铜铟镓硒太阳能电池及发电构件在光伏建筑的应用

铜铟镓硒(CIGS)电池是薄膜太阳能电池的其中一种，由四种元素铜、铟、镓、硒作为功能层，同时在柔性衬底沉积其他功能层制备而成。铜铟镓硒电池在2020年的产量约270MW，在薄膜电池的诸多技术路线中，仅次于碲化镉电池，被认为是极具发展前景的薄膜电池技术路线。

铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有多层膜结构，包括金属栅状电极、减反射膜、窗口层(ZnO)、过渡层(CdS)、光吸收层(CIGS)、金属背电极(Mo)、玻璃衬底等。其中，吸收层CIGS是(化学式CuInGaSe2)由四种元素组成的具有黄铜矿结构的化合物半导体，是薄膜电池的关键材料。

和其他电池技术相比，铜铟镓硒电池的竞争优势有以下6点：

①通过掺入适量Ga替代部分同族的In，通过调节Ga/(Ga+In)可以调节CIGS的禁带能隙，调整范围为1.04～1.68eV，这是一个非常宽的范围，适合制备最佳带隙的半导体化合物材料，也是CIGS材料相对于硅系光伏材料最特殊的优势;

②CIGS材料的吸收系数高，同时还具有较大范围的太阳光谱的响应特性;③利用CdS作为缓冲层(具有闪锌矿结构)，和具有黄铜矿结构CIGS吸收层可以形成良好的晶格匹配，失配率不到2%;

④在光电转化过程中，作为直接能隙半导体材料，CIGS的厚度可以很小(约2μm)，当有载流子注入时，会产生辐射复合过程,辐射过程产生的光子可以被再次吸收，即所谓的光子再循环效应;

⑤CIGS系半导体可直接由其化学组成的调节得到P型或N型不同的导电形式，不必借助外加杂质，不会产生Si系太阳电池很难克服的光致衰退效应，使用寿命可以长达30年以上;

⑥CIGS薄膜的制备过程具有一定的环境宽容性，使得CIGS太阳电池在选择衬底时，具有较大的选择空间。综合比较分析，铜铟镓硒电池具有转换效率高、材料来源广泛、生产成本低、污染小、无光衰、弱光性能好的显著特点，已成为各国争相研究的重点领域。

目前，铜铟镓硒电池已实现产业化，并且在BIPV领域得到广泛应用，多家企业采用铜铟镓硒电池推出BIPV组件。2018年，国家能源集团联合碧桂园集团建设的潼湖科技小镇BIPV项目，是铜铟镓硒电池应用于BIPV领域的示范性项目。作为国内首个“全覆盖式”铜铟镓硒光伏建筑一体化工程项目，该项目使用了由国家能源集团投资的铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件，并结合了先进的“全覆盖式”光伏建筑一体化技术，将组件作为建筑外装饰幕墙应用于园区内的多幢楼宇。铜铟镓硒电池组件的单块高度尺寸为600mm，长度尺寸为1200mm，功率为97.5Wp。

今年初，凯盛下属的Avancis再传捷报，该公司生产的30厘米×30厘米铜铟镓硒太阳能电池组件的光电转换效率达到19.64%，再次打破了铜铟镓硒太阳能电池组件光电转换效率的世界纪录。不断刷新的转换效率，标志着凯盛不断突破CIGS薄膜组件的系列技术瓶颈，为工业化量产和规模化生产打下了坚实的基础。为快速推进铜铟镓硒电池的发展，凯盛已经在安徽蚌埠建成了国内第一条具有自主知识产权的300MW铜铟镓硒发电玻璃生产线，稳定量产我国铜铟镓硒发电玻璃“首批次、首台套、首应用”新材料，并进一步加强发电玻璃在建筑和交通等领域的应用。在12月17日召开的2021晶硅、薄膜和钙钛矿BIPV技术与市场论坛中，来自凯盛的领导专家将介绍铜铟镓硒电池在BIPV中应用，并讨论铜铟镓硒电池在BIPV领域的发展前景。