2017年我国光伏技术发展报告(3)

3 薄膜太阳电池研究进展

3.1 薄膜太阳电池发展概况

自2011年以来，各种薄膜太阳电池的转换效率不断提高，新的世界纪录频频出现；相应地，组件的转换效率也不断提高。表3中列出的是近几年薄膜太阳电池和组件的年度最高效率。许多公司不仅拥有小面积电池研制的实验室，还拥有大面积组件研发线，表3内的组件效率并非一定由产业化生产线制造。

国内进行薄膜太阳电池的课题组较多，研究工作不仅涉及所有主要的薄膜太阳电池，相关产业化技术的研发也得到了高度重视。近5年来，各种薄膜太阳电池和组件的转换效率不断提高，表4列出了当年的高值。

表3 国外几种主要薄膜太阳电池及组件的年度最高效率

表3和表4主要显示了薄膜太阳电池及组件发展的粗线条轮廓，表内的高效率有两个含义：一是不涉及时间顺序，是在1年内的高值；二是不涉及同一类电池间的细分区别，例如，不区分是否刚性或柔性，不区分是单结或多结，不区分关键技术的差别，不区分器件(电池、组件)面积的大小，不区分聚光电池测试光强的高低。

3.2 硅基薄膜太阳电池研究进展

3.2.1 硅基薄膜太阳电池研究的国际进展

由于基于“蜂巢(honeycomb)”周期性衬底的单结微晶硅电池效率达到了11.8%[38]，而且三结叠层电池的稳定效率也高达13.6%[39]。因此，Asman Tamang等[40]进一步研究了“蜂巢”周期性衬底的陷光性能与裂纹缺陷之间的相互作用，结果发现，当表面绒面的周期与微晶硅电池的厚度相近时，陷光性能达到最佳。为了在保持良好陷光性能的同时避免裂纹缺陷的形成，绒面的高度与周期尺寸的比例应不大于0.25。

表4 国内几种主要薄膜太阳电池及组件的年度最高效率

Sourav Mandal等[41]在 n-µc-Si:H 与本征a-Si:H层之间加入1.0 nm的n-a-Si:H，明显减弱了两者之间的界面失配，这种n-µc-Si:H/n-a-Si:H双层结构使得非晶硅电池在500 nm之后波段的QE响应显著提升。未采用背反射的非晶硅电池效率达到9.46%，比单纯采用n-a-Si:H的电池效率提升了14.3%。

Eric Johlin等[42]设计并实现了一种三维立体结构的非晶硅太阳电池，结构如图6所示。首先，在n型掺杂非晶硅上面沉积1000 nm的本征非晶硅；然后，在本征非晶硅上刻蚀深度为850 nm、底部直径为80 nm、开口直径为150 nm的纳米孔，再沉积p型非晶硅和ZnO电极。该类结构具有非常好的陷光效果，相比平面结构的电池，其电流密度提高了45%，高效率达到10.4%。

图6 具有纳米孔结构的a-SiL:H太阳电池的截面结构示意图

目前在硅基薄膜太阳电池领域应用广泛的衬底包括两种：溅射后腐蚀的ZnO:Al和LPCVD制备的ZnO:B。Etienne Moulin等[43]研究了两种衬底对a-Si:H/µc-Si:H叠层电池性能的影响。从光学角度来说，两种衬底对光的散射有明显的不同：溅射后腐蚀的ZnO:Al对短波光的散射值更高，但是对近红外光散射较小，LPCVD制备的ZnO:B则正好相反，结果如图7所示。以这两种衬底获得的a-Si:H/µc-Si:H叠层电池性能如表5所示。

由于其具有更好的导电性和适于薄膜生长的表面形貌，以溅射后腐蚀的ZnO:Al作为衬底的a-Si:H/µc-Si:H叠层电池有更高的Voc和FF，但是ZnO:Al的寄生吸收相对偏高，这对于底电池的电流密度不利，而且其表面形貌也限制了入射到电池表面的光耦合进入电池内部。因此，两种衬底制备a-Si:H/µc-Si:H叠层电池时需要分别优化。

表5 以溅射后腐蚀的ZnO∶Al和LPCVD制备的ZnO∶B为衬底获得的a-Si∶H/µc-Si∶H叠层电池性能

图7 溅射后腐蚀的ZnO:Al和LPCVD制备的ZnO:B的光散射性能比较

3.2.2 硅基薄膜太阳电池研究的国内进展

南开大学设计并实现了一种多孔氧化铝形成的空心六角对称蜂巢状绒面结构，陷光性能得到大幅提升，基于这种新型背反射衬底的非晶硅电池效率达到8.3%，而普通AZO衬底的电池效率只有6.7%[44]。研究者设计了用于a-Si:H/µc-Si:H叠层电池的新型隧穿复合结，由于没有高吸收的n-μc-Si:H层，新型隧穿复合结具有更低的光学吸收。另外，当n-μc-SiOx:H中间反射层厚度达到70 nm时，促进了后续生长的微晶硅电池p型窗口层的晶化率，从而使两者形成了良好的欧姆接触，有利于使电池保持较低的串联电阻。新型隧穿复合结使电池在获得了良好电学性能的前提下提高了底电池的EQE响应，有利于获得高效的叠层电池。通过优化，基于MOCVD技术生长的ZnO:B衬底获得了效率为13.65%的a-Si:H/µc-Si:H叠层太阳电池[45]。

3.3 铜铟镓硒薄膜太阳电池研究进展

3.3.1 铜铟镓硒薄膜太阳电池研究概况

从2014年以来，世界电池效率纪录6次被 打 破(ZSW 20.8%，Solar Frontier 20.9%，汉能Solibro 21%，ZSW 21.7%，Solar Frontier 22.3%，ZSW 22.6%)，从20.8%提高至目前的22.6%。在电池效率世界纪录已经较高的水平上，还能在2年多时间获得如此进步，在铜铟镓硒发展历史上是比较少见的。此外，基于黄铜矿类化合物(Cu(In, Ga)Se2)薄膜太阳电池的性能得到显著改进。2013年，瑞士的EMPA在聚酰亚胺上研制出20.4%的CIGS电池。

2015年，德国的汉能Solibro在30×30 cm2组件上的电池开口效率达到18.4%，换算为全面积组件，效率为17.1%；若为小组件，效率达到18.7%。2015年，深圳先进技术研究院研发的小面积电池效率也已达到20%。

3.3.2 铜铟镓硒薄膜太阳电池研究的国际进展

3.3.2.1 小面积铜铟镓硒薄膜太阳电池研究进展

2016年，铜铟镓硒太阳电池在基础研究和产业化方面取得了较大突破。在实验室研究方面，小面积电池效率再次被刷新，已达22.6%，此纪录由德国ZSW实验室取得[46]。此款新型电池的面积为0.5 cm2，使用共蒸镀法制备，获得弗劳恩霍夫太阳能系统研究所认证。这个效率高出日本Solar Frontier制造的电池0.3个百分点，这是ZSW第5次重新揽回世界纪录。

德国的汉能Solibro于2016年完成第3代柔性产品的开发和认证，3001 cm2的柔性铜铟镓硒组件转换效率达到17.96%。

与转换效率不断提高相匹配，技术创新也取得了很好的进展。

1)电池效率纪录能够不断被刷新的很大原因在于人们对碱金属元素的重新认识与审视。碱金属元素包括Na、K、Rb、Cs等。在CIGS发展历史上，Na元素对CIGS性能的有利影响和作用机理被认为是具有里程碑意义的发现。虽然针对Na元素的作用机理仍存争议，但是适当含量的Na元素掺杂的有利影响已经被广泛认可。在过去很长一段时间内，关于碱金属对CIGS性能影响的研究主要集中于Na，对于其他碱金属元素的研究较少。新的研究成果表明，K、Rb、Cs等碱金属元素在CIGS电池中也能够起到提高电池性能的作用，现在高效率电池(22.6%)中就有Rb元素的掺杂。碱金属的掺杂方式大多采用在吸收层上进行氟化物蒸发沉积的方式。研究表明，如果掺杂多种碱金属，其浓度在膜内深度方向的分布将出现变化，原子质量较大的碱金属元素将会部分替代原子质量较小的碱金属原子，例如在原本含有Na和K的吸收层中掺杂Cs后，Na和K的浓度会普遍降低，Cs浓度会升高。这种离子互换机制对于电池内复合、缺陷的作用可能有较大的影响。

2)溶液法制备铜铟镓硒吸收层。目前无论是在实验室研究还是在商业化生产方面，真空方法都是制备铜铟镓硒吸收层的主流方法。真空方法有利于获得单一黄铜矿相、高结晶质量及电学性能良好的吸收层，从而取得高效率电池及组件。溶液法因其设备相对简单，在减少吸收层制备成本方面有潜在优势。2016年，采用肼溶液法获得了17.3%的认证电池效率[47]，相比之前高溶液法取得的15.2%的电池效率，有了大幅提高。

3)宽禁带铜铟镓硒材料的开发及电池制备。目前高效率的铜铟镓硒电池的禁带宽度大约为1.15～1.20 eV，相比理想禁带宽度1.40～1.50 eV仍有不足。更高禁带宽度的吸收层材料可能带来更高浓度的体缺陷，还可能造成与缓冲层CdS能带结构不匹配的问题，因此，宽禁带材料研发长期停滞。2016年，Solar Frontier利用铜铟镓硫(禁带宽度可达1.50 eV)制备获得了15.5%的电池效率新纪录[48]，比之前14.0%的世界纪录有了大幅提高。实验将缓冲层材料从CdS替代为ZnMgO，解决了缓冲层与吸收层能带不匹配的问题。

4)无镉环保缓冲层研究及电池制备。通常为获得高效率电池，在铜铟镓硒太阳电池制备中采用CdS作为缓冲层。虽然Cd以化合物形式存在，对环境的污染风险较小，但是对环境的潜在破坏仍然促使人们不断对无Cd缓冲层进行研发。德国ZSW实验室采用了Zn(O,S)缓冲层替代CdS[49]，研究中发现，采用硫代乙酰胺替代硫脲作为Zn(O,S)水浴沉积的硫源，可极大提高Zn(O,S)的沉积速率；为获得25 nm厚度的Zn(O,S)，沉积时间可由25 min缩短为4 min。研究中还将窗口层材料i-ZnO替换为ZnMgO，获得了21.0%的电池效率。

5)超薄吸收层电池制备。从理论上看，0.5 μm的铜铟镓硒吸收层便能吸收利用太阳光谱的大部分光子，但是高效率铜铟镓硒电池所使用吸收层厚度约为1.5～2.5 μm，这一情况的主要原因在于降低吸收层厚度将会增加吸收层与背电极Mo的界面复合。德国卡尔斯鲁厄理工学院在吸收层与背电极Mo之间制备了一层厚度约为50～100 μm的Al2O3或MgF2薄膜，能够极大降低界面复合，在0.5 μm吸收层厚度的情况下，可取得9.9%的电池效率[50]。如果电池效率能够进一步突破，有望在未来电池制备中降低吸收层材料使用，减少吸收层材料成本，缩短吸收层工艺制备时间。

3.3.2.2 铜铟镓硒薄膜光伏组件技术进展

在产业化研究方面，商业化生产组件效率获得进一步突破，德国CIGS开发商Avancis(目前已被中建材收购)在30 cm×30 cm的基底上开发出效率为17.9%的光伏组件，刷新了之前16.6%的纪录[51]。

3.3.3 铜铟镓硒薄膜太阳电池研究的国内进展

2016年，国内多个研究单位在铜铟镓硒薄膜太阳电池的研究中取得了进展。

3.3.3.1 四方创能光电技术有限公司与清华大学合作研究的进展

1)小面积CIGS太阳电池的研制。

①钠钙玻璃基底上的CIGS电池，效率为20.33%，有效面积为0.4 cm2，由中国科学院太阳能光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心于2016年11月24日测试。

该电池制备工艺：CIGS四元靶材溅射加后热处理，利用不同Ga含量的四元靶材进行依次溅射，在预制膜中形成Ga含量的梯度，在含H2Se气体的气氛下进行高温退火处理，使吸收层最终形成U形带隙分布。

②柔性不锈钢基底上的CIGS电池，效率为19.24%，有效面积为0.4 cm2，由中国科学院太阳能光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心于2016年11月24日测试。

该电池制备工艺：CIGS四元靶材溅射加后热处理，在含阻挡层的不锈钢衬底上沉积CIGS，利用不同Ga含量的四元靶材进行依次溅射，在预制膜中形成Ga含量的梯度，在含H2Se气体的气氛下进行高温退火处理，使吸收层最终形成U形带隙分布。

2) CIGS组件产业化开发：尺寸为1245 mm×635 mm的CIGS模组电池的效率高达12.6%。

该电池制备工艺：在1245 mm×635 mm的玻璃基板上沉积CIGS，同样利用吸收层梯度带隙方式制备预制膜，退火后形成Ga含量的U形分布来制备电池。模组采用全激光刻划技术进行内联，可将死区宽度控制在200 μm以内。

主要的技术路径：采用不同Ga含量的四元靶材，通过磁控溅射工艺在预制膜中构建Ga含量的梯度分布，在含硒气氛下对预制膜进行退火，从而在CIGS吸收层中形成U形分布的带隙梯度。

3.3.3.2 汉能各下属公司的进展

汉能各下属公司在2016年取得的进展，如表6所示。

表6 截至2016年汉能各下属公司在CIGS太阳电池所取得的效率进展

汉能各子公司在膜层制备、电池互联、封装性能测试、产品户外性能等方面进行了深入的研究工作。具体研究内容如下：

1)膜层制备。

①Na掺杂与K掺杂技术：采用Soda lime玻璃衬底，Na离子可以由玻璃衬底通过Mo扩散至CIGS吸收层。在无Na衬底上，如金属、塑料衬底，Na可以在CIGS沉积之前、沉积过程中或沉积之后加入。采用KF后沉积(Postdeposition Treatment，PDT)可进一步将电池效率提升至20.8%。在塑料衬底上，通过NaF和KF的后掺杂，可达到的电池效率为20.4%[52]。Solibro采用KF后掺杂技术，对设备进行升级改造，在现有产线中实现KF后掺杂，运行结果表明，可使效率提高约1%。

②Ga/(In+Ga)梯度分布：在CIGS膜层制备过程中，实现Ga/(In+Ga)的梯度分布，可以有效提高器件效率。MiaSolé的研究人员研究了PVD制备CIGS薄膜的工艺过程中Ga/(In+Ga)的梯度变化，并分析了温度、硒化、Na组分等生长条件对Ga/(In+Ga)的影响，研究了Ga/(In+Ga)梯度分布对太阳电池性能的影响[53]。

2)新型封装方式：汉能GSE开发了独特的ICI封装技术，如图8所示。该技术首先利用光刻技术制备电极，再用激光焊接方式将前后电极连接起来，达到减少串联电阻、提升组件转换效率的目的。封装材料包括前板复合膜、EVA及背板复合膜(见图9)。ICI封装技术不仅可以降低成本、提高转换效率，还能够降低工艺复杂度、提高组件可靠性。

图8 GSE ICI组件

图9 GSE CIGS电池结构及柔性组件示意图

3)测试方法：MiaSolé的研究人员应用巴西圆盘测试技术(Brazilian disc test)测试了冷喷涂CIG沉积靶材的机械性能，如强度、刚度等。该测试方法的主要优势在于其可对CIG靶材终产品中的形式进行测试[54]。

4)封装材料及户外性能：除了转换效率，对光伏组件在实际使用过程中可产生的能量，以及其实际使用寿命的研究也具有重要意义。

Solibro研究了湿气应力在实际应用过程中与加速老化测试中的关系。研究发现，在非热带区域，IEC标准的DH 1000 h测试是一种有效的测试手段。在热带区域，实际25年的应用，所承受的湿度荷载比DH 1000 h的测试更恶劣，因此研究认为，需要延长测试时间。此外，安装方式对环境应力的作用也有一定的影响[55]。

MiaSolé的研究人员分别研究了刚性组件及柔性组件的水汽入侵情况，并在预测刚性组件边缘封装胶性能方面，提出了一种新的低成本测试方法，该理论模型经实验验证是有效的。同时在预测柔性组件的寿命方面，研究人员提出了一种基于测试TCO电阻的测试方法，并提出了一种基于水汽进入的寿命预测方法的经验模型[56-58]。

MiaSolé的研究人员进行了户外性能测试，在美国4个地点进行了相关的性能测试工作，分别为沙漠——Arizona、地中海气候——California、大陆性气候——Ohio、热带气候——Florida，从3年的测试结果来看，所有的MiaSolé产品仅有较小的衰减[59-61]。

5)推广应用方面：2016年8月，山东邹城工业园区3 MW薄膜太阳能项目完成并网发电，总面积超过3万m2。该项目中应用的铜铟镓硒薄膜光伏组件，由德国Solibro GmbH使用汉能Solibro技术制造。该项目预计全年可发电400万kWh以上，创造收益400多万元。该项目也是目前全国单体规模最大的铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电站。

除此之外，在国内，汉能Solibro的薄膜光伏组件广泛应用于如安徽首府别墅、四川科技馆、河南王举包装有限公司厂房等户用和工商业屋顶；在国外，德国哈勒ERDGAS体育场屋顶项目、德国阿摩尔兰德地面电站、沙肯特哈尔工商业屋顶项目、法国贝恩布列塔尼户用项目等也得到客户好评。凭借转换效率高、高温及弱光条件下表现优异、外形美观、安装便捷、易于维护等突出优势，汉能Solibro的薄膜光伏组件越来越受到市场青睐。

3.3.3.3 中国建材下属公司Avancis取得的进展

2015年9月，中建材凯胜科技集团公司1.5 GW铜铟镓硒薄膜太阳电池项目在安徽蚌埠开工建设，项目总投资达100亿元，将建成10条生产线，形成1.5 GW以上的生产能力。其中，一期投资25亿元，建设2条150 MW的太阳电池生产线。2016年5月，Avancis以17.9%的效率刷新了封装CIGS薄膜组件的世界纪录。该转换效率是在尺寸为30×30 cm2、孔径面积为622 cm2的无镉CIGS组件上取得的，得到了弗劳恩霍夫太阳能系统研究所的权威认证。

3.3.4 铜铟镓硒薄膜太阳电池发展趋势展望

1)近几年内，铟镓硒薄膜电池的转换效率可能达到25%。从长期发展来看，以CIGS作为底电池，与合适的宽带隙吸收层材料结合形成叠层电池，可使太阳电池效率超过30%。

2)在产业化方面，随着有实力的大型企业加大投入，带动我国核心装备的自主研发和设计制造，可望逐步形成GW级的产业规模。

3)从各企业及研究机构的数据来看，CIGS电池的组件量产效率与研发效率之间有一定差距，缩短量产效率与研发效率的差距，将是未来的一个重要发展方向。在产业化过程中，应解决量产中的技术难题包括：薄膜大面积均匀沉积、电池互联中效率损失、产品良率、柔性衬底上划线和封装等。

4)成本持续下降的主要动因在于：组件效率由14%提升到18%；规模效应带动的材料成本(BOM)下降，研发带动的成本下降(超薄吸收层，利用较低纯度的原材料)；设备投资的下降；下一代设备带动的生产能力的改善(产能、良率及设备稼动率)；生产能耗的降低。综合所有成本下降的因素，在GW级规模下，铜铟镓硒生产成本会实现25%～40%的降低。

3.4 碲化镉薄膜太阳电池研究进展

3.4.1 碲化镉薄膜太阳电池发展概况

近几年，美国第一太阳能(FS)以每年研发费用规模达到1.3亿～1.4亿美元的巨大投入，大幅促进了CdTe薄膜太阳电池技术的发展。实验室电池效率自2011年打破NREL保持长达10年之久的16.7%的纪录后，在短短5年中陆续取得了9次突破，并于2015年11月创造了22.1%的电池效率[62]。这些突破主要得益于短路电流密度(Jsc)的改进。

与之相比，近几年显现出的技术瓶颈，即开路电压(Voc)的改进甚为缓慢的问题已受到了高度重视。在美国政府的支持下，以NREL为首的一个联合研究组在2015年制备出Voc为1 V以上的单晶CdTe电池[63]。2016年，美国Arizona State University(ASU)也报道了在分子束外延沉积的单晶薄膜CdTe电池上，实现了Voc大于1 V[64]。ASU的Zhang Yong hang团队采用MBE外延沉积的n型CdTe与p型氢化非晶硅碳薄膜(a-SiCy:H)的异质结结构(见图10)，成功获得了达20.3%的转换效率，测得的Voc已达1.12 V。这种电池的a-SiCy:H窗口层厚度仅15 nm，CdTe单晶薄膜的厚度为1000～1500 nm，采用的结构为“p-a:SiCy:H/i-MgCdTe/n-CdTe/n-MgCdTe/n-CdTe/n-InSb衬底”。该电池在n-CdTe吸收层的两面均采用了MgCdTe钝化层，将CdTe吸收层的载流子寿命提高到了3.6 μs，超过了现有单晶GaAs薄膜的水平，如表7所示。

ASU以独立于NREL的技术路线再一次表明，CdTe作为高效率光伏转换材料，其本身没有根本性限制。不同研究单位连续2年分别在CdTe单晶片和单晶薄膜上取得的高开路电压电池的结果足以说明，适当提高CdTe吸收层的有效掺杂浓度(1016～1017/cm3)和采用宽带隙II-VI钝化层限制表面复合速率，是提高转换效率的有效技术手段。从上述数据还可以看到，CdTe电池在Voc方面仍具有较大的提升空间，因此，CdTe电池效率仍可继续提高。这将成为多晶CdTe薄膜电池进一步提升效率的一个重要方向。

图10 ASU研制的碲化镉薄膜太阳电池的结构示意图及能带图

在产业化方面，美国第一太阳能在2015年已制备出开口面积为7038.8 cm2、效率为18.6%的CdTe组件。随着生产线的技术进歩，特别是组件效率的大幅度提高，美国第一太阳能组件直接生产成本已低于0.4美元，使CdTe组件更具市场竞争力。

国内有近10所大学、研究所和企业从事CdTe薄膜太阳电池的研究。目前已发表制备较高效率电池的实验室有：四川大学、中国科技大学、中科院电工所、龙焱能源科技。近几年，国内的大学和研究机构正在加紧CdTe薄膜太阳电池的研究，尤其是在电池内部的缺陷、薄膜沉积的生长动力学、蒸汽输运法沉积薄膜的机理、晶界钝化及提高薄膜的少子寿命等基础研究方面，获得了一些新知识，并取得了一些新进展[65-68]。

企业方面，龙焱能源科技一方面努力提高小面积电池效率，另一方面则更多致力于大面积组件的研制；中建材已收购了德国的CTF公司，进行小面积碲化镉薄膜太阳电池的研制和产业化技术开发，并将该公司的技术转移到国内，于成都进行碲化镉薄膜太阳电池生产线的建设。

3.4.2 碲化镉薄膜太阳电池研究的国际进展

1)小面积CdTe电池研制：2016年2月，First Solar在其官方网站上宣布，其小面积碲化镉薄膜太阳电池的效率提高到了22.1%[69]。

2) CdTe组件产业化开发：First Solar的CdTe组件(面积为1200 mm×600 mm)平均效率已达到了16.7%。

3.4.3 碲化镉薄膜太阳电池研究的国内进展

3.4.3.1 小面积CdTe电池研制

四川大学在2016年6月研制出了效率为16.73%的碲化镉薄膜太阳电池，面积为0.5 cm2，碲化镉层用蒸汽输运法沉积，由成都国家光伏产品质量监督检验中心于2016年7月15日检测[70]。该电池具体的参数为：Voc为829 mV，Jsc为26.87 mA/cm2，FF为75.14%。

表7 几种典型太阳电池材料的电子学参数与已实现的最高开路电压

龙焱能源科技在2016年11月研制出了面积为0.554 cm2、效率达17.33%的碲化镉薄膜太阳电池，由美国NREL于2017年1月测量。该电池具体的参数为：Voc为853.7 mV，Jsc为26.8 mA/cm2，FF为75.5%。

成都中国建材光电材料有限公司的碲化镉技术团队在德国德累斯顿的实验室研制的碲化镉薄膜太阳电池，于2016年5月上旬，在其自己的实验室经75 ℃光炼老化48 h后进行测试，获得了17.81%的转换效率。该电池具体的性能参数为：Jsc为27 mA/cm2，Voc为850 mV，FF为77.7%，面积为1 cm2。

该电池采用的制备技术为典型的碲化镉电池制备技术：1)标准TEC15导电玻璃；2) CSS沉积CdS/CdTe；3) 400 ℃氯化镉退火；4)化学清洗表面；5) Cu型背接触；6) Mo基背电极；7)背接触退火。

迄今，国内各单位取得的效率提高主要是来自于Jsc的改进，主要的技术手段是采用了新型缓冲层和窗口层材料。目前，国内对提高CdTe电池Voc的研究，重视和投入程度远远不够；碲化镉电池的填充因子也有较大的提升空间。

3.4.3.2 CdTe组件产业化开发

龙焱能源科技自主开发的碲化镉薄膜光伏组件生产线，在2015年组建效率达到13.1%(光阑面积效率，由中国计量科学院检测)；在2016年通过对设备、工艺和管理的继续优化，已实现连续生产9天9夜稳定量产的目标，生产线实际生产能力已超过20 MW/年(其中90%的生产设备已具备实际生产能力超过30 MW/年)；经自己生产线检测，0.72 m2组件的平均效率达到13%，高组件效率超过13.5%。图11为2016年的一次生产中，该生产线连续生产2298片组件，优品率达到99.7%，平均组件效率达13.0%。

图11 连续生产2298片组件的效率分布图

目前，龙焱能源科技的组件直接生产成本已降至2元/W，其标准碲化镉薄膜光伏组件与多类定制的碲化镉薄膜光伏BIPV组件已用于全国30个省市和出口到全世界37个国家和地区。2015年成立的龙瑞新能源工程公司(中外合资)，在2016年完成了绍兴金盾4 MW分布式碲化镉薄膜光伏电站等多个项目的建设，年总装机容量超过16 MW。图12展示了宁波兴港货柜MW级分布式碲化镉薄膜光伏电站，已并网发电，运行良好。

图12 宁波兴港货柜MW级分布式碲化镉薄膜光伏电站

龙焱能源科技致力于大力开发新产品，扩大CdTe薄膜电池的应用，特别是应用于建筑光伏一体化(BIPV)、农业光伏和汽车光伏方面。在“建筑光伏”和“农业光伏”的光伏应用中，透光组件是一个重要的产品。CdTe电池具备温度系数低、弱光效应好、热斑效应小、发电能力高、可在垂直和水平方向应用、双玻封装、无PID、可做成多种彩色、可制备各种图案、可做成异形组件、透光率可随客户要求定制、光影小、外观均匀美观、色差小、效率高、性价比高等优点。图13、图14分别展示了该公司碲化镉薄膜透光组件在“建筑光伏”和“农业光伏”中的实际应用。

图13 国家大剧院舞美中心艺术交流楼(超大CdTe薄膜透光组件的应用)

图14 苏州捷力惠3000 m2光伏农业大棚

3.4.4 碲化镉薄膜太阳电池发展趋势展望

小面积太阳电池的研制一直引领着组件技术的发展。如何提高小面积碲化镉太阳电池的效率，是一个需要时刻思考的问题。在2011～2015年间，提高碲化镉太阳电池的短波响应，从而提高短路电流，取得了很大的成效；但在2014～2016年出现了一个转折，即提高载流子寿命，进而提高开路电压，取得了令人瞩目的进展；而在引入p型氢化非晶硅碳薄膜后，提高开路电压外的另一个非常可喜的进展是，CdTe吸收层的厚度大幅减小。

目前已经取得的碲化镉薄膜太阳电池的最佳参数如下：Voc为1.12 V，Jsc为31.69 mA/cm2，FF为80%。如果一个电池能兼有这些参数，其转换效率将超过28%，这应是碲化镉薄膜太阳电池近几年追求的目标。在国内，一些研究机构加强了对碲化镉太阳电池的基础研究，都将转换效率达到20%作为2020年前的目标。

组件制造技术也将在如下几个方面取得进展：1)将单晶CdTe的高开路电压技术移植到多晶CdTe薄膜电池中，以提高转换效率和减少碲化镉的使用量；2)扩大组件面积，使组件的技术指标达到同面积单晶硅组件的平均水平。美国First Solar的具体方案是：全面积2.16 m2(1.2×1.8 m2，是目前组件面积的3倍)，同时组件效率大于19%，组件输出功率为400 W，成本则可降低到0.25美元/W。在国内，在大力开发组件制造技术的同时，生产线的数量、产能都将有成倍的增长。 (待续)