的时候，薄膜电池的成本优势更为明显。

通过我们前面 的分析也可以看出，即使在近期多晶硅大幅下降的情况下，薄膜电池 的成本优势依然明显CIGS薄膜电池具备相对于晶硅电池的成本优势，CIGS电池采用 了廉价的玻璃做衬底，采用溅射技术为制备的主要技术，这样 Cu，In， Ga，Al，Zn 的耗损量很少而对大规模工业生产而言，如能保持比较 高的电池的效率，电池的价格以每瓦计算会比相应的单晶硅和多晶硅 电池的价格低得多另外，我们前面一直讨论的是光伏电站的初始建站成本，实际薄 膜电池的弱光效应是其由于晶硅电池的另一大优势薄膜电池因为其 弱光效应好，每天工作时间远高于晶硅电池的工作时间，这补足了其 发光效率相对较低的不足2相对于其他薄膜电池，CIGS薄膜电池转化效率高市场一直对薄膜电池的转化效率较低颇有担忧CIGS是目前所推广的薄膜电池中转化效率最高的，目前实验室转换效率可以达到19.9%CIS有很高的吸收率，在材料的第一微米可以吸收99%的可 见光，所以是很有效的光伏材料增加少量的镓可以增加它的光吸收 能带，使它更贴近太阳光谱，改善光伏电池的电压和效率禁带宽度 适于太阳光的光电转换；容易形成固溶体以控制禁带宽度的特点此 外由于高吸光效率(a>104~~105 cm-1)，所需光电材料厚度不需超 过1pm, 99 %以上的光子均可被吸收。

3 相对于其他薄膜电池，性能稳定，无衰退 硅基薄膜电池的不稳定性集中体现在其能量转换效率随辐照时间的延长而变化，直到数百或数千小时后才稳定而没有光致衰退效应 (SWE )的半导体材料，光照会提高CIS的转换效率，因此此类太阳 能电池的工作寿命长无衰退是薄膜太阳能电池最为关注的性能指标， 单结非晶硅薄膜电池的衰退达到 25%，非晶微晶叠层薄膜电池的衰退 为10%左右CIS薄膜电池没有光致衰退效应，只可能出现由于不良 封装技术导致的不到 10%的衰退影响，这一特点和晶硅电池相同多年户外试验表明CIGS薄膜太阳电池及其光伏组件具有非常优秀 的稳定性Siemens太阳能公司对CIS组件进行了 8年的户夕卜测试， 结果除了 1989－1990 年更换模拟器时电池效率稍有变动以外，其他 时间电池的平均效率基本不变甚至有所增加近年日本 Showa Shell 公司对11kW的CIGS电池方阵进行了户夕卜测试，测试时间持续3年， 结果表明 CIGS 组件的效率没有发现任何的衰减，再次证明了 CIGS 电 池的稳定性4 最适合 BIPV 的应用薄膜太阳能电池适合与建筑结合的光伏发电组件(BIPV):双层玻 璃封装刚性的薄膜太阳能电池组件，可以根据需要，制作成不同的透 光率，可以部分代替玻璃幕墙，而不锈钢和聚合物衬底的柔性薄膜太 阳能电池适用于建筑屋顶等需要造型的部分。

将薄膜太阳能电池应用 于城市大量的既有和待开发的建筑外立面和屋顶，避免了现有玻璃幕 墙的光污染问题，能代替建材，同时发电又节能，将成为未来城市利 用光伏发电的主要方向三、CIGS薄膜电池可能存在的问题1原材料In的稀缺性从原材料的稀缺角度考虑，市场认为 In 将会限制 CIGS 薄膜太阳 电池的长期发展我们认为，短期来看，In的稀缺不会构成阻碍CIGS薄膜电池发展 的因素In是一种银白色稀有金属，没有独立矿物，广泛分布于闪锌 矿中我国In储量约1.3万吨，占全球储量的2/3除了中国，美国、 加拿大、日本是主要的生产国目前我国大部分 In 材料出口至日本和 韩国，仅有少量被国内使用由于 In 材料的特殊性质和稀有性，我国 已从2007年6月开始正式开始施行In材料出口配额制，2008年，中 国共生产铟锭215吨从 CIGS 薄膜电池的材料构成来看，每 MW 的 CIGSSe 薄膜电池 消耗的 In 的数量为 45 公斤目前全球 CIGS 薄膜电池的产能在 300MW左右，所需要消耗的In的数量为14吨，远低于目前In材料 的产出量从技术角度而言，目前正在开展相关替代的吸收层材料研究，电 池吸收层中尽量少用 In 和 Ga 元素。

一些化合物材料，如锌黄锡矿结 构的Cu2ZnSn(S,Se)4晶体，通过Zn和Sn各替代一半黄铜矿结构中 的In，可以作为薄膜电池的吸收层，而电池的其它工艺，如金属Mo 电极、异质结的缓冲层和窗口层材料以及上电极材料和制备工艺，都 与目前的CIGS薄膜太阳电池相同2 Cd的污染问题由于Cd会带来与环境污染相关的问题，包括CIGS制备过程和电 池的使用过程中，终会发生微量的污染问题，因此无Cd缓冲层的工艺 是目前研发的重点无镉缓冲层可以分为含 Zn 硫化物、硒化物或氧化物以及 In 的硫 化物或硒化物两大类，制备的方法主要是化学水浴法已经能够用于 生产大面积 CIGS 薄膜电池的无镉缓冲层有化学水浴法制备的 ZnS 和 原子层化学气相沉积的In 2S3趙松种矣制备才法'时伽2ft*;%znsCBD0J5518.6NREL祐山皤Z^AOH）.CBD30k3014.2m 祐ho強 Shell Seltuyu K KCBD1.0815.7ft 09 Shen solarZn（SerOH）MOCVD0.55irein（OH）3:Zn2+CBD0.214CZnln2Se4PVD0.1915.1Six业丸寧Zn 1-XMgXO（Co-sputte 佗 dj0.%16 2a^fe下ZnOALD019146SJx业尢学耀鹽 ・ALCVO71d12.9&i r■汗山A 1>1。