軟性CIGS太陽電池近況與展望

 

刊登日期:2015/9/5
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軟性CIGS太陽電池具有輕量化、多樣性應用等優點。可依實際應用情境需求做適度撓曲,衍生產品整合性佳。若可結合大面積、低成本的捲對捲製程技術並搭配軟性封裝材,應用在各種獨立式或分散式發電場合,如屋頂型、BIPV及中小型消費性電子產品等,與目標物相結合較無形狀限制,具有相當大的發展潛力。本文將介紹目前國內外廠商或機構在可撓式CIGS薄膜太陽電池製程的最新技術發展。

MiaSolé
MiaSolé總部位於美國矽谷,是這幾年崛起的較年輕的CIGS公司,該公司具有與傳統製程有別之創新技術,使用Hybrid的金屬濺鍍硒化製程,簡單來說,就是一邊濺鍍一邊硒化的製程。此製程之優點為不需使用硒化氫或硫化氫等有毒氣體,缺點則是在設備的維護會較為繁複。目前該公司的產能已由5 KW成長至11 MW,特別的是,該公司使用不銹鋼基板,效率卻可以做到相當高。
 
Global Solar Energy
Global Solar Energy的製程是利用共蒸鍍結合捲對捲製程的方式,在金屬軟性不銹鋼基板上製作CIGS模組。Global Solar Energy發展特點在於使用輕巧的軟性基板,也是第一家軟性CIGS電池製造商,而其CIGS製造方式採用高效率的蒸鍍製程與Roll-to-Roll製程,可見有許多大廠仍然看好共蒸鍍技術的前景,對於輕巧、可攜式、可撓曲等特殊應用也有廣大市場。Global Solar Energy展示之大面積Flexible CIGS Module如圖四所示,採用不銹鋼為基材,後續濺鍍Mo、以共蒸鍍製備CIGS吸收層、CBD Buffer Layer並濺鍍透明導電層ZnO/AZO,然後網印金屬Grid,電池最後是以金屬導線串接起來。
 

圖四、Global Solar Energy展示的可撓式大面積模組
圖四、Global Solar Energy展示的可撓式大面積模組

 
Nanosolar
Nanosolar致力於以奈米漿料塗佈於鋁箔基板的方式製作CIGS太陽電池吸收層,搭配快速硒化的熱處理製程,該公司選擇在可撓式鋁箔基板上製作產品,具有重量輕、體積薄、安裝及運輸容易等特性,此外,在生產上,由於是捲對捲搭配塗佈式製程,適合大規模量產。目前Nanosolar小電池最高效率已經突破17%來到17.1%,另外其次模組(216 cm2)最高可達13.9%,該公司在透明窗表層用於收集電流的金屬電極設計選用類似矽晶太陽電池之MWT的方式進行電流收集。此方式可降低電極遮蔽面積,以提高電池的有效面積。
 

圖六、Nanosolar的模組產品在電廠的實際安裝情形
圖六、Nanosolar的模組產品在電廠的實際安裝情形
 

工研院現況
工研院綠能所科專團隊於2010年起導入可撓式CIGS太陽電池開發,搭配無鎘緩衝層,無鎘硒化製程小電池效率最高可達13%。然而,以純硒化製程製作之吸收層元件電性中可發現,電流密度(Jsc)已相當接近於理論值,於是為了進一步推升效率,該團隊亦於2011年時開始進行後硫化製程的開發,期望藉由硫部分取代硒的方式以提高吸收層表面的能隙,進而提升元件開路電壓與光電轉換效率,隨後順利地於2012年開發出非真空塗佈製程與其相對應之……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:江建志、張家銘/工研院綠能所
★本文節錄自「工業材料雜誌」345期,更多資料請見下方附檔。


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